Angriff von unten

Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Wolken fast immer eine flache Basis haben? Der Grund dafür ist, dass die Wolkenbasis stark von der Feuchtigkeit der Luftmasse abhängt, in der sie sich bildet. Steigt ein Luftpaket auf, kühlt es sich ab. Wird nun der Taupunkt erreicht, ist die Luftmasse gesättigt und es bildet sich eine Wolke. Da das Feuchteangebot auf gleicher Höhe über eine grössere horizontale Ausdehnung hinweg etwa gleich ist, bildet sich somit eine flache Basis.

Was die Höhe der Wolkenbasis betrifft, gilt folgende Regel: Je niedriger die relative Luftfeuchtigkeit, desto höher die Basis.

Nun ist es aber so, dass die relative Luftfeuchtigkeit im Laufe des Tages nicht konstant ist, da sie von der Temperatur abhängt. Je höher die Temperatur, desto niedriger die relative Luftfeuchtigkeit.

Wenn Sie sich in der Schule mit Philosophie beschäftigt haben, haben Sie in dem obenstehenden Satz vielleicht einen Syllogismus erkannt, der Aristoteles am Herzen lag: «Wenn P, dann Q, oder P, also Q». Dies lässt sich wie folgt übersetzen: «Die Wolkenbasis hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit ab, die im Tagesverlauf variiert, also variiert auch die Wolkenbasis im Tagesverlauf». In den meisten Fällen – da die Temperatur im Tagesverlauf ansteigt – steigt auch die Wolkenbasis.

Abbildung 1 veranschaulicht diese Entwicklung. Die Grundseite des grünen Dreiecks entspricht der Differenz zwischen der Bodentemperatur (rote Zahl) und dem Mischungsverhältnis, das vereinfacht gesagt den Wassergehalt der Atmosphäre angibt. Es wird angenommen, dass sich dieser im Laufe des Tages nicht verändert. Der von Rot nach Blau verlaufende Pfeil zeigt die Temperaturabnahme mit der Höhe bis zur Sättigung und Bildung der Wolkenbasis (grauer Balken und Spitze des grünen Dreiecks). In diesem Beispiel steigt die Wolkenbasis bei einer Temperaturzunahme von 10 auf 21 Grad von 1500 auf 3000 Meter, während die relative Luftfeuchtigkeit von 57 auf 28 % sinkt. Dies wird durch die zunehmende Transparenz des Dreiecks veranschaulicht.

Druck von oben

Innerhalb eines Hochdruckgebietes sinkt die Luft grossräumig ab. Dieser Vorgang wird in der Meteorologie als Subsidenz bezeichnet. Ein absinkendes Luftpaket erwärmt sich auf Grund des zunehmenden Druckes. Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit halten als kühlere. Das heisst also, dass die relative Luftfeuchtigkeit mit dem Absinken abnimmt, bzw. dass die Luftmasse beim Absinken abgetrocknet wird. Dabei entsteht eine Luftmasse, die sich grundlegend von der feuchten und kalten Luft in Bodennähe unterscheidet. Die Hochnebelobergrenze liegt im Bereich, wo diese beiden Luftmassen aufeinandertreffen. Bei starker Subsidenz sinkt dieser Bereich und somit die Hochnebelobergrenze.

Abbildung 2 zeigt die Entwicklung der Hochnebelobergrenze zwischen Freitag, dem 10. Oktober, 00 UTC und Samstag, dem 11. Oktober, 00 UTC. Gut zu erkennen ist, dass sich die Luftmasse erwärmt hat (rote Fläche) und abgetrocknet wurde (gelbe Fläche). Die Hochnebelobergrenze, dargestellt durch die beiden grauen Balken, ist von etwa 1800 auf 1400 Meter gesunken.

Wenn die Basis auf die Obergrenze trifft

Wenn die Basis ansteigt und die Obergrenze sinkt oder konstant bleibt, kommt irgendwann der Moment, in dem sich beide treffen, was unweigerlich zur Auflösung des Hochnebels führt. Glaubte man am Samstagmorgen dem Modell ICON-CH1, hätte sich der Hochnebel über Payerne im Tagesverlauf auflösen sollen (siehe Abbildung 3). In der Realität passierte dies allerdings nicht, was einmal mehr die Grenzen der Wettermodelle aufzeigt.

Fazit

Grundsätzlich sind die Mechanismen, die zur Auflösung von Hochnebel führen, relativ einfach: Feuchtigkeit, Temperatur, Subsidenz und Wind. Letzterer wird in diesem Blog nicht behandelt. Im Detail sieht es jedoch anders aus, da diese Parameter selbst von zahlreichen Faktoren abhängen und sich gegenseitig beeinflussen. Betrachtet man beispielsweise nur die Oberflächentemperatur, so hängt diese von folgenden Faktoren ab:

• der Dicke des Hochnebels selbst
• dem Wind in den unteren Luftschichten
• der Topografie
• der Jahreszeit (Sonnenstand)
• des Bewölkungsgrads über dem Hochnebel

Wenn man davon ausgeht, dass auch die Feuchtigkeit und die Stärke der Subsidenz variieren, ergibt sich eine Vielzahl möglicher Kombinationen, die die Auflösung des Hochnebels beeinflussen. Betrachten wir ein konkretes Beispiel: Je dicker die Hochnebelschicht ist, desto geringer ist die diffuse Strahlung am Boden, desto weniger steigen die Temperaturen und desto schwieriger ist es für die Basis, sich anzuheben. Daher ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sich eine sehr dicke Hochnebelschicht auflöst, als wenn sie dünner ist.

All diese Einflüsse zeigen auf, weshalb die Bildung und Auflösung von Hochnebel für Meteorologinnen und Meteorologen in der kalten Jahreszeit eine ebenso grosse Herausforderung darstellt wie Gewitter im Sommer.

Dies lässt sich jedoch mit einigen Grundregeln vereinfachen: Hochnebel löst sich umso besser auf, je niedriger, dünner und näher am Relief er ist. Zudem beginnt er sich jeweils von seinen Rändern her aufzulösen, da dort die Temperatur höher ist als in der Mitte.

Hinweis: Dieser Blog wurde ursprünglich auf Französisch publiziert.