Atmosphäre und Gebirge – - DMG

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30 C. Kottmeier, F. Fiedler: Vertikaler Austausch über Mittelgebirgen und Feuchtestruktur der Troposphäre bestimmt wird und die Bereitschaft zu hochreichender Konvektion angibt, nachdem die Auslösetemperatur am Boden erreicht ist. Die CAPE liegt beispielsweise am 19. Juni deutlich über den Werten am Anfang des Monats (Abb. 4-5). Die räumlichen Unterschiede zwischen dem Rheingraben (Freistett, 120 m NN) und dem östlichen Nordschwarzwald (Horb, 515 m NN) an den einzelnen Tagen sind aber vergleichsweise gering. Konvektion trat dann allerdings fast ausschließlich über dem Nord- und Südschwarzwald und über den Vogesen auf (Abb. 4-6; KALTHOFF et al. 2005b). Am Nachmittag des 19. Juni entstand über dem oberen Murgtal eine Gewitterzelle mit Niederschlägen bis 20 mm, wie das Radarbild (Abb. 4-7) des Karlsruher Niederschlagsradars zeigt (BERTRAM et al. 2004). Im Rheingraben fiel dagegen bis zum späten Abend kein Niederschlag. Mit Hilfe der umfassenden VERTIKATOR-Daten wurde eine Detailanalyse vorgenommen, die die Ursachen für die Auslösung der Konvektion über dem Schwarzwald liefert. Konvektion kann dadurch ausgelöst werden, dass die bodennahe Lufttemperatur die so genannte Auslösetemperatur erreicht oder überschreitet, so dass bodennahe Luftmassen aufsteigen können. Mit Satellitenmessungen lassen sich die Temperaturverhältnisse kontinuierlich und flächendeckend überwachen und räumliche Strukturen quantitativ erfassen. Temperaturunterschiede von mehr als 5 °C sind häufig schon über unterschiedlicher Landnutzung anzutreffen (Abb. 4-8). Für den 19. Juni wurde die Differenz zwischen der bodennahen Temperatur und der Auslösetemperatur, ∆T, zu verschiedenen Zeiten als Funktion der Stationshöhe berechnet (Abb. 4-9). Diese Bedingung für die Auslösung von Konvektion ist um 10 und 12 UTC nur an Stationen oberhalb von etwa 850 m NN erfüllt. Außerdem zeigt die räumliche Verteilung von ∆T um 12 UTC, dass dieses Gebiet im Wesentlichen die Hornisgrinde und das obere Murgtal umfasste (Abb. 4-4). Für die Auslösung von Konvektion stellte sich die Kombination mehrerer fördernder Einflüsse als wesentlich heraus. Die frühere Erwärmung in den Hochlagen ist auch dadurch zu erklären, dass die nachts gebildete Kaltluft durch die Täler in die tieferen Lagen abfließen konnte. Die nächtlichen Bergwinde sind im Schwarzwald sehr typisch und haben zum Teil eigene Namen erhalten, z. B. als „Höllentäler“ im Südschwarzwald bei Freiburg. Am späten Vormittag des 19. Juni traten im Bereich des mittleren Nordschwarzwaldes über dem Gipfel der Hornisgrinde und ostwärts davon auf Teilabschnitten des Flugweges der DO-128 sehr hohe vertikale Feuchtetransporte auf (Abb. 4-10), was zu einer Anreicherung von Feuchte in der Grenzschicht führte. Im Rheingraben dagegen waren die vertikalen Feuchtetransporte in der entsprechenden Höhe über Grund nahezu vernachlässigbar. promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006 Abb. 4-5: Konvektiv verfügbare potentielle Energie (CAPE) an verschiedenen VERTIKATOR-Messtagen im Rheingraben (Freistett, 120 m NN) und im östlichen Schwarzwald (Horb, 515 m NN). Abb. 4-6: NOAA-Satellitenaufnahme vom Oberrheingraben am 19. Juni 2002 um 12:26 UTC. Der rote Kreis kennzeichnet den Bereich, in dem sich am Nachmittag eine Gewitterzelle mit Niederschlag bildete (s. Abb. 4-7). Abb. 4-7: Niederschlagssumme von 0 bis 15 UTC am 19. Juni 2002, gemessen mit dem Niederschlagsradar am Forschungszentrum Karlsruhe.
promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006 C. Kottmeier, F. Fiedler: Vertikaler Austausch über Mittelgebirgen 31 Oberflächentemperatur in °C Zeit in UTC Abb. 4-8: Verlauf der Oberflächentemperatur über Agrarland (blau) und Wald (rot) am 31. Mai und 1. Juni 2002 im Rheingraben; abgeleitet aus METEOSAT-Daten. Höhe in m NN Abb. 4-9: Differenz der bodennahen Temperatur (T 2m) und der Auslösetemperatur (∆T) zu verschiedenen Zeiten am 19. Juni 2002 an Messstationen in unterschiedlicher Geländehöhe im VERTIKATOR-Messgebiet. Abb. 4-10: Turbulente Feuchteflüsse (Pfeile) über dem Nordschwarzwald am späten Vormittag des 19.06.2002. Dargestellt ist eine Ansicht von Südwesten auf den Nordschwarzwald. Die turbulenten Flüsse latenter Wärme sind für Teilabschnitte der überflogenen Orografie dargestellt. Die Maximalwerte bis 607 W/m 2 (orange und rot) treten über der Hornisgrinde und ostwärts davon bis Horb auf. Im Rheingraben und Kinzigtal (grün) sind die Feuchteflüsse dagegen sehr gering. Nord in km UTM Ost in km UTM Abb. 4-11: Windvektoren am 19.6.2002, 12 UTC an den Bodenstationen des erweiterten VERTIKATOR-Bodenmessnetzes im Bereich des Nordschwarzwaldes. Die rote Linie kennzeichnet eine bodennahe Konvergenz westlich des Murgtals. Des Weiteren resultierten aus höheren Temperaturen über hochgelegenen Flächen im Vergleich zu den Temperaturen in der freien Atmosphäre thermisch induzierte Windsysteme wie Hang- und Talwinde. Diese sind am 19. Juni im Bereich des Schwarzwaldes deutlich nachweisbar (Abb. 4-11). Dabei kommt es über dem Schwarzwaldkamm zur Bergventilation; sie kann, bei ausreichender Feuchte in der Atmosphäre, hoch reichende Konvektion über den Bergkämmen auslösen. Der Bereich starker Bergventilation ist in Abb. 4-11 durch die rote Linie (Konvergenzlinie) gekennzeichnet. Zusätzlich zu diesen Hangaufwinden werden außerdem über die Talwinde des südlich gelegenen Kinzigtals und des nördlich gelegenen Murgtals feuchtwarme Luftmassen in das Zentrum des Nordschwarzwaldes geführt. Die Messungen erlauben eine Berechnung der mit dem Windsystem verbundenen Feuchte- und Wärmeflüsse und einen Vergleich mit horizontal homogenen Regionen wie dem Rheingraben. Die Windsysteme bilden den Nachschub für die vertikalen turbulenten Feuchtetransporte, die über dem Schwarzwald beobachtet werden (Abb. 4-10). 4 Modellrechnungen zur Konvektion Modellrechnungen für die VERTIKATOR-Messkampagne wurden mit dem operationellen Lokal-Modell LM des Deutschen Wetterdienstes durchgeführt (MEISSNER et al. 2005). Da aus den Beobachtungen hervorgeht, dass die Bedingungen für die Auslösung von Konvektion nur in den Hochlagen des Schwarzwaldes (> 850 m NN) gegeben sind (Abb. 4-9), wurde zunächst die im LM verwendete Orografie mit der
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