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Innsbruck
--- 26. Februar 2007 ---
Es wird zwischen drei Förderbändern unterschieden:
Das WCB ist für den Zustrom feuchtwarmer Luftmassen auf der warmen Seite des Jetstreams verantwortlich und bildet Warm- und Kaltfront einer typischen Wellentiefentwicklung aus, daher auch baroclinic leaf (baroklines Blatt) genannt und durch eine S-Form im Anfangsstadium der Zyklogenese gekennzeichnet. Es ist typischerweise mit einem hochreichenden Cirrusschirm im Warmsektor der Welle bzw. des entstehenden Tiefs verbunden, unter dem es häufig zu anhaltenden und mitunter ergiebigen Niederschlägen kommt. Verlaufen die Cirrenbänder quer zur Orientierung der Höhenströmung, so ist mit hoher bis extremer vertikaler Windscherung, gekoppelt an einen Jetstreak, in der oberen Troposphäre zu rechnen. 1. Das warme Förderband (WCB)
Im Infrarot-Satellitenbild ist das WCB im Gegensatz zum CCB deutlich heller an den Wolkenobergrenzen und häufig auch kompakter und breiter aufgebaut. Es steigt auf einer Höhe von etwa 600hPa bis 300hPa auf, also in der mittleren bis oberen Troposphäre.
Das CCB befindet sich auf der kalten Seite der Jetachse und markiert einen zwischen 900hPa und 700hPa situierten Strom verhältnismäßig feuchtkühler Luft, der sich von Osten her unter das WCB hindurchschiebt und westlich des baroclinic leaf aufsteigt. Er bildet dabei die Okklusionsfront. Da es bereits in mittleren Höhen aufsteigt und wegen der kühleren Jetseite weniger Wasserdampf als das WCB enthält, erscheint es mit vorwiegend tiefer und mittelhoher Bewölkung, die häufig konvektiv durchsetzt ist. Sie erscheint im IR-Satellitenbild grau und hebt sich entsprechend deutlich vom frontalen Wolkenband ab. Dadurch ist es ein guter Indikator für das Reifestadium einer Zyklogenese. 2. Das kalte Förderband (CCB)
Während der Begriff "Dry Intrusion" einen Vorgang beschreibt, markiert der "Dryslot" das Aussehen im Satellitenbild als Trockeneinschub. Beide Terme sind aber nebeneinander verwendbar. Es handelt sich um ein kaltseitig der Jetachse absteigendes Förderband, das sehr trockene und potentiell energiereiche Luftmassen aus der oberen Troposphäre bzw. unteren Stratosphäre bis in mittlere und untere Höhenschichten transportiert. Mit dieser Anschauung ist die Theorie der isentropen potentiellen Vorticity (IPV verbunden, die als eine Alternative zur Quasi-gestrophischen Theorie für die Zyklogenese herangezogen werden kann. Beide Perspektiven können hier nachgelesen werden. 3. Der trockene Oberstrom (DI)
In der QG-Ansicht führt die Überlagerung der extrem trockenen Luft mit feuchter, niedertroposphärischer Luft entlang der Kaltfront und im Okklusionsbereich zur Bildung potentieller Instabilität, die durch die Hebung vorderseitig der Trogachse freigesetzt wird. Der resultierende Energiezusatz führt zu teils kräftigen Schauern und Gewittern bzw. skaligen Niederschlägen im Frontbereich.
In der IPV-Theorie ist mit dem absteigenden DI das Herabführen potentiell energiereicher Luft verbunden. Die DI arbeitet sich dabei bis auf die Vorderseite des Troges vor. Dort verringert sich die Stabilität der Atmosphärenschichtung erheblich. Als Folge nimmt die absolute Vorticity stark zu, wodurch sich die Tiefdruckentwicklung verschärft. Wenn die DI bis in den wolkenreichen Okklusionsbereich vorstößt, bleibt die IPV jedoch nicht mehr konstant. Allerdings kann hier wie bei der QG-Ansicht argumentiert werden, dass die hervorgerufene potentielle Instabilität bei intensiven Hebungsprozessen zur Freisetzung latenter Wärme führt und dies üblicherweise bei rapiden Zyklogenesenderen massiven Druckfall auslöst.
