Wetterkunde

Wie entsteht ein Tiefdrucksystem?

Die Polarfront

Die Polarfront ist die Luftmassengrenze zwischen der warmen tropischen und der kalten Polarluft und befindet sich etwa auf der Höhe von Island. Dabei stösst die tropische Luft nach Norden und die Polarluft gegen Süden vor. Diese Luftmassen treffen an der Polarfront zusammen. Infolge der Erddrehung wird ein frontales aufeinander treffen dieser Luftmassen verhindert. Sie gleiten deshalb aneinander vorbei. An dieser Stelle wir der Temperaturgradient (aufgrund der Temperaturgegensätze von Kaltluft und Warmluft) verstärkt und deshalb wird auch der Höhenwind zunehmen. Es entstehen somit neue Druckzentren.

Entstehung eines Tiefdrucksystems

An dieser Stelle kommt es dabei zu sog. Wellenstörungen, die sich zu einem Zwei-Fronten Tiefdrucksystem weiter entwickeln. Die beiden Luftmassen wandern nun in Richtung Ost und werden aufgrund des veränderten Druckfeldes abgelenkt. Es bildet sich an der Polarfront eine Welle. Die Bildung solcher Polarfrontwellen (Tiefdrucksysteme) ist vor allem über dem Westatlantik zu beobachten.

Da der Druckfall sich fortsetzt, kommt es zur Entstehung eines Tiefdruckzentrums an der Polarfront. Die Polarfront buchtet sich dadurch noch weiter aus.

Die Welle an der Polarfront verlagert sich noch immer in Richtung Osten. Der Winkel zwischen den beiden Fronten wird Zunehmens kleiner, da die Kaltfront leicht schneller vorwärts gelangt als die Warmfront.

Der Bereich zwischen der Warmfront und Kaltfront bezeichnet man als Warmsektor. Dieser wird im Laufe der Zeit immer kleiner. Die Kaltfront holt also die Warmfront langsam auf. Sobald dies geschieht, spricht man von einer Okklusion. Dabei unterscheidet man zwischen Kaltfront-Okklusion und Warmfront-Okklusion.

Kaltfront-Okklusion

Meistens ist die Kaltluft hinter der Kaltfront kühler als die Kaltluft vor der Warmfront. Die Kalte Luft schiebt sich dabei unter die wenig kühlere Luft. Als Kaltfront-Okklusion bezeichnet man die Front zwischen Kalter und wenig kühlere Luft.

Warmfront-Okklusion

Die weniger kühle Luft gleitet auf der kalten Luft auf. Die Front zwischen weniger kalten und kalten Luft bezeichnet man als Warmfront-Okklusion

Nach ca. 12 Stunden seit dem Beginn einer Okklusionsbildung beginnt der Luftdruck wieder zu steigen. Während die Warmluft immer mehr angehoben wird, schert das Tief weiter gegen Nordwesten aus. Am Boden ist der Warmsektor nur noch sehr klein. Die Okklusion löst sich dann auf, wenn der Warmsektor am Boden verschwunden ist. Eine Welle an der Polarfront lebt ca. 3 bis Tage.

Die Wolkenbildung an Fronten

Schnittbild eines Tiefdrucksystems mit den dazugehörenden Wolkengattungen sowie Windrichtungen. Die obere Abbildung beschreibt den Grundriss, die untere Abbildung stellt eine vertikale Wolkenverteilung dar.

Ein frisch ausgebildetes Tief, das sich auf seinen langen, teils berechenbaren, teils nur abschätzbaren Weg begeben hat, erreicht uns zunächst mit seiner anfänglich noch freundlichen Vorderseite der Warmfront. Der vorherrschenden Windrichtung entsprechend wird dieses vor dem Tief aufziehende Wetter auch Südwest-Wetterlage genannt.

Je nach Lage des Tiefdruckkerns im Norden gelangt die Warmfront normalerweise ziemlich gleichzeitig nach Nord- und Süddeutschland und leitet damit den 1. Abschnitt eines Tiefdrucksystems ein. Auf einen ruhig daliegenden, kälteren und altersmatten Hochdruckkörper gleitet langsam wärmere und feuchtere Luft wie gegen eine flache, schiefe Ebene auf. An dieser Aufgleitfläche kommt es dann für den ortsfesten Beobachter zu einem von oben nach unten und von West nach Ost fortschreitenden Wolkenschauspiel, in dem beinahe alle Wolkengattungen vertreten sein können. Besonders gut entwickeln sich an der Vorderseite der jungen Zyklone die Schichtwolken, die in ihrem untersten Stockwerk später Regen und Schnee bringen können.

