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Thema des Tages
Ausgegeben vom Deutschen Wetterdienst. Neueste Meldung oben

Unsere Atmosphäre: Welche Ehre!


Für uns Menschen selbstverständlich, für Himmelskörper alles andere
als das: die Atmosphäre!

Er ist derzeit in aller Munde: Der Mond! Einerseits weil er vor genau
50 Jahren die ersten Menschen auf seiner Oberfläche begrüßen
"durfte", andererseits aufgrund seiner partiellen Finsternis in der
Nacht zum vergangenen Mittwoch (zumindest hierzulande). Doch so
faszinierend dieser treue Erdbegleiter auch sein mag, wettertechnisch
hat er nicht viel zu bieten. Es fehlt ihm schlicht und ergreifend
eine dafür notwendige Atmosphäre, also ein ihn umhüllendes
Gasgemisch.

Das liegt aber nicht etwa daran, dass er kein Planet ist, denn der
Titan (größter Mond des Saturn) kann beispielweise eine solche
vorweisen. Auch bei Planeten ist ihr Vorhandensein wahrlich keine
Selbstverständlichkeit, auch wenn in unserem Sonnensystem mit
Ausnahme des Merkurs alle Planeten eine mehr oder weniger gut
ausgeprägte Atmosphäre ihr Eigen nennen dürfen. Für ihren "Erwerb"
muss ein Planet (wie auch alle anderen Himmelskörper) diverse
Voraussetzungen erfüllen.

Einen im wahrsten Sinne des Wortes massiven Vorteil diesbezüglich
haben Planeten, die eine große Masse besitzen. Denn je schwerer ein
Planet ist, desto größer ist auch seine Anziehungskraft auf einen
anderen Körper, z. B. eben auf Gasmoleküle. Anders ausgedrückt: Ist
ein Planet zu leicht, also seine Anziehungskraft zu gering, kann er
keine Gase in seiner Nähe halten. Sie würden in den Weltraum
"abhauen".

Zudem ist eine gewisse "Coolness" gefragt. Je höher nämlich die
Temperatur auf einer Planetenoberfläche ist, desto größer ist auch
die Bewegungsenergie der dortigen Gasmoleküle. Das wiederum hat einen
direkten Einfluss auf ihre Geschwindigkeit, die dabei nämlich
ebenfalls zunimmt. Tja, und ab einer bestimmten Geschwindigkeit
können sich die Gasteilchen letztendlich von der Anziehungskraft des
Planeten losreißen und sagen "Auf Nimmerwiedersehen!".

Ein letzter Punkt, der sich positiv auf den Erhalt einer Atmosphäre
auswirkt, bezieht sich auf die Gase selbst, die auf einem Planeten z.
B. durch Ausgasen (Gasaustritt aus festem oder flüssigem Material)
entstehen. Da Gasmoleküle mit einem kleineren Molekulargewicht
schneller sind als die mit einem größeren, stehen für Erstere die
Chancen deutlich besser, dem Anziehungsfeld des Planeten zu
entkommen.

Die Erde konnte sich in all diesen Punkten behaupten (siehe
angehängtes Bild der NASA), auch wenn ihre Anziehungskraft nicht
ausreicht, um beispielsweise die relativ leichten Wasserstoff- und
Heliummoleküle in der Atmosphäre zu halten. Dazu müsste die Erde
genauso ein "Brummer" sein wie zum Beispiel der Saturn (ca. 95-fache
Masse der Erde) oder der Jupiter (ca. 317-fache Erdmasse). Bei dem
Anziehungsfeld dieser beiden Planeten haben selbst Wasserstoff und
Helium keine Chance zu entkommen.

Die etwas schwereren Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle hat die
Erdatmosphäre dagegen ganz gut im Griff. Das zeigt auch die
Zusammensetzung des Gasgemisches (also der Luft), das unsere
Atmosphäre ausmacht und dort bis zu einer Höhe von etwa 100 km über
dem Erdboden recht konstant vorhanden ist: 78,08 % Stickstoff, 20,95
% Sauerstoff, 0,93 % Argon und weniger als 1 % Spurengase (z.B.
Kohlendioxid CO2). Der Wasserdampf, der den wichtigsten Bestandteil
für unser Wetter darstellt, nimmt aufgrund starker räumlicher und
zeitlicher Schwankungen etwa 1 bis 4 % der Luft ein.

Doch diese Gaszusammensetzung war bei Weitem nicht immer so. Was die
Erdatmosphäre in den letzten Jahrmilliarden alles mitmachen musste,
erfahren Sie voraussichtlich am kommenden Sonntag im Thema des Tages.



Dipl.-Met. Tobias Reinartz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.07.2019

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst



Die ungewöhnliche Entstehungsgeschichte des Tropensturms BARRY


Es ist landläufig bekannt, dass sich Tropenstürme bevorzugt über dem
warmen Ozean entwickeln. Das heutige Thema des Tages beschäftigt sich
mit der Entstehung des Tropensturms BARRY, die über Land und somit
weit ab vom warmen Meereswasser begann.

Im Verlauf der vergangenen Woche bildete sich über dem Golf von
Mexiko der erste Hurrikan der Saison 2019 mit dem Namen BARRY und
wies somit eng begrenzt mittlere Windgeschwindigkeiten von rund 120
km/h auf. Dass die Intensivierung nicht noch heftiger ausfiel, war
beständiger Windscherung (Windzunahme mit der Höhe) und einer
trockenen Luftmasse in seiner Umgebung zu verdanken. Daher wird
dieser Sturm mit Sicherheit nicht wegen seiner Windgeschwindigkeiten
in die Geschichtsbücher eingehen.

