Positive Vorticityadvektion


Die Regel, dass eine zunehmende positive Vorticityadvektion (PVA) mit der Höhe Druckfall am Boden bewirkt, ist jedem Synoptiker bekannt. Dennoch verstehen viele den genauen Zusammenhang und Vorgang dieser Dynamik nicht. Auch wenn sich dieser Zusammenhang mathematisch-physikalisch mit der Omegagleichung erklären lässt, wird dennoch hier der Versuch unternommen, eine anschauliche Erklärung vorzustellen.

PVA statt Divergenz

Da es schwierig ist, die Höhendivergenz zu bestimmen, wurde letztendlich die Vorticity, genaugenommen, die Vorticityadvektion eingeführt. So ist die positive (zyklonale) Vorticityadvektion, die mit der Höhe zunimmt, ein Indikator für nach oben gerichtete vertikale Bewegungen (Hebung) und positive Divergenz in der oberen Troposphäre. Negative (antizyklonale) Vorticityadvektion, die mit der Höhe zuminnt, gibt dagegen nach unten gerichtete Vertikalbewegungen (Absinken) und negative Divergenz in der Höhenströmung wieder. Dabei ist zu beachten, dass lediglich die Advektion der Vorticity ein Maß für die Vertikalbewegungen darstellt, das Betrachten der „festen“ Vorticity ist dabei wenig hilfreich.

Positive Vorticityadvektion (PVA) auf der Trogvorderseite

Um zu verstehen, was genau in der mittleren und oberen Troposphäre vor sich geht, stellen wir uns zunächst einmal eine mäandrierende Strömung in 500 hPa vor. Diese wellende Strömung besteht aus Tälern (Trögen) und Bergen (Rücken). Dabei weisen Tröge eine positive und Rücken eine negative relative Wirbelstärke (Vorticity) auf. Durchläuft ein Luftpaket eine Trajektorie dieser Wellenströmung, erfährt es im Trog positive Vorticity, die stromabwärts advehiert wird, wo es zu einem Vorticityüberschuss kommt. Dieser Vorticityüberschuss wird aus Erhaltungsgründen abgebaut, wobei das Abbauen durch eine kräftige Divergenz erfolgt. Umgekehrt ist es stromaufwärts der Trogachse im Bereich der negativen Vorticityadvektion.

Erhaltung des Drehimpulses - Pirouetteneffekt

Warum die positive Wirbelstärke mit einer Höhendivergenz auf der Trogvorderseite abgebaut wird, liegt an dem Drehimpulserhaltungssatz. Erklären kann man das mit dem sogenannten Pirouetteneffekt. Wird bei einem sich drehenden Körper die Masse in Richtung der Rotationsachse geführt und dabei das Massenträgheitsmoment verringert, dann erhöht sich gleichzeitig die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers (Pirouetteneffekt). Im Gegenzug schwächt sich die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers ab, wenn die Masse vom Körper entfernt und damit das Massenträgheitsmoment zunimmt. Diese Beschleunigung bzw. Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit hängt mit der Erhaltung des Drehimpulses zusammen.

Bildquelle: Welt der Synoptik | Vorticityadvektion in der Höhenströmung. Der Abbau der positiven Vorticity auf der Trogvorderseite erfolgt durch eine kräftige Divergenz (gegenläufige Pfeile).
Bildquelle: Welt der Synoptik | Vorticityadvektion in der Höhenströmung. Der Abbau der positiven Vorticity auf der Trogvorderseite erfolgt durch eine kräftige Divergenz (gegenläufige Pfeile).

Höhendivergenz verursacht Hebung und Druckfall

Die aus dem Erhaltungssatz resultierende Höhendivergenz (Masse bewegt sich von der Rotationsachse fort) auf der Trogvorderseite verursacht Hebung und Druckfall am Boden. Die Hebung ist stärker, wenn die PVA bzw. die divergente Strömung mit der Höhe zunimmt. Um zu beurteilen, ob die PVA mit der Höhe zunimmt, ist es notwendig, diesen Parameter auf mehreren Druckflächen zu betrachten. In der Praxis reichen jedoch zwei Niveaus (500 hPa, 300 hPa) völlig aus. Mit der Höhe steigt die Vorticityadvektion im Idealfall aufgrund anwachsender Windgeschwindigkeiten (Baroklinität) an. Entsprechend nimmt die Höhendivergenz zu. Verstärkt wird die Hebung im Bereich von PVA dann noch zudem durch kräftige Warmluftadvektion. Bei Kaltluftadvektion ist ein Abschwächen, wenn nicht sogar eine Kompensation zu erwarten.


© Welt der Synoptik | Autor: Denny Karran