Rapide Zyklogenese

Rapide Zyklogenese

Tiefdruckentwicklungen, die mit besonders starkem Druckfall (mindestens 24 hPa in 24 Stunden) einhergehen, bezeichnet man als rapide oder explosive Zyklogenesen (engl.: rapid cyclogenesis, bombogenesis).

Es gibt mehrere Faktoren, die eine Bombogenese begünstigen, nachfolgend die wichtigsten aufgelistet nach Stull und Bluestein:

  • große horizontale Temperaturunterschiede an der Frontalzone, entsprechend starke Baroklinizität
  • turbulenter Austausch von fühlbarer Wärme zwischen warmen Ozeanwasser und kontinentaler Kaltluft mit niedriger statischer Stabilität und Intensivierung der Antriebsterme in der ω-Gleichung
  • in den mittleren und hohen Breiten situiert kann hohe Erdvorticity advehiert werden (hohe absolute Vorticity)
  • hohe Wellenamplitude durch hohe Schichtdickenadvektion bewirkt eine starke Neigung der Tropopause und starke Höhendivergenz
  • starkes Absinken trogrückseitig (Kurzwellenkeil) verstärkt die Bodenzyklogenese stromabwärts
  • hohe absolute Feuchte (Thetae) und Freisetzung latenter Wärme, die die Schichtdicke vergrößert und die statische Stabilität erniedrigt
  • Leezyklogenese

Hinzu kommt ein weiterer Faktor: gewöhnlich trägt Temperaturadvektion nur indirekt zur Zyklogenese bei, da die Temperaturadvektion im Kern Null ist (lediglich lokale Temperaturänderung durch Verlagerung der Zyklone selbst bzw. durch diabatische Prozesse). Eine Ausnahme bildet die rapide Zyklogenese, die nahezu immer mit einem Dryslot einhergeht, welcher extrem trockene Luft aus Tropopausenniveau zum Boden transportiert und durch adiabatische Kompression erwärmt (sozusagen ein gebirgsfreier Föhn). Die Advektion der erwärmten Luft in den Kern bewirkt verstärkten Druckfall. Daher wird der stärkste Druckfall dann beobachtet, wenn der Dryslot den Bodentiefdruckkern überrennt.

Nach der IPV-Theorie hat man in Tropopausenniveau hohe potentielle Temperaturen mit hoher potentieller Vorticity. Beim Herabtransport bleibt die potentielle Vorticity entlang der Isentropen konstant und wird auf der Trogvorderseite in relative Vorticity umgewandelt.

Bombogenesen sind an der amerikanischen Ostküste berüchtigt für intensive Niederschläge und entwickeln sich meist in einer Region östlich von Florida bis Ostkanada. Auch in den anderen Regionen in den mittleren bis hohen Breiten tritt "rapid cyclogenesis" relativ häufig auf, vor allem, wenn eine tropische Zyklone in ein extratropisches Tief umgewandelt wird (siehe ...Hyperlink).

Das folgende Fallbeispiel zeigt eine klassische explosive Tiefdruckentwicklung am 10.-11.01.2006 aus einer Kaltfrontwelle heraus:

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Montag, 09.01.2006, 12 UTC, ein in allen Höhenschichten ausgeprägter Höhenrücken über dem Atlantik und sein kaltes Pendant über Osteuropa lenken die Frontalzone nördlich am europäischen Kontinent nach Nordosten ab. Ein umfangreiches Sturmtief bei Island erreicht mit seinem fast okkludierten Frontensystem die Britischen Inseln. An der langgestreckten Kaltfront hat sich südlich von Neufundland eine Welle gebildet, die auf der Vorderseite eines scharfamplitudigen Kurzwellentrogs liegt.

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Dienstag, 10.01.2006, 00 UTC, die Welle hat sich deutlich vertieft, der Kerndruck ist innerhalb zwölf Stunden um 20 hPa gefallen. Der Tiefkern befindet sich auf der Vorderseite des Troges mit der stärksten PVA.

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Dienstag, 10.01.2006, 12 UTC, weitere 12h später steht ein Kerndruckfall von nochmals 26 hPa zu Buche, mit 46 hPa in 24h erfüllt die Tiefdruckentwicklung das Kriterium einer rapiden Zyklogenese. Der Kurzwellentrog spaltet sich auf, in einen schmalen, scharf gekrümmten und stark gescherten, kleineren Teil und einen schwächeren größeren Teil stromaufwärts. Das Bodentief profitiert von der Vorderseite der kleineren Trogachse und kann sich noch weiter vertiefen.

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Mittwoch, 11.01.2006, 00 UTC, weitere 12h später ist der Kerndruck nochmalig um 21 hPa gefallen, jedoch deutet sich schon der Höhepunkt der Tiefentwicklung an, da zum einen das Bodentief achsensenkrecht unter dem Höhentief liegt, und zum Anderen die Theta-e-Zunge in den Kern, die das Tief mit hoher absoluter Feuchte versorgt, abreißt. Die hohe absolute Vorticity im Kernbereich beschleunigt den Okklusionssprozess (LeChatelier lässt grüßen) - das Tiefdruckgebietet tötet sich sozusagen selbst. Weitere sechs Stunden später wird der Höhepunkt der Zyklogenese mit 945 hPa erreicht. Das entspricht einem Druckfall von 70 hPa innerhalb 42 h.

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Das Satellitenbild vom 10.01.2006, 12 UTC, VIS, zeigt die vollentwickelte Orkanzyklone westlich der Britischen Inseln mit breitem Aufgleitschirm, hochreichender Okklusion und schmaler, langgestreckter Kaltfront. Der Rückseitensektor ist von zahlreichen konvektiven Zellen beherrscht, die in dieser Mächtigkeit vermutlich auch gewittrig waren. Ein verdickter, konvektiver Klops, im Satreport vom KNMI auch als "Enhanced Cumuli" bezeichnet, deutet die Bildung eines Kommas an. Das Herzstück der Zyklone ist jedoch der ausgeprägte Dryslot, der durch eine Absenkung der Wolkenobergrenzen rückseitig der Kaltfront das starke Absinken trockener, stratosphärischer Luft verkörpert.

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