Im Reifestadium überrennt die DI den Kern der Zyklone und spiralisiert sich im Auffüllungsprozess rückseitig der Okklusion ein. Im visuellen und infraroten Satellitenbild ist die DI durch eine schmale, aber auch breite, keilförmige wolkenfreie Zone sichtbar. Die beste Identifikation gelingt mit dem Wasserdampfbild, wo sich die DI durch seine besonders dunkle bzw. schwarze Färbung als meist längliches Band rückseitig bzw. entlang der Kaltfront und der Okklusion auszeichnet.
a) Im Anfangsstadium ist das Tief noch nicht okkludiert. Vorderseitig des stromabwärts gelegenen Höhenkeils wird feuchtwarme Luft in auf der warmen Seite des Jets nach Nordosten befördert. Die ausgeprägte Höhenzirkulation lässt folglich bereits ein warmes Förderband entstehen, während die Bodenzirkulation noch relativ schwach ist.b) Im Reifestadium hat sich die Bodenzirkulation deutlich verstärkt. Hierdurch wird die antizyklonal um das stromabwärtige Hoch herumströmende Luft von der zunehmenden Druckgradientkraft in die Zirkulation des Tiefdruckwirbels eingebunden. Resultat ist das kalte Förderband, das am Okklusionspunkt und westlich aufsteigt, wohingegen das warme Förderband weiter feuchtwarme Luft nach Nordosten advehiert.
Des Weiteren soll skizziert sowie beispielhaft mit IR- und WV-Satellitenbildern die Prozesse und das Aussehen der Förderbänder beschrieben werden:
Wie links skizziert ist bei der CCB-Zyklogenese das s-förmige barokline Wolkenband typisch, das mit Warm- und Kaltfront gekoppelt ist. Das WCB verläuft entlang des Wolkenbandes von Südsüdwest nach Nordnordost.
Rückseitig der Kaltfront stößt die DI zum Okklusionspunkt vor und unterläuft diesen abgeschwächt beim Reifestadium der Zyklogenese. Im Gegenzug wandert das CCB unter dem WCB hindurch nach Westen und steigt am Okklusionspunkt auf. Daraus entwickelt sich im Reife- und Endstadium die Okklusionsfront. Im weiteren Verlauf ringelt sich die DI in den Kern ein.
Die stärkste Hebung herrscht typischerweise am Okklusionspunkt und westlich davon - demzufolge tritt hier auch das Maximum der Niederschläge auf. Da sich das Okklusionsband bei der CCB-Zyklogenese bedeutend in der Wolkenobergrenze vom frontalen Wolkenband abhebt, wird es auch Wolkenkopf (Cloudhead) genannt. Dieser kann entweder unmittelbar mit dem Wolkenband verknüpft auftreten oder als separates Wolkenband parallel zum baroclinic leaf kaltseitig der Jetachse "mitschwimmen" und sich im Reifestadium der Zyklogenese mit diesem vereinen.
Beispiel vom 18. Februar 2007, 06:00 UTC - Tiefdruckwirbel "Schwan" Vom 17. auf den 18. Februar bildete sich auf dem Nordatlantik ein mächtiger namenloser Tiefdruckwirbel, den ich aufgrund seines Aussehens in den Satellitenbildern scherzhaft als "Schwan" bezeichnet habe. Es handelt sich nicht um eine klassische CCB-Zyklogenese, wie wir im Folgenden sehen werden:
Im IR-Satellitenbild vom 18. Februar 2007, 06.00 UTC, weist Tief "Schwan" ein breitflächiges baroclinic leaf auf, das mit dem WCB in Zusammenhang steht. Es ist an seiner Nordseite mehr oder weniger scharf begrenzt, was auch die Position der Jetachse verdeutlicht. Kaltseitig des Jets schließt sich ein ungewöhnlich breites und teilweise konvektiv durchsetztes Wolkenband an, welches bereits leicht eingeringelt ist. Die markanten Unterschiede in der Färbung von weiß zu grau deuten an, dass hier ein CCB aktiv ist. Das Ungewöhnliche an dieser Konfiguration ist die Lage der Warmfront, die eingezeichnet bis auf die kalte Seite des Jets reicht, aber nicht durch typisch hochreichendere Warmfrontbewölkung gekennzeichnet ist. Eventuell könnte man hier auch die Okklusion noch weiter südlich ziehen, was auf jeden Fall reichlich mehr Sinn ergäbe.
