Kurze und lange troposphärische Wellen


© Welt der Synoptik | Beständiges Alpenwetter mit Dunst und Nebel in den Tälern
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Bedeutung der troposphärischen Wellen

Während das Wetter von schnell laufenden kurzen Wellen beeinflusst wird, ist für die Witterung immer ein Langwellenmuster verantwortlich. Für die Lokalisierung dieser sogenannten troposphärischen Wellen benutzen Meteorologen insbesondere die Geopotentialkarten für das 500 hPa-Niveau, was in etwa die mittlere Troposphäre darstellt. Generell lassen sich aber bereits ab einer Höhe von 3000 Metern (700 hPa) Wellenmuster erkennen, während am Boden vergleichsweise kleinräumige Druckgebilde mit geschlossenen Isobaren vorherrschen.

Wellenlänge von langen und kurzen Wellen

Als lange Wellen bezeichnet man stationäre oder sich retrograd bewegende Wellen. Retrograde Wellen ziehen dabei entgegen der gewöhnlichen Verlagerungsrichtung peu à peu nach Westen. Lange Wellen weisen eine Wellenzahl von 1 bis 4, im Sommer auch 5 auf. Die Wellenzahl sagt aus, wie viele Höhentröge und Höhenkeile rings um einen Breitenkreis existieren. Bei der Wellenzahl 4 sind es 4 Höhentröge und 4 Höhenkeile, die in einem aus 360 Längengraden bestehenden geografischen Koordinatensystem unter idealen Umständen jeweils etwa 45 Längengrade überdecken. In den mittleren Breiten (45 Grad) haben die planetarischen Wellen eine Wellenlänge von über 6300 km im Winter und über 5000 km im Sommer. Daraus lässt sich schließen, dass kurze Wellen eine Wellenlänge unterhalb der eben genannten Zahlwerten aufweisen müssen.

stabile Welle

Es hängt von der Stärke des zonalen Grundstromes ab, welche lange Welle stationär gehalten wird. Je stärker der zonale Grundstrom, desto länger die stabil gehaltene Welle. Bei einem sehr starken zonalen Grundstrom (sehr kalte Arktis) ist es die Welle 3, sonst die Welle 4. Im Sommer, wenn der zonale Grundstrom generell schwächer ist, wird üblicherweise die Welle 5 stabil gehalten. Vergleichbar ist das mit einer Stromschnelle: Nehmen wir an, in einem Gebirgsbach herrscht Hochwasser. Ein überströmtes Hindernis (Felsen) sorgt für eine Stromschnelle, wobei die Leewelle recht weit entfernt vom Felsen liegt. Mit sinkendem Wasserstand rückt die Leewelle immer näher an den Felsen heran – die Wellenlänge nimmt ab.


Abb. 1 | Mit der Geopotentialverteilung lassen sich lang- und kurzwellige Bewegungssysteme erkennen. | © Wetterzentrale.de
Abb. 1 | Mit der Geopotentialverteilung lassen sich lang- und kurzwellige Bewegungssysteme erkennen. | © Wetterzentrale.de
Abb. 2 | Der Strahlstrom bildet genau das in der Geopotentialkarte dargestellte Wellenmuster. | © Wetterzentrale.de
Abb. 2 | Der Strahlstrom bildet genau das in der Geopotentialkarte dargestellte Wellenmuster. | © Wetterzentrale.de

Besonderheiten von langen und kurzen Wellen

In der Regel gilt, je größer die Wellenlänge, desto langsamer die Verlagerungsgeschwindigkeit der Welle. Somit bewegen sich lange Wellen langsamer in Richtung des Grundstroms als kurze Wellen. Teilweise bleiben diese sogar stationär oder wandern rückwärts (retrograde Bewegung).

 

Dadurch, dass sich die Temperatur- und die Geopotentialwelle häufig in Phase befinden, zeigen lange Wellen einen warmen hochreichenden Höhenrücken und einen kalten hochreichenden Höhentrog auf. Im Gegensatz zu den kurzen Wellen, die den langen Wellen überlagert sind und auch von diesen gesteuert werden, sind langwellige Bewegungssysteme stabiler, da sich deren Amplituden durch fehlende Temperaturadvektion nicht wesentlich verändern und somit hier nur selten Cut-Off-Prozesse eingeleitet werden. Beschrieben wird das durch die Rossby-Formel, die den Zusammenhang zwischen Verlagerung der jeweiligen Welle und der Stärke des zonalen Grundstromes herstellt.


Bei kurzen Wellen hingegen laufen Geopotential- und Temperaturwelle in der Regel nicht in Phase. So wachsen die Amplituden kurzer Wellen rasch an, wenn die Temperaturwelle in etwa eine Viertel Wellenlänge hinter der Geopotentialwelle liegt. Entsprechend findet im Höhenrücken Warmluft- und im Höhentrog hingegen Kaltluftadvektion statt. Bei solchen instabilen Wellen kommt es häufig zu Cut-Off-Prozessen. Gedämpft wird diese Instabilität, wenn die Temperaturwelle der Geopotentialwelle vorauseilt (Kaltluftadvektion im Höhenrücken, Warmluftadvektion im Höhentrog).

 

Kurze Wellen sind demnach dynamischer als lange Wellen. So kommt es häufig zu starken Zyklogenesen, wenn sich beispielhaft ein Kurzwellentrog auf der Vorderseite eines Langwellentroges befindet und dort kräftige Hebung generiert. Die große Dynamik und Wetterwirksamkeit der kurzen Wellen beruht insbesondere auf die rasche Verlagerungsgeschwindigkeit der Welle selbst und die hohe relative positive Vorticity im Bereich des Wellentals (Höhentrog). Lage Wellen sind aufgrund ihrer mangelhaften Dynamik nur wenig bis gar nicht wetterwirksam. Sie sind dagegen insbesondere für den meridionalen Wärmeaustausch zwischen den tropischen und den polaren Regionen verantwortlich.

 

Da die Übergänge zwischen Höhentrog und Höhenrücken mit Temperaturunterschieden (Baroklinität) in der gesamten Troposphäre verbunden sind, bildet der aus dieser Baroklinität entstehende Strahlstrom unterhalb der Tropopause genau dieses Wellenmuster (siehe Abb. 2).

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Welt der Synoptik | Autor: Denny Karran