Aktuell herrschen harte Zeiten für passionierte Wolkengucker. Aber wer hat nicht schon an den Himmel geblickt und die Schönheit und Vielfalt der Wolken bewundert? Dank der modernen Satellitentechnik können wir Wolken auch von oben beobachten. Dies eröffnet eine faszinierende Perspektive auf die Entstehung und die Dynamik von verschiedenen Phänomenen. Zwei davon betrachten wir heute etwas detaillierter.
Diese sind dank hochauflösender Satellitenbilder gut zu erkennen. Wolkenstrassen entstehen sowohl auf den Ozeanen als auch über Land. Ihr Hauptmerkmal besteht aus 2 bis 10 km breiten Wolkenbändern, die sich in den unteren Luftschichten parallel zur vorherrschenden Windrichtung anordnen. Jedes Wolkenband besteht dabei aus einzelnen Quellwolken, die sich wie Perlen an einer Schnur aneinanderreihen.
Wolkenstrassen entstehen häufig im Winterhalbjahr, wenn kontinentale Kaltluft über die wärmeren Ozeane strömt. Dadurch wird die Schichtung der unteren Atmosphäre instabil und es entstehen Aufwindzonen.
Beim Aufstieg kühlt sich das Luftpaket ab und am Sättigungspunkt kondensiert der Wasserdampf - eine Quellwolke entsteht. Gleichzeitig erfolgt neben den Aufwinden auch eine absinkende Bewegung. Dadurch wird die Luft erwärmt und abgetrocknet. Durch die Auf- und Abwärtsbewegungen entstehen rotierende «Zylinder», welche sich nach der vorherrschenden Windrichtung ausrichten:
Typischerweise bilden sich Wolkenstrassen in den untersten ein bis zwei Kilometern der Atmosphäre und sind nach oben hin durch eine Inversion begrenzt. Konstante Windgeschwindigkeiten im Bereich von 30 bis 40 km/h und eine möglichst einheitliche Windrichtung begünstigen die Entstehung.
Eines der spektakulärsten Phänomene in Zusammenhang mit Wolkenstrassen ist die Bildung von Kármán-Wirbeln. Diese sind nach dem ungarisch-amerikanischen Physiker Theodore von Kármán (1881-1963) benannt, der als erster die physikalischen Prozesse ihrer Entstehung beschrieb.
Kármánsche Wirbelstrassen entstehen, wenn die vorherrschende Strömung auf ein Hindernis (z.B. ein Berg oder eine Insel) trifft. Die Luft reagiert dabei sehr ähnlich wie Wasser in einem Fluss, das auf einen Felsen oder Brückenpfeiler trifft. Die Strömung wird dabei gestört und auf der abgewandten Seite des Hindernisses entstehen Wirbel, die sich stromabwärts ausbreiten.
Genaugenommen entsteht ein Wirbelpaar mit jeweils entgegengesetzter Zirkulation. In der untenstehenden Simulation sind die beiden Wirbel farblich getrennt, so lässt sich die Bildung der Wirbelstrasse schön verfolgen.
Anfangs sind die Wirbel ähnlich gross wie das Hindernis, das die Störung verursacht. Mit der Zeit nimmt der Durchmesser der Wirbel zu. Die Wirbel können sich 100 km oder mehr stromabwärts ausbreiten, bevor sie sich allmählich auflösen.
Auf Satellitenbildern sind Wolken- oder Wirbelstrassen, die weltweit auftreten, leicht zu erkennen. In Europa entstehen die Kármánschen Wirbelstrassen häufig an den Kanarischen Inseln und in Madeira. Hier begünstigen die regelmässig wehenden Passatwinde deren Entstehung.
Dank der Fortschritte in der Satellitentechnologie (höhere zeitliche und räumliche Auflösung) können wir diese faszinierenden Phänomene immer detaillierter beobachten.
Hinweis: Der Blog wurde ursprünglich von unseren Kolleginnen und Kollegen im Tessin verfasst und in Zürich übersetzt.