Bedeutender war, dass BARRY nur sehr langsam an Land zog und somit
verbreitet teils erhebliche Niederschlagsmengen von mehr als 200 l/qm
brachte. Strichweise wurden in Louisiana innerhalb von ein bis zwei
Tagen mehr als 500 l/qm, in Arkansas mehr als 400 l/qm Regen
gemessen. Zudem fielen diese Regenmassen in einer Region, die nicht
nur rund 40 bis 60 % zu hohe Bodenfeuchtewerte im Vergleich zur
langjährigen Klimatologie aufwies (Quelle: Climate Prediction
Center), sondern auch bereits vor dem Eintreffen von BARRY mit
Hochwasser zu kämpfen hatte. Daher verwundert es nicht, dass die
Überschwemmungen regional signifikant ausfielen, allerdings weit
unter den Ausmaßen von Hurrikan KATRINA aus dem Jahr 2005. Doch was
macht BARRY noch interessanter?

Kurz zur Erinnerung: Die Entwicklung tropischer Stürme setzt im
Allgemeinen warme Wasseroberflächen sowie eine warme und feuchte und
somit potentiell labil geschichtete Troposphäre voraus. Der Wind
sollte mit der Höhe nicht zunehmen, was in der Meteorologie unter dem
Begriff "schwacher Windscherung" bekannt ist. Konvektion kann sich
nun, stark vereinfacht gesagt, ungestört bilden und sich allmählich
zu einem Tropensturm entwickeln.

Die Entstehungsgeschichte von BARRY war eine atypische, wenn auch
nicht ungehörte. Normalerweise richten die nordamerikanischen
Meteorologen ihre Blicke gen Osten, wenn es um die
Tropensturmvorhersage für die Bereiche der südlichen und östlichen
USA geht. Im Thema des Tages vom 20. Juni 2019 wurde ein möglicher
Prozess erklärt, wie sich Tropenstürme aus sogenannten "African
easterly waves" entwickeln können. Es gibt noch weitere
Entwicklungsmöglichkeiten, die sich jedoch allesamt über den warmen
tropischen und subtropischen Gewässern abspielen. Bei BARRY begann
jedoch alles über den weiten Landmassen der nordamerikanischen Great
Plains und somit weit abseits des warmen Wassers.

In der beigefügten Grafik ist im ersten Bild links oben ein
umfangreicher Gewittercluster über Kansas und Missouri zu erkennen.
In diesem langlebigen Cluster wurde durch die rege Gewitteraktivität
viel latente Wärme (siehe Link zum DWD-Lexikon) in der mittleren
Troposphäre freigesetzt. Die latente Wärme, ein nicht so greifbarer
Begriff, kann man sich bildlich so vorstellen: Die Sonne lässt im
Tagesverlauf durch ihren Energieinput (Wärmezufuhr) Wasser verdunsten
und aufsteigen. Mit der Höhe nimmt die Temperatur ab und der
Wasserdampf beginnt zu kleinen (Wolken-)Tröpfchen zu kondensieren,
wobei die gespeicherte Energie wieder freigesetzt wird (=latente
Wärme). Beim Blick auf das Satellitenbild kann man sich vorstellen,
dass hier innerhalb des Gewitterclusters gewaltige Energiemengen
freigesetzt wurden, die sich nun in der mittleren Troposphäre
sammelten. Da warme Luft leichter ist als kalte, beginnt der
Luftdruck in der Höhe zu fallen und es entwickelt sich ein
sogenannter "mesoskalig konvektiver Wirbel", im Englischen "Mesoscale
convective vortex, (MCV)". Dieser, besonders in der Höhe (mittlere
Troposphäre) kräftig ausgebildete Wirbel, driftet in der Folge mit
den Höhenwinden dahin, wobei solche Systeme über Tage hinweg
überleben und dabei immer wieder neue Gewitter auslösen können.

Ein kräftiges Hochdruckgebiet über dem Westen der USA lenkte das
System in der Folge Richtung Tennessee (a). In b) ist der Wirbel
bereits über dem Bundesstaat Georgia zu finden. Zu diesem Zeitpunkt
lässt sich etwas Interessantes im Satellitenbild erkennen: Auch die
weniger hochreichenden Wolkenfelder konnten sich zu einem Wirbel
organisieren. Dies ist ein Anzeichen, dass sich die Rotation aus der
Höhe teils auch bis in tiefe Lagen durchsetzt, was auf ein sich
verstärkendes System hindeutet.

Allerdings nahm der Wirbel erst so richtig Fahrt auf, als er über das
durchschnittlich 1 bis 2 Grad zu warme Wasser des Golfs von Mexiko
zog, wo sich erneut heftige und langlebige Gewitter ausbilden
konnten, die sich letztendlich zum Tropensturm BARRY organisierten
und der schließlich in Louisiana an Land ging.

Wie in diesem Fall ersichtlich läuft die Entwicklung von
Tropenstürmen teils sehr komplex ab. Ohne feinmaschige Wettermodelle
und hochaufgelöste (zeitlich wie räumlich) Wettersatelliten ist manch
einer dieser Stürme früher wie aus dem Nichts entstanden und
überraschte die Menschen entlang der Küsten häufig mit verheerenden
Folgen.


Dipl.-Met. Helge Tuschy
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 18.07.2019

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst





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