3.6 Luftmassen und Fronten
Typische Wetterlagen in Deutschland und ihre Bedeutung für den Segelflug
Nordostwinde, von den Polregionen ausgehend, versprechen im Sommer in Deutschland oft gute Segelflugbedingungen. In der Regel wird trockene, labile Luft mit guter Sicht herangeführt. Warme Winde aus der Sahara sorgen hingegen dafür, dass die bodennahe Luftschicht stabil ist, und es nur bei sehr hohen Temperaturen zu Thermikentwicklung kommt. Das Wetter wird weitgehend durch die Eigenschaften der zugeführten Luft bestimmt.
In diesem Kapitel behandeln wir die folgenden Themen:
- 3.6.1 Luftmassen
- 3.6.2 Luftmassengrenzen und Fronten
- Zusammenfassung
3.6.1 Luftmassen
Ursprung und Bezeichnung von Luftmassen in Europa, ihre Eigenschaften und Wetterwirksamkeit in Deutschland
Inhalt:
- 3.6.1.1 Beschreibung, Klassifizierung und Ursprungsgebiete von Luftmassen
- 3.6.1.2 Transformation von Luftmassen
3.6.1.1 Beschreibung, Klassifizierung und Ursprungsgebiete der Luft
Ursprung, Namen und Eigenschaften von Luftmassen in Europa
Luftmassen bilden sich, wenn sich die Luft über einem bestimmten Gebiet für längere Zeit aufhält. Sie werden durch eine typische vertikale Temperatur- und Feuchteverteilung charakterisiert. Es gibt große Gebiete auf der Erde, wie z. B. Wüsten, Ozeane und die Pole, in denen die Luft über einen großen Bereich annähernd die gleiche Temperatur und Feuchtigkeit hat. Ein solches Gebiet, aus dem eine Luftmasse stammt, wird als Ursprungsgebiet bezeichnet. Druckunterschiede können dazu führen, dass eine Luftmasse das Ursprungsgebiet verlässt und z. B. in unsere Umgebung gelangt. Luft, die aus einem Ursprungsgebiet stammt, ist durch den Namen dieses Gebiets gekennzeichnet und hat bestimmte Eigenschaften:
- Äquatoriale Luft (E)hat ihren Ursprung in der Nähe des Äquators,
- Tropische Luft (T)entsteht in Gebieten zwischen 15° und 45° nördlicher und südlicher Breite,
- Polarluft (P)entsteht zwischen 45° und 70° nördlicher und südlicher Breite,
- Arktische Luft (A)entsteht in der Nähe der Pole.
Polare und Arktische Luftmassen sind kalt und Äquatoriale sowie Tropische Luftmassen sind warm.
3.6.1.2 Transformation von Luftmassen
Veränderung der Eigenschaften von Luftmassen in Abhängigkeit von ihrer Verlagerung
Die Luftmassen werden aber nicht nur nach ihrem Ursprung, sondern auch nach dem Weg, den sie gehen, klassifiziert. Wenn Luft auf dem Seeweg in unser Land gebracht wird, wird sie zu feuchter Meeresluft, zur Maritimen Luft (m). Über Land bleibt die Luft trocken. Dies wird als kontinentale Luft bezeichnet (c).
- Arktische Luft kann unser Land auf dem Seeweg (mA) oder auf dem Landweg (cA) erreichen. Dies ist eine kalte Luftmasse und kalte Luft kann sehr wenig Wasserdampf enthalten.
- Polarluft ist in Deutschland sehr häufig. Insbesondere maritime Polarluft (mP). Im Sommer ist dies kalte, feuchte Luft (siehe unten). Kontinentale Polarluft (cP) ist im Sommer warm und im Winter kalt.
- Tropische Luft, die über dem Meer (mT) einströmt, ist warm und feucht. In unserer Gegend kühlt diese Luft ab, so dass eine Menge Wasserdampf kondensiert. Es ist bewölkt. Wenn sich warme, feuchte Luft über der kalten Nordsee abkühlt, entsteht Seenebel, der an Land treiben kann. Kontinentale Tropenluft (cT) ist warm und trocken. Dadurch entsteht eine warme Luftschicht in der Höhe, bei der sich (meist Blau-) Thermik nur bei sehr hohen Bodentemperaturen entwickeln kann.
3.6.1.3 Warme und kalte Luftmassen
Definition aufgrund ihres Temperaturunterschiedes zur Erdoberfläche, Einfluss auf die Sichtverhältnisse
Bei Luftmassen unterscheidet man auch zwischen warmen und kalten Luftmassen. Man spricht von einer warmen Luftmasse, wenn die Temperatur der untersten Schicht (in 1,5 Metern Höhe) wärmer ist als die der Erdoberfläche. In Bodennähe wird diese Luft abgekühlt. Die untere Schicht wird kälter als die darüber liegende Schicht. Es entsteht eine Inversionsschicht und die Stabilität nimmt zu.