Nach Durchzug des Niederschlagsgebietes überquert uns dann als 2. Abschnitt eines Tiefs der Warmsektor, in dem der Luftdruck, vorher mässig fallend, zunächst fast gleich bleibt. Diesen ebenfalls mit südwestlicher Strömung durchziehenden Warmsektor folgt meist dramatisches Wetter: Ein plötzlich beschleunigter Luftdruckabfall setzt ein und der Wind weht nicht mehr mild aus Südwest, sondern sprunghaft kalt und stürmisch mit Böen aus Nordwest. Die Zyklone hat ihren 3. Abschnitt die Kaltfront mit ihren nachfolgenden polaren Luftmassen herangebracht, die nun die vor ihr liegende feuchtere Warmluft unterläuft und turbulent anhebt. Dabei entsteht eine Zyklone von hoch reichenden Haufenwolken, in der auch typischen Frontgewitter eingelagert sein können.

Nach dem Kaltfrontdurchgang, der üblicherweise im Vergleich mit der Warmfront sehr rasch erfolgt, befinden wir uns im Rückseitenwetter. Hier steigt der Luftdruck ähnlich schnell an, wie er vorher gefallen war. Die vorher starke und hoch reichende Bewölkung lockert auf, die Niederschläge lassen nach, der Nordwestwind wird schwächer, aber es bleibt kalt. Trotz des hohen Luftdrucks und des vielleicht nachfolgend wolkenlosen Himmels freue sich hier keiner zu früh, denn diese Wetterlage ist meist genauso kurzlebig und unbeständig wie die anderen Tiefdruckabschnitte davor. Dies ist auch der Grund, weshalb man diese Zone als Zwischenhoch bezeichnet. Zyklonen oder Tiefs kommen selten allein und wandern gerne im Gänsemarsch hintereinander her, wobei sie dann bevorzugt dieselben Zugstrassen benutzen, so dass nach kurzem Zwischenhocheinfluss sehr schnell die Warmfront des nächsten Tiefs auf die kalte Rückseite des letzten Tiefs abgleitet.

Eine besondere Form des Tiefs: Das okkludierende Tief, ist die Endphase einer Zyklone. Im frühen Stadium zeigt eine Zyklone die vorher beschriebenen charakteristischen Fronten, die sich wie Schenkel zum Zentrum des Tiefs hin schliessen und sich dann nach unten, den Warmsektor einfassend öffnen. Sie ziehen nacheinander über uns hinweg, wobei der lebhaftere Kaltfrontschenkel schneller vorankommt als die vorausgehende Warmfront. Im Kern des Tiefs beginnend, nähern sich die Fronten allmählich einander an, der Warmsektor wird immer schmaler, bis die Frontenschenkel schliesslich ganz geschlossen sind. Durch die Vereinigung der beiden Luftbereiche wird die Luft des ehemaligen Warmsektors angehoben und erscheint dann nur noch als ein sich langsam auflösendes Wolkenfeld am Himmel. Auf den Bodenkarten wird die neue Wettersituation als einzelne Linie dargestellt, auf der die Symbole der früheren Fronten eingetragen sind. Vorausgesetzt, dass sich aus der Okklusion des Tiefs keine weitere wetterwirksame Tiefdrucklage entwickelt (stationäres oder Zentraltief) wird sich wahrscheinlich eine Hochdrucklage entwickeln, deren schöner, aber letzter Tag sich so zeigt, dass der Himmel wohl in einem besonders tiefen Blau erscheint.

Vertikaler Luftaustausch zwischen Hoch und Tief

Entsprechend den auf ständigen Ausgleich hin angelegten Naturgesetzen sind Hoch und Tief nicht als selbständige Luftdruckbereiche zu verstehen, sondern als Gebiete mit hohem und niedrigem Luftdruck, di einander ergänzen ohne Hoch kein Tief und umgekehrt. Am Beispiel der im Wetterbericht immer wiederkehrenden Bezeichnung der unterschiedlichen Luftdruckgebiete, dem Azoren Hoch und dem Island Tief, zeigt sich, dass ein Tiefdruckgebiet mit Luftbedarf seinen Nachschub von einem Hochdruckgebiet mit Luftüberschuss bezieht. Dies jedoch nur im erdnahen Bereich, denn die vom Tief angesaugte Luft steigt empor und wird in grosser Höhe vom Hoch übernommen, sinkt dort langsam wieder ab und strömt wieder zu einem Tief.