Verkompliziert wird die Situation jedoch beim Blick auf das zugehörige WV-Bild zum selben Zeitpunkt. Es zeigt die drastischen Diskrepanzen betreffend die Wolkenobergrenzen. Das baroclinic leaf ist ist breitflächig kondensiert - in einer eher selten beobachteten Ausdehnung und Intensität. An der Kaltfront des Wirbels schließt eine Kaltfrontwelle an, die kaltseitig des Jets bereits einen kurzen Okklusionsteil aufweist - hier ist ein weiterer CCB vorhanden. Entlang der Kaltfrontwelle verläuft ein schmaler, recht intensiv dunkler Bereich mit einer DI. Sie reicht bis zum Okklusionspunkt. Die Randtiefbildung an der Kaltfrontwelle ist also im vollen Gange. Weiter stromabwärts schließt entlang der Kaltfront des Schwans eine weitere DI an. Ihre stärkste Intensität reicht bis in den Kern hinein. Charakteristisch für CCB-Zyklogenesen ist aber, dass ein Schwall dieser extrem trockenen Luft zumindest teilweise über die Kaltfront hinausschießt und weiter nach Osten vorstößt. Dies ist im schwarzen Dreieck sichtbar. Der östlich ausgreifende Trockeneinschub ist für eine Trennung von Okklusionsfront und baroklinem Wolkenband bis zu einem gewissen Ausmaß verantwortlich.
WCB-Zyklogenese - Theorie und Beispiel
Bei der WCB-Zyklogenese ist - anders als man vielleicht vermutet hätte - ebenfalls ein CCB vorhanden, das aber von dem WCB völlig überdeckt wird. Dieses spiralisiert sich auch kaltseitig weiter ein und bildet die Okklusionsfront. Dabei spaltet es sich in den Okklusionsteil und den nach Nordosten ausgreifenden Warmfrontteil auf.
In den ThetaE-Modellkarten kann man die WCB-Zyklogenese anhand einer Zunge hoher ThetaE-Werte bis in den Kern vermuten, die mitunter zu einem "warmen Kern" des Tiefs führt. Im Gegensatz zur CCB-Zyklogenese oben sind frontales Wolkenband und Okklusionsfront vollkommen verschmolzen und vollständig hochreichend sowie meist auch sehr kompakt. Die DI unterläuft die Okklusionsfront nicht, sondern spiralisiert sich direkt in den Kern ein.
Beispiel vom 27. Oktober 2004, 06:00 UTC - Tiefdruckwirbel "Carolin" Am 26. Oktober 2004 formierte sich auf dem mittleren Atlantik eine kleinräumige, aber äußerst energiereiche Welle mit ThetaE-Werten über 60°C. In den Abendstunden setzte eine Extremzyklogenese mit 20hPa Druckfall in nur 12h ein. Dabei bildete sich einer der imposantes Sturmtiefs heraus, die ich bisher in Satellitenbildern gesehen habe und gerne als exemplarische Beispiele für "Dryslots" herangezogen werden. Es wurde auf den Namen "Carolin" getauft.
Am 27. Oktober 2004 jeweils um 06.00 UTC (links falsch beschriftet) weist der Tiefdruckwirbel ein äußerst markantes Erscheinungsbild auf. Im infraroten Kanal sieht man ein durchgängig hochreichendes Wolkenband von der Kalt- und Warmfront bis in den Okklusionsbereich. Das Tief ist dabei schon weitgehend okkludiert. Anhand der antizyklonalen Krümmung des Wolkenschildes östlich der Warmfront lässt sich schön die Position der Spaltung des WCB erkennen. Rückseitig der Okklusionsfront fällt ein flächiger, sehr niederer Wolkenbereich auf, der durchweg kompakt ist. Zugrunde liegt dem eine besonders intensive DI, welche die Bodenokklusionsfront überströmt und durch die signifikante Erwärmung der Wolkenobergrenzen zu einem Absinken der Bewölkung führt. Man könnte hier von einer "splitting front" sprechen. Im Trogsektor sind zahlreiche staffelartig angeordnete Zellhaufen sichtbar, die mit Schauern verbunden sind.
Noch eindrücklicher ist die DI im Wasserdampfbild. In den vergangenen Jahren habe ich keinen derart ausgeprägten Dryslot gesehen, welcher breitflächig tiefschwarz im WV-Kanal erscheint. Man beachte auch hier, dass die DI nicht über die Okklusionsfront hinausschießt und für eine Teilung der Fronten wie bei der CCB-Zyklogenese sorgt. Auch im WV-Bild ist das gesamte Frontalsystem relativ kompakt. Hinsichtlich der Präsenz des CCB könnte man vermuten, dass er mit der Absenkung der Wolkenobergrenzen nördlich und westlich der Okklusionsfront in Verbindung steht. Zumindest sind diese nicht Resultat von Jetcirren, da sich der Jetstream viel weiter südlich befindet.