Wenn die Temperatur der Luft kälter ist als der darunterliegende Boden, spricht man von einer kalten Luftmasse. Die untere Schicht ist wärmer als die Luft darüber, die Labilität nimmt zu und es entsteht Thermik.
In Deutschland ist der Unterschied zwischen kalten und warmen Luftmassen augenscheinlich. Im Winter ist der Ostwind meist sehr kalt, weil sich diese Luft über dem kalten Festland abgekühlt hat; im Sommer hingegen ist der Ostwind oft sehr warm, weil sich die Luft über dem Festland erwärmen konnte, bevor sie Deutschland erreicht hat. Umgekehrt erzeugt ein Westwind im Winter meist warme Luftmassen, weil das Meer dann wärmer ist als das Land; im Sommer kommt vom Meer eine kalte Luftmasse, weil das Meer dann meist kälter ist als das Land.
Eine kältere Luftmasse kann sich über einem relativ wärmeren Meer im Winter erwärmen, ehe sie über einen kälteren Kontinent strömt. Diese Luftmasse verhält sich dann über dem Land wie eine warme Luftmasse.
Die Sichtverhältnisse in der warmen Luftmasse sind oft schlecht. Auch die Thermik ist eher schwach: Viel Sonnenenergie wird am Morgen für die Verdunstung und Aufheizung der doch eher stabil geschichteten Luftmasse verbraucht (wärmere Luft kann mehr Wasser als Wasserdampf binden als kältere Luft). Staub und Rauch verbleibt aufgrund der geringen thermischen Durchmischung in Bodennähe und die nächtliche Abkühlung kann Nebel oder Dunst verursachen.
Die Sicht ist in der kalten Luftmasse oft gut. Die Thermik ist ebenfalls gut und setzt früh ein, da weniger Energie am Morgen für die Verdunstung und für das Aufheizen der weniger stabil geschichteten Atmosphäre verbraucht wird. Durch die schnelle, hochreichende Durchmischung der unteren Atmosphäre sinkt die bodennahe Luftfeuchtigkeit rasch ab.
3.6.2 Luftmassengrenzen und Fronten
Darstellung in Bodenwetterkarten, typischer Lebenslauf einer Tiefdruckzone, Beschreibung der Fronten mit ihrem Wettergeschehen, Bedeutung für den Segelflug
Inhalt:
- 3.6.2.1 Allgemeine Merkmale
- 3.6.2.2 Warmfront, zugehörige Wolken und Wetter
- 3.6.2.3 Warmsektor, zugehörige Wolken und Wetter
- 3.6.2.4 Kaltfront, zugehörige Wolken und Wetter
- 3.6.2.5 Das Wetter hinter einer Kaltfront (Rückseite)
- 3.6.2.6 Okklusionsfront, zugehörige Wolken und Wetter
- 3.6.2.7 Stationäre Front, zugehörige Wolken und Wetter
- 3.6.2.8 Bewegung von Fronten und Drucksystemen
- 3.6.2.9 Wetterwechsel während eines Frontdurchgangs
3.6.2.1 Allgemeine Merkmale
Bodenwetterkarte
Darstellung von Drucksystemen, Isobaren und Fronten in einer Bodenwetterkarte
Eine (Boden-)Wetterkarte ist eine Karte eines bestimmten Gebietes, auf der mit Linien und meteorologischen Symbolen eine schematische Darstellung des Wetters gezeigt wird. Die Linien, die du auf der Wetterkarte siehst, sind die Isobaren (Linien, die Punkte mit gleichem Luftdruck verbinden). Damit die Isobaren nicht nur das Gelände wiedergeben, wird der an der Station gemessene Luftdruck unter Verwendung der aktuellen Temperatur auf Meereshöhe normalisiert. Die Isobaren werden meist als Linien gedruckt, die sich um 5 hPa unterscheiden. Wo die Isobaren nahe beieinanderliegen, da bläst es kräftig. Wo sie weit auseinanderliegen, gibt es wenig Wind.
Darstellung der Fronten
Verwendete Symbole für Fronten in Bodenwetterkarten
Es wurde bereits erwähnt, dass Luft ein guter Isolator ist und dass sich aufsteigende Luft kaum mit der Umgebungsluft vermischt. Generell vermischen sich Luftmassen mit unterschiedlichen Eigenschaften schlecht. Wo kalte Luft auf warme trifft (oder warme auf kalte), bildet sich eine Luftmassengrenze, eine sogenannte „Front“. Der Temperaturunterschied zwischen kalter und warmer Luft verursacht einen Unterschied in der Dichte. Die kältere Luft ist schwerer als die warme und wird sich unter die wärmere Luft schieben.
