Das „Trauerspiel“ der Inversionen

Den meisten wird der Begriff „Inversion“ wohl bekannt sein. Bei Hochdruck-Wetterlagen im Winter lässt sich oft beobachten, wie es im Flachland sehr kalt und trüb bleibt, während die Bergregionen milde Temperaturen und sehr trockene Luft genießen können. Auch in den anderen Atmosphärenschichten kommen Inversionen häufig vor.

Am 27. April konnte man solch eine Inversion gut beobachten. Im Radiosondenaufstieg von Prag (27.04.; 12 UTC) ist die Inversion deutlich zu erkennen. Bei ca. 720 hPa macht die Temperaturkurve einen deutlichen Knick nach rechts, was eine starke Erwärmung bedeutet. Die Taupunktkurve macht im gleichen Niveau einen Knick nach links, die Luft wird also schlagartig sehr trocken.

Himmelsbild am 27. April, 13 Uhr

Beginnen wir bei der Wolkenuntergrenze. Da es in Sachsen leider keine Radiosondenaufstiege gibt, arbeiten wir mit den Daten aus Prag, da hier zum gegebenen Zeitpunkt eine sehr ähnliche Wetterlage vorherrschte (vgl. Satellitenbild). Unterschieden wird bei der Untergrenze zwischen erzwungener Hebung und thermischer Hebung.

Die erzwungene Hebung bezieht sich auf Hebungsvorgänge, welche durch externe Einflüsse (z. B. Orographie oder Hebung an einer Front) induziert werden. Dieses lässt sich simpel durch das LCL (Lifted Condensation Level) bestimmen. In den Wyoming-Soundings lässt sich es ablesen, ansonsten: Vom Bodentaupunkt aus dem konstanten Sättigungsmischverhältnis (in den Soundings werden dazu lila Linien als Hilfslinien angegeben) folgen. Zudem von der Bodentemperatur aus der Trockenadiabate folgen (grüne Linien als Hilfslinien), der Schnittpunkt beider Linien ist das LCL.

Die thermische Hebung bezieht sich auf Hebungsvorgänge, die einzig und alleine durch Thermik, ohne externe Einflüsse hervorgerufen werden. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn es im Sommer auch abseits von Gebirgen zu Hitzegewittern kommt (Luftmassengewittern). Bei dieser Art von Hebung muss das CCL bestimmt werden (Cumulus Condensation Level). Dazu startet man beim Bodentaupunkt und folgt dem konstanten Sättigungsmischverhältnis, bis man die Temperaturkurve schneidet. Hier befindet sich das CCL. Annäherungsweise lässt sich das CCL durch eine Formel von Fritz Henning beschreiben:

Taupunktdifferenz (TEMP-TP) * 125 = Wolkenuntergrenze in Meter

Diese Formel bezieht zusätzlich noch eine tagesgangbedingte Veränderung der Luftfeuchtigkeit mit ein. Möchte man auf Nummer sicher gehen und diese noch deutlich genauer einbeziehen, so empfiehlt sich, das Sättigungsmischverhältnis zu mitteln. Eine ausführliche Erklärung dazu gibt es auch in der deutschsprachigen Wikipedia.

Da die obige Aufnahme im Erzgebirgsvorland entstanden ist, ist davon auszugehen, dass sowohl thermische, als auch erzwungene Hebung eine Rolle gespielt hat. Abgesehen davon befinden sich LCL und CCL zum Zeitpunkt auf etwa einer Höhe, weshalb die Frage nach Art der Hebung eher irrelevant ist.

Prag-Libus meldete am 27. April um 13 Uhr eine Taupunktdifferenz von 15,2°C. Mit der oben genannten Formal nach Henning ergibt dies eine ungefähre Wolkenuntergrenze von 1900 Meter (in Prag ist von thermischer Hebung auszugehen). Dieser Wert stimmt auch mit dem Radiosondenaufstieg überein.

Das EQL (Wolkenobergrenze) liegt in ca. 717 hPa, was auch die Höhe der Inversion und entsprechend auch die obere Grenze der Konvektion beschreibt. Optisch passiert dann in etwa dies:

Himmelsbild um 13:20 Uhr

Da es weiter zu Konvektion kommt, diese sich mangels Energie aber maximal bis zur Inversion durchsetzen kann, zieht sich der Himmel allmählich zu und die Einstrahlung wird gedämpft oder verschwindet ganz. Die Wolkenformation im Bild nennt sich Altocumulus stratiformis lacunosus cumulogenitus bzw. Cumulus altocumulomutatus.

Bei den typischen sommerlichen, wenig dynamischen Gewitterlagen stellen die Inversionen (egal auf welcher Höhe) ein massives Problem bei der Entwicklung von Gewitterzellen dar. Wenn die Inversion vertikal nur kurz vorhanden ist, kann bei genügend Hebung und Energie dieser Deckel durchbrochen werden. Ist die Inversion samt Deckel allerdings sehr stark ausgeprägt, kann schon früh davon ausgegangen werden, dass die Gewitterbildung zu stark gehemmt wird. Auch die Wettermodelle haben nicht selten ihre Probleme bei der Berechnung solcher Inversionen und die Auswirkungen auf die Konvektion.

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