Baroklinität und Barotropie


"Baroklinität entsteht durch die unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche und stellt den Normalzustand der Atmosphäre dar.  Durch den horizontalen Temperaturgradienten wird eine vertikale Zirkulationsbeschleunigung (horizontale oder barokline Vorticity) initiiert, welche dem horizontalen Temperaturgradienten proportional ist. Dabei erfolgt die Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie."

Bildquelle: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
Bildquelle: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html

Druckflächenneigung

Die Neigung der einzelnen Druckflächen ändert sich mit zunehmender Höhe. In kälterer Luft fällt der Luftdruck mit der Höhe  dabei schneller als in warmer Luft. Damit ist der Abstand zweier Druckflächen proportional zur Schichtmitteltemperatur.

 

Beispiel

Somit ist beispielsweise die 500 hPa Druckfläche in einer baroklinen Atmosphäre steiler als die 850 hPa Druckfläche. Die Geschwindigkeit des geostrophischen Windes ist proportional der Neigung der Druckflächen. Aus dem eben genannten Beispiel wird also deutlich, dass der geostropische Wind mit der Höhe zunehmen muss. Verdeutlicht wird dies auch mit dem Radiosondenaufstieg von Adana (Türkei) vom 12. März 2012 um 12 UTC. Hier nimmt der Wind aufgrund der Baroklinität bis zur Tropopause stark zu und erreicht in etwa 300 hPa eine Spitzengeschwindigkeit von 145 kn (270 km/h). 

 

Thermischer Wind

Die Richtung des geostrophischen Windes ist auf jeder Druckfläche unterschiedlich, weshalb der thermische Wind (theoretischer Wind) erzeugt wird. Dieser ergibt sich aus der Richtungsdifferenz des geostrophischen Windes zweier Druckflächen. Es kommt zu einer Verfrachtung des Temperaturfeldes in Strömungsrichtung.  Bei einer Linksdrehung des Windes mit der Höhe erfolgt Kaltluftdavektion. Dreht der Wind dagegen mit der Höhe nach rechts, findet Warmluftadvektion statt.

 

Thermisch direkte Zirkulation

Bei kleinräumiger Baroklinität bildet sich eine thermisch direkte Zirkulation aus, die aber ab dem Meso Scale nicht mehr auffindbar ist. Der Grund liegt in der Corioliskraft. Diese lenkt sowohl die aufsteigende als auch die absinkende Strömung auf der Nordhalbkugel nach rechts ab, sodass es nur zu einer Geschwindigkeits- und Richtungsänderung des geostrophischen Windes kommt.

 

Anders ist es bei lokalen Windsystemen, wie bei der Land- Seewind-Zirkulation als thermisch direkte Zirkulation, wo die Corioliskraft keinen Einfluss hat. 

 

Baroklinität und Wetterzustand

Nur Baroklinität allein ist kein Indiz für unbeständiges Wetter, denn sie gibt zunächst einmal nur Auskunft über die Temperaturadvektionen aufgrund des thermisches Windes.  So muss es bei Warmluftadvektion, also bei einem Rechtsdrehen des Windes mit der Höhe, nicht immer gleich Regen geben.

 

Hier sein noch der Hinweis gegeben, dass nicht jedes Rechtsdrehen des Windes mit der Höhe in Zeichen für Warmluftadvektion ist. Denn auch innerhalb der planetarischen  Grenzschicht  (bis ca. 1500 Meter über Grund) erfolgt eine Richtungs- und Geschwindigkeitsänderung des Windes in Abhängigkeit mit der Höhe. Diese Änderung unterliegt eben keiner Baroklinität! Ursache ist die ReibungskraftDer Wind dreht in der planetarischen Grenzschicht mit der Höhe in Strömungsrichtung nach rechts! Der Übergangsbereich vom Bodenwind zum geostrophischen Wind wird als Ekman-Schicht bezeichnet.

Abb. 1 | Barotropie und Baroklinität | © Welt der Synoptik
Abb. 1 | Barotropie und Baroklinität | © Welt der Synoptik

Barotropie

Bildquelle; http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
Bildquelle; http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html

Bei einer barotropen Atmosphäre ist in der Vertikalen der horizontale Druckgradient konstant, was heißt, dass keine Neigung der Druckflächen existiert und somit auch keine Richtungsänderung des (geostrophischen) Windes mit der Höhe erfolgt. Auch bleibt der Betrag der Geschwindigkeitsänderung mit der Höhe gering. Daraus ergibt sich auf jeder Druckfläche Isothermie. Es liegt eine divergenzfreie Strömung vor, bei der keine Temperaturadvektion erfolgt. Barotrope Verhältnisse sind teilweise und insbesondere innerhalb von Luftmassen zu beobachten.

 

Beispiel

Beispielsweise zeigt der Radiosondenaufstieg (siehe rechtes Bild) von Herstmonceux (Südostengland) vom 12. März 2012 um 12 UTC barotrope Verhältnisse. In der gesamten Troposphäre zeigt sich eine quasikonstante Windrichtung mit leicht fluktuierenden Windgeschwindigkeiten. Zu diesem Zeitpunkt lagen England und Frankreich im Zentrum eines dynamischen Hochdruckgebietes.


© Welt der Synoptik | Autor: Denny Karran