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Idealzyklone
Idealisierter Lebenszyklus einer Tiefdruckzone mit dem Aufbau und der Verschmelzung der wetterwirksamen Fronten
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Das Einströmen in das Bodentief erfolgt nicht direkt, sondern nur als kleiner Anteil einer zyklonal rotierenden Strömung um den Kern herum. Die kalte Luft auf der Tiefrückseite wird dabei südwärts verlagert und die warme Luft auf der Vorderseite nordwärts. Das führt zur Ausbildung der Kaltfront und Warmfront mit den entsprechenden Wettererscheinungen. Die Kaltfront bewegt sich dabei schneller, holt die Warmfront langsam ein, die Warmluft wird abgehoben. Das Tief schwächt sich nach 1-2 Tagen Entstehungszeit dann innerhalb der nächsten Tage wieder ab, während seine Zugbahn der Höhenströmung folgt.
In der Abbildung siehst du den Lebenslauf eines idealisierten Tiefdruckgebietes / einer sogenannten Idealzyklone:
- Bei a liegen sich in der Westwindzone an der Polarfront kalte und warme Luft gegenüber (stationäre Front; nördlich mit einer unterbrochenen Linie angedeutet die Lage des Jetstream).
- Strömungseffekte wie Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen des Jetstream führen im Bereich der Polarfront aufgrund von Strömungsdivergenzen zum Abfall des Bodenluftdrucks, zur Bildung einer Wellenstörung in der Polarfront und die Ausbildung eines Tiefdruckgebietes.
- Bei c ist ein Gebiet mit tiefem Luftdruck eingezeichnet, und dies ist der Beginn einer Zyklone, eines dynamischen Tiefdruckgebiets. In das entstandene Tiefdruckgebiet fließt nun bodennah Luft von allen Seiten - abgelenkt durch die Corioliskraft - ein, was im Osten des Tiefdruckgebietskerns zu einer eher südlichen, im Norden zu einer östlichen und im Westen zu einer nördlichen Strömung führt (siehe Abb. 3.6.2.3).
- Bei d ist das Tiefdruckgebiet voll entwickelt („Idealzyklone“). Der Luftdruck ist weiter gefallen die Kaltfront beginnt, die Warmfront zu einzuholen. Das Gebiet zwischen der Warmfront und der Kaltfront, der "Warmsektor", wird kleiner.
- Bei e hat die Kaltfront die Warmfront eingeholt. Es wird eine Okklusionsfront gezeigt. Der Warmluftsektor wird immer weiter angehoben, und mit der Zeit verwischen sich alle Temperaturgegensätze. Die Zyklone löst sich auf. Der Wind weht um das Tiefdruckgebiet herum gegen den Uhrzeigersinn.
Warmfront, Kaltfront und Okklusion im Querschnitt
Darstellung der Lage der Fronten an den Luftmassengrenzen
In der Abbildung oben siehst du einen Querschnitt durch eine (1) Warmfront, eine (2) Kaltfront und eine (3) Okklusionsfront. Aufgrund des vorherrschenden Westwindes und des Jetstreams (ein Wind in 8-10 Kilometern Höhe mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 Kilometern pro Stunde) bewegen sich die Tiefdruckgebiete über dem Atlantik in unsere Richtung. Dann ziehen sie meist in Richtung Skandinavien. Im Sommer erleben wir regelmäßig Perioden, in denen Warmfronten, Kaltfronten oder Okklusionsfronten nacheinander über unser Land ziehen.
3.6.2.2 Warmfront, zugehörige Wolken und Wetter
Aufgleiten einer warmen Luftmasse über eine kalte Luftmasse, typisches Wettergeschehen
Bei der Annäherung einer Warmfront siehst du nacheinander die folgenden Wolken aufziehen: Cirrus, Cirrostratus, Altocumulus, Altostratus, Nimbostratus und Stratus. Die Haufenwolken (Cumulus) verschwinden, während die Sonneneinstrahlung schwächer wird und die Sonne schließlich gar nicht mehr sichtbar ist. Die (Schicht-)Wolken verdichten sich, es gibt oft einen anhaltenden Nieselregen (Landregen) und die Segelflugzeuge können in die Halle geräumt werden. Im Winter tritt der Dauerniederschlag im Bereich der Warmfront auch als Schneefall auf, vorausgesetzt die Temperatur ist unterhalb 0°C. Meist geht der Schneefall dabei bei Annäherung der Front in Schneeregen und (gefrierender) Regen über.
3.6.2.3 Warmsektor, zugehörige Wolken und Wetter
Wetterbedingungen im Sektor hinter einer Warmfront
Nach dem Durchzug der Warmfront gelangt wärmere Luft in das Gebiet. Diesen Bereich nennt man Warmsektor. Die Flugbedingungen sind meist schlecht, weil im Warmsektor warme, feuchte Luft wetterbestimmend ist. Der Wind ist schwach. Die Sicht ist mäßig und oft gibt es Stratuswolken. Manchmal fällt Nieselregen daraus.