Horizontaler Luftaustausch zwischen Hoch und Tief

Der Austausch der Luftmassen zwischen Hoch und Tief erfolgt über weite Strecken. Dies wäre ein geradliniger Vorgang, wenn sich die Erde nicht um ihre Achse drehen würde. Durch die Erdrotation von West nach Ost wird jedoch der grossräumige Druckausgleich zwischen rechtsdrehend abgelenkt. Diese Erscheinung wird als Coriolis Kraft bezeichnet. Wegen dieser Ablenkung gibt das Hoch rechtsdrehend Luft ab, während das Tief die Luft im entgegen gesetzten Sinn ansaugt. Dabei entsteht ein spiralig drehender Luftwirbel, eine Zyklone, mit der die Meteorologen ein Tiefdrucksystem bezeichnen. Ein Hochdruckgebiet wird als Antizyklone bezeichnet. Für Mitteleuropa ergibt sich aus diesem Luftaustausch eine von Hochdruckinseln zwar unterbrochene, aber doch anhaltende Westwetterlage.

Die Inversion

Falls die Temperatur einer mehr oder weniger dicken Luftschicht mit zunehmender Höhe steigt, so spricht man von einer Inversion. Bei einer Bodeninversion nimmt die Temperatur der Luft bereits ab dem Boden zu. Während bei einer Höheninversion die Luft innerhalb eine bestimmten Höhe zunimmt.

Eine Bodeninversion ist besonders im Winter zu beobachten. Bei einer Bisenströmung liegt ein über dem Flachland kalte Luft liegen, während darüber warme Temperaturen herrschen. Darunter bildet sich meistens Nebel.

Der Jetstream

Als Jetstream wird ein mit sehr hohen Winden bezeichnete schmale Zone knapp unterhalb der Tropopause bezeichnet. Dieser Strahlstrom besitzt Windgeschwindigkeiten von mindestens 115 km/h.

Vor dem zweiten Weltkrieg war die Existenz der Jetstreams nur in meteorologischen Kreisen bekannt. Norwegische Meteorologen hatten mittels Wetterballone jene entdeckt. Sie trauten jedoch den eigenen Messungen nicht, als sie die Abdrift der Ballone gemessen hatten. Jedoch wurde dasselbe auch von anderen Meteorologen im Ausland gemessen. Im zweiten Weltkrieg machten dann aber die Flugzeugbesatzungen der B-29 erstmals Bekanntschaft mit den sehr starken Winden in grossen Höhen. Da die Berechnung der Bombendrift sehr schwierig war und zudem einige Faktoren wie Flugzeit, Benzinverbrauch und Flugwegberechnung durch die starken Windgeschwindigkeiten beeinflusst wurden, hatten die Amerikaner noch währen des Krieges damit begonnen diese Starkwindzonen zu erforschen.

Jetstreams entstehen in Zonen grosser Temperaturgegensätze (Luftmassengrenzen). Wie dies z.B. an der Polarfront vorliegt. An der veränderlichen Luftmassengrenze bilden sich in den höheren Luftschichten starke Luftdruckgegensätze und als Folge davon stürmische Luftbewegungen aus.

Durch die Erddrehung wird dieser Luftstrom nach rechts abgelenkt und umströmt in Höhe der Polarfront als sehr lebhafter und wellenförmiger Westwindschlauch die gesamte Nordhalbkugel der Erde. In der winterlichen Jahreszeit erreicht er in unseren Breiten Spitzen von über 400 Km/h. Die grössten Windgeschwindigkeiten wurden über Grönland mit 650 Km/h und über Japan sogar mit 740 Km/h gemessen!

Dieser spezielle Wind, der in Höhen ab 5’000 Meter herrscht, bläst wie durch ein Rohr von wenigen hundert Kilometer breite. Nach aussen lassen seine Geschwindigkeiten schnell nach.

Dieser Jetstream beeinflusst jedoch das Wettergeschehen weiterhin nachhaltig, da er die Tiefs verstärkt, beschleunigt und lenkt. Jahreszeitlich verschieden südlicher oder nördlicher verlaufend und mehr oder weniger stark wellenförmig, beeinflusst der Jetstream auch die Wolkenbildung in unserem Westwindbereich.

Die Grafik zeigt einen solchen Jetstream im Querschnitt an einer Luftmassengrenze. Dabei strömt der Wind gegen den Betrachter hin. Man kann erkennen, dass die Windgeschwindigkeiten im Inneren des Schlauches am grössten sind und gegen aussen abnehmen. Gut zu erkennen ist auch, dass sich die Kalte Luft unter die warme schiebt, da kalte Luft schwerer als warme ist.