Mittwoch, 17. Januar 2007, 06.00 UTC
In der Karte links erkennt man anhand des Temperatursprungs auf dem nordwestlichen Nordatlantik gut die Position der Jetachse. Südlich davon liegt das warme Förderband mit feuchtwarmer Luft. Weiter stromabwärts hat sich ein schwacher Kurzwellenkeil aufgewölbt. Der Okklusionspunkt liegt im Auszugsbereich des Jets leicht kaltseitig, während die Okklusionsfront nach Nordwesten zurückgebogen ist. Die Dry Intrusion verläuft kaltseitig des Jets zwischen der umgebogenen Okklusion und der Kaltfront nach Südosten. Das kalte Förderband zweigt von der Keilvorderseite nach Nordwesten ab. Die Existenz der Okklusionsfront weist darauf hin, dass es sich hier um einen CCB handeln muss. In den Satellitenbildern (unten) wird diese These untermauert.
Sechs Stunden später hat sich die Krümmung am Kurzwellenkeil leicht intensiviert. Die Okklusionsfront von Kyrill 1 hat sich verlängert und liegt weitgehend parallel zur Kaltfront. Der Temperatursprung macht die Lage der Jetachse und des WCB weiterhin sichtbar. Der CCB hat sich etwas intensiviert, während der Okklusionspunkt jetzt ziemlich auf der Jetachse gelegen ist.
Mittwoch, 17. Januar 2007, 06 und 12 UTC - IR von Freie Universität Berlin
Der infrarote Kanal zeigt Kyrill 1 als weißes L markiert, wie er rasch mit der intensiven Höhenströmung südostwärts zieht. Die Okklusionsfront ist dabei recht weit vom Okklusionspunkt entfernt retrograd zur Orientierung der baroklinen Welle gebogen. Während das baroclinic leaf durchgehend kompakt und hochreichend ist, ist die Okklusionsfront schmaler und teilweise stark konvektiv durchsetzt. Um 12 UTC ist der Kernbereich von Kyrill 1 wolkenfrei und ein schmaler Streifen aufgelockerter Bewölkung reicht bis zum Okklusionspunkt: die DI reicht bis zum Okklusionspunkt, das WCB liegt südlich der Kaltfront und das CCB verläuft von Südosten kommend entlang der Okklusionsfront bis zum Kern von Kyrill 1.
Im visuellen Satellitenbild habe ich die Lage der Fronten entsprechend strichliert. Die Kaltfront reicht strenggenommen noch viel weiter südwestlicher, erfährt aber ihren Kaltfrontcharakter vorwiegend im eingezeichneten Bereich mit der Nähe zum Höhentrog. Das baroclinic leaf zeigt die typische scharfkante Wolkengrenze an der Nordseite, wie sie beispielhafter nicht sein könnte. Nach Osten zu ist das baroclinic leaf keilförmig ausgebildet. Die Warmfront ist etwas stromaufwärts gelegen.Die Okklusionsfront nimmt dort ihren Anfang, wo der aufgelockerte Bereich hinter der Kaltfront endet. Der Trockeneinschub überlagert hier die Okklusionsfront, was in der Freisetzung potentieller Instabilität und kräftiger Feuchtkonvektion resultierte - zu erkennen an den verdickten Schlieren in der Okklusionsfront. Im westlichen Drittel der Kaltfront bzw. nördlich davon ist der Tiefdruckkern von Kyrill 1 gelegen, während sich der eigentliche Orkan weiter stromabwärts am Okklusionspunkt entwickelte.
Im Wasserdampfbild ist der Ort der Förderbänder gekennzeichnet. Die DI reicht auch hier bis zum Okklusionspunkt, erfährt aber im Bereich des Tiefkerns seine stärkste Intensität. Das Fehlen eines "Einringelns" der DI deutet neben zahlreichen synoptischen Faktoren auf den im verlinkten Artikel ausführlich erläuterten Teiltiefprozess hin, der zu Kyrill 2 führte. Die scharfe Wolkenkante entlang des gesamten baroclinic leaf unterstreicht die Existenz einer CCB-Zyklogenese, da Okklusionsfront und Warm- und Kaltfront eindeutig nicht verschmolzen sind.