3.6.2.4 Kaltfront, zugehörige Wolken und Wetter
Eine kalte Luftmasse schiebt sich unter eine warme, typisches Wettergeschehen
Bei einer Kaltfront schiebt sich die kalte Luft (schwerer) unter die warme Luft und drückt diese nach oben. Die angehobene Luft kühlt ab und kondensiert. Eine Kaltfront ist meist nur 50 km tief und sorgt für kurzen aber heftigen Starkregen mit Gewittern und Böen.
3.6.2.5 Das Wetter hinter einer Kaltfront (Rückseite)
Wetterbedingungen, Bedeutung für den Segelflug
3.6.2.6 Okklusionsfront, zugehörige Wolken und Wetter
Verschmelzung einer Kaltfront mit einer Warmfront, Wettergeschehen
3.6.2.7 Stationäre Front, zugehörige Wolken und Wetter
Wetterbedingungen an standorttreuen Fronten
Wenn eine Front an einem Ort bleibt, nennen wir sie eine stationäre Front. Oft mit dicken Wolkenschichten, leichtem oder keinem Regen und keinem oder schwachen Wind.
3.6.2.8 Bewegung von Fronten und Drucksystemen
Unterschiedliche Geschwindigkeit von Kalt- und Warmfronten, ihre Zugrichtung
3.6.2.9 Wetterwechsel während eines Frontdurchgangs
Vorboten einer herannahenden Front, Wettergeschehen
Vor der Front lässt der Wind meist etwas nach und nimmt bei Frontdurchgang an Stärke zu. Wenn der Wind im Laufe des Tages nachlässt, ist dies oft einer der Vorboten der herannahenden Front. Nach dem Durchzug einer Warm- oder Kaltfront dreht der Wind im Uhrzeigersinn / nach rechts und nimmt normalerweise an Stärke ab.
Zusammenfassung
- Luftmassen bilden sich, wenn Luft über einem bestimmten Gebiet (Ursprungsgebiet) über einen längeren Zeitraum verbleibt.
Beispiele:- Äquatoriale Luft (EL) warm, entsteht in der Nähe des Äquators,
- Tropische Luft (TL) warm, ursprünglich aus Gebieten zwischen 15° und 45° nördlicher und südlicher Breite,
- Polarluft (PL) kalt, entsteht zwischen 45° und 70° nördlicher und südlicher Breite,
- Arktische Luft (AL) kalt, entsteht in der Nähe der Pole.
- Wenn Luft auf dem Seeweg in unser Land gebracht wird, wird sie zu feuchter Luft, zur Maritimen Luft (m). Über Land bleibt die Luft trocken. Wir nennen sie kontinentale Luft (c).
- Man spricht von einer warmen Luftmasse, wenn die Temperatur der untersten Schicht wärmer ist als die der Erdoberfläche, und umgekehrt ist es eine kalte Luftmasse.
- Fronten bilden sich dort, wo kalte und warme Luftströmungen aufeinandertreffen.
- Ein Beobachter am Boden fühlt wärmere Luft nach dem Durchgang einer Warmfront und kältere Luft nach dem Durchgang einer Kaltfront.
- An einer Warmfront gleitet warme Luft über kalte, schwerere Luft und wird nach oben geschoben, kühlt ab, der Wasserdampf kondensiert und es kommt zu großflächigem (Land)- Regen oder Schneefall.
- Nach dem Durchzug einer Warmfront ist die Temperatur angestiegen, die Luft ist feuchter (schlechtere Sicht) und der Wind hat sich im Uhrzeigersinn gedreht.
- Bei einer Kaltfront schiebt sich die kalte Luft unter die warme Luft und drückt diese nach oben. Eine Kaltfront ist meist bis zu 50 km tief und sorgt für kurzen Starkregen, teilweise mit Gewitter und kräftigen Böen.
- Nach dem Durchzug einer Kaltfront sinkt die Temperatur. Die Luft wird klarer (geringere Luftfeuchtigkeit) und der Wind wird schwächer.
- Das Gebiet zwischen der Warmfront und der Kaltfront wird als "Warmsektor" bezeichnet,
- Wenn eine Kaltfront eine Warmfront überholt, dann entsteht eine Okklusionsfront.
Anker: Luftmassen, Transfomation = Lumas0b; warme+kalte Luftmassen = Lumas0c
Grenzen und Fronten = Lumas1;Allg. Merkmale = Lumas1a; Warmfront = Lumas1b; Warmsektor = Lumas1c; Kaltfront = Lumas1d; Rückseite = Lumas1e; Okklusionsfront = Lumas1f; stationäre Front = Lumas1g; Wetterwechsel = Lumas1i; Zusammenfassung = Lumas-Zus
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