Relative und absolute Topographie

Zuerst ein paar Definitionen:

1. Begriffe:

1.1 Absolute Topographie

Die absolute Topographie ist die absolute Höhe einer Geopotentialfläche, wie sie von den Wettermodellen am häufigsten dargestellt werden. Die Höhenangabe erfolgt in [gpdm] (geopotentielle Dekameter). In der modernen Synoptik sind vor allem 4 absolute Topographien von wesentlicher Bedeutung für die Prognostik:

  • 300 hPa: Jetstream
  • 500 hPa: Vorticityadvektion und Temperatur (letztere in Differenz zu 850 hPa)
  • 700 hPa: Vertikalbewegung und relative Feuchte
  • 850 hPa: Temperaturadvektion und Wind in der Grenzschicht

1.2 Relative Topographie

Die relative Topographie stellt die Geopotentialänderung mit der Höhe dar. Am gebräuchlichsten ist die relative Topographie zwischen 500hPa und 1000hPa. Die von beiden Druckflächen eingeschlossene, vertikale Schicht(ung) ist von deren mittleren Temperatur abhängig, was aus der umgeformten hydrostatischen Grundgleichung herleitbar ist. Eine Änderung der geopotentiellen Höhe der relativen Topographie ist dann mit einer Änderung der Schichtdicke gleichzusetzen.

1.3 Schichtdickenadvektion

Die zeitliche und räumliche Änderung der Schichtdicke ist die Schichtdickenadvektion.

Wenn die mittlere Schichttemperatur zunimmt, nimmt die Schichtdicke zu. Die vertikale Luftsäule wird gestreckt, d.h. Luft gelangt bis in die höheren Troposphärenschichten. Bei einer Zunahme des Windes mit der Höhe wird in der Höhe mehr Masse abtransportiert als unten nachströmen kann.

Die Positive Schichtdickenadvektion geht mit Höhendivergenz und Bodenkonvergenz einher (Hebung).

Analog bei Negativer Schichtdickenadvektion mit Stauchung der Luftsäule.

Merke: Schichtdickenadvektion bezieht sich auf eine Schicht, Temperaturadvektion auf eine Höhe.

1.4 Geostrophischer Wind

Der geostrophische Wind ist das Resultat aus einem Gleichgewicht zwischen der Druckgradientkraft und der Corioliskraft. Durch die Ableitung der absoluten Topographie erhält man den Geopotentialgradienten und damit den geostrophischen Wind [m/s]. Er weht damit parallel zu den Isohypsen (Linien gleicher Druckflächenhöhe).

1.5 Thermischer Wind

Der thermische Wind ist das Resultat aus der Änderung des geostrophischen Windes mit der Höhe. Die Ableitung der relativen Topographie ergibt den thermischen Wind. Er weht damit parallel zu den Isohypsen der relativen Topographie.

1.6 Advektion

Advektion (lat. advehi = heranführen) bedeutet den Transport einer meteorologischen Größe, z.B. Feuchte, Temperatur, Energie oder Vorticity. Je stärker der Winkel, unter dem sich die Isolinien bzw. Gradienten schneiden, desto stärker die Advektion. Je kleiner die Flächen (Solenoide), die von den Schnittpunkten der beiden Liniensysteme (z.B. Isobaren und Isothermen) gebildet werden, desto größer die Advektion. Bei gleichem Temperaturgradient und Schnittwinkel, aber größerem Druckflächengradient ist die Advektion beispielsweise größer.

2. Fallbeispiel anhand einer Prognosekarte des GFS-Modells

2.1 850hPa- ThetaE, Bodendruck

1a-t

Die Abbildung zeigt den Bodendruck (weiße Isolinien) und die äquivalentpotentielle Temperatur bzw. engl. Thetae (farbig). Fronten liegen immer an der warmen Seite der Drängungszone der Temperatur und meist auch im Isobarenknick. Hier schneiden sich die Isobaren und Isentropen (Linien gleicher (äquivalent)potentieller Temperatur) nahezu im rechten Winkel, d.h. es herrscht Warmluftadvektion über Mitteleuropa und Kaltluftadvektion nordwestlich der Britischen Inseln.

2.2 850hPa- Temperaturadvektion

1b-t

Die 850hPa-Temperaturadvektion zeigt die zeitliche Änderung der Temperatur in [K/h].

Die Warmfront geht mit positiver Temperatur- und die Kaltfront mit negativer Temperaturadvektion einher. Die Okklusion besteht aus mehr oder weniger Warmluft in der Höhe und ist ebenfalls durch positive Temperaturadvektion gekennzeichnet, wie hier über der Norwegischen See.

2.3 500hPa- Relative und absolute Topographie, Bodendruck

2a-t

Hier sind dargestellt: Absolute Topographie in 500 hPa (schwarz), Bodendruck (weiß) sowie die relative Topographie zwischen 500 und 1000 hPa (farbig). Eingezeichnet sind geostrophischer Wind (rot) und thermischer Wind (weiß).

Der geostrophische Wind ist über den Britischen Inseln von Südwest nach Nordost orientiert. Der thermische Wind schneidet den geostrophischen Wind. Die Strömungsrichtung bestimmt das Vorzeichen der Schichtdickenadvektion: Die Schichtdicke nimmt von Nordwest nach Südost ab (= negativ), es herrscht hochreichende Kaltluftadvektion.

Stromabwärts ist der weiße Pfeil am falschen Ende mit der Spitze beschriftet. Er zeigt natürlich ebenso wie der geostrophische Wind stromabwärts. Auch hier schneiden sich beide Winde. Mit der Strömung folgend erhöht sich die Schichtdicke (= positiv), es herrscht hochreichende Warmluftadvektion.

Verlaufen geostrophischer und thermischer Wind parallel, ist die Atmosphäre advektionsfrei, was auf Jetstreams oder innerhalb des Warmsektors der Fall ist.

2.4 500hPa- Schichtadvektion

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Die Karte zeigt die Schichtdickenadvektion selbst, d.h. die zeitliche Änderung der Schichtdicke zwischen 500 und 1000 hPa in [0,1 K/h].

Die positive Schichtdickenadvektion ist im Bereich der Keilachse über Nordeuropa am größten, mit einem Maximum zum Okklusionspunkt hin verschoben. Die negative Schichtdickenadvektion zeigt ihr Maximum entlang bzw. leicht vor der Trogachse.

In beiden Fällen setzt die Advektion vorlaufend zur Bodenfront ein, d.h. in der Höhe stößt wärmere bzw. kältere Luft vor. Bei der Warmfront ist dieser Prozess deutlich weiter stromabwärts ausgeweitet als bei der Kaltfront, bei der es nur "Schlieren" von NSA gibt.

Fallen zyklonale Vorticityadvektion und positive Schichtdickenadvektion zusammen, resultieren mächtige Hebungsvorgänge, z.B. an Okklusionsfronten, die u.a. deshalb die größte Wetteraktivität zeigen.

Kartenquelle: http://wetter3.de/animation.html

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