Das Temp

Mit Ballonsonden erkunden die Wetterdienste die vertikale Dimension der Atmosphäre. Die Messdaten, die eine Sonde zu Boden funkt, werden als Temp bezeichnet. Im Emagramm aufgezeichnet, liefern sie detaillierte Informationen über die Stabilität der Luftmassen.

Viermal täglich um 6h, 12h, 18h und 24h UTC startet die SMA in Payerne eine Ballonsonde. Dies entspricht 8h, 14h, 20h und 2h Schweizer Sommerzeit. Während die Sonde mit 6 m/s durch die Tropo- und Stratosphäre aufsteigt, funkt sie im Takt von etwa 10 Sekunden den Luftdruck, dreimal die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit zu Boden. Vom Boden aus wird die Sonde, die vom Wind weggeblasen wird, mit Radar verfolgt. Aus der sich ändernden Position lässt sich Stärke und Richtung des Windes berechnen. Nach etwa 90 Minuten erreicht die Sonde eine Höhe von 30—35 km. Aus den erhaltenen Messwerten lassen sich dann vertikale Profile bestimmen, die zusammen als Temp bezeichnet werden.

Weltweit werden etwa 700 Ballonsondierungen gleichzeitig durchgeführt. Mittels geeigneter Kommunikationsnetze werden sie allen nationalen Wetterdiensten zur Verfügung gestellt und gelangen über diesen Weg auch in die grossen Wettercomputer. Zusammen mit ca. 5000 Boden-, 800 Schiffs- und etwa 500 Flugzeugmeldungen sowie Satellitenmessungen bilden sie die Grunddaten, mit welchen die Wettercomputer die Prognosen berechnen. Die Wetterkarten, die sie zeichnen, genügen nicht für eine gute Prognose. Eine Ballonsondierung liefert sehr detaillierte Angaben über die vertikale Schichtung und die Stabilität der Atmosphäre, die für die kurzfristige Entwicklung wichtig sind und in den Computerberechnungen nicht mehr ersichtlich sind. Daraus lässt sich u.a. die Wahrscheinlichkeit von kräftiger Turbulenz, Thermik und die Bildung von Quellwolken, Regenschauern und Gewittern erkennen. Doch dazu muss das Temp aufgezeichnet werden. Während dies früher mühsame Handarbeit war, erledigt heute auch das der Computer.

Diagrammarten
Das Temp wird auf ein spezielles Diagramm gezeichnet, auf dem die physikalischen Prozesse, welche die Luft während ihren Auf- und Abbewegungen durchläuft, einfach darstellbar sind. Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur und auf der vertikalen der abnehmende Luftdruck aufgetragen. Die Höhe kann während dem Ballonaufstieg nicht gemessenen werden. Sie lässt sich aus Temperatur, Feuchte und Luftdruck berechnen. Es gibt verschiedene Diagrammarten, die sich vor allem darin unterscheiden, mit welcher Skala der Luftdruck und wie die Temperatur aufgetragen werden. Häufig verwendet werden das Emagramm, das ´Schiefe T-log pª-Diagramm, das Tephigramm und das Stüve-Diagramm. Für den Laien ist das Emagramm recht anschaulich, denn der Luftdruck ist so aufgetragen, dass die Skala proportional zur Höhe ist. Im ´Schiefen T-log pª-Diagramm und im Tephigramm verlaufen die Linien konstanter Temperatur nicht vertikal, sondern um etwa 45° nach rechts geneigt. Damit wird nicht nur die durchschnittliche Abnahme der Temperatur von 0,65°C pro 100 m Höhe kompensiert, so dass die Sondierung nicht so stark nach links geneigt ist, sondern der vertikale Verlauf erleichtert auch, die Stabilität der Atmosphäre abzuschätzen.

Auf der rechten Seite wird gewöhnlich noch der gemessene Wind aufgezeichnet. Die ausgezogene Linie repräsentiert die Windstärke und die Pfeile die Windrichtung, wobei für Nordwind der Pfeil senkrecht von oben nach unten zeigt.

Hilfslinien im Emagramm.

Temp vom 7. März 1998.

Hilfslinien
Alle Diagramme enthalten die Trockenadiabaten, die Feuchtadiabaten und die Linien konstanten Mischungsverhältnisses als Hilfslinien. Im Emagramm verlaufen die Trockenadiabaten von rechts unten nach links oben zunehmend nach oben gekrümmt. Im Stüve-Diagramm sind sie gerade Linien, die ebenfalls von rechts unten nach links oben verlaufen. Die Zahlen, mit welchen die Trockenadiabaten im Emagramm beschriftet sind, entsprechen der Temperatur, welche die Luft hatte, als sie noch auf der Höhe von 1000 hPa, also etwa auf Meereshöhe war. Diese Temperatur wird als ´potentielle Temperaturª bezeichnet.

Die Feuchtadiabate verläuft stets steiler als die Trockenadiabate, da die zu Wolkentröpfchen kondensierende Feuchtigkeit Wärme an die Luft abgibt. Bei hohen Temperaturen steigt die Feuchtadiabate steil nach oben bis sogar leicht nach rechts geneigt, wendet sich mit zunehmender Höhe nach links, um sich dem Verlauf der Trockenadiabaten zu nähern. Bei tieferen Temperaturen startet sie bereits nach links geneigt und gleicht sich rasch den Trockenadiabaten an. Auch bei den Feuchtadiabaten entsprechen die Zahlen der Temperatur, die die Luft hatte, als sie noch auf der Höhe von 1000 hPa war.

Die Linien konstanten Mischungsverhältnisses verlaufen gegenüber den Linien konstanter Temperatur leicht nach links geneigt. Für einen bestimmten Wassergehalt der Luft zeigen sie den Taupunkt an. Die Zahlen, die diese Linien markieren, geben an, wie viele Gramm Wasser in einem Kilogramm Luft enthalten sind.

Analyse
In einer ersten groben Analyse einer Ballonsondierung vergleicht man den Verlauf der Temperatur und des Taupunktes miteinander. So zeigt die Sondierung von Payerne vom 7. März 1998 eine relativ trockene Schicht von 950 hPa bis 800 hPa resp. vom Boden bis auf 2000 m Höhe. In der Schicht darüber bis über 600 hPa resp. 4300 m hinauf verlaufen Temperatur und Taupunkt sehr nahe beisammen, weshalb in dieser Schicht Wolken zu erwarten sind. Im oberen Teil ist die Troposphäre wieder recht trocken.

Indem man die Steigung der Temperaturkurve mit den Trockenadiabaten vergleicht, lässt sich die Stabilität der Luftschichtung abschätzen. So zeigt die Sondierung vom 7. März 1998 eine Inversion über dem Boden. Die Temperatur nimmt zeitweise mit der Höhe zu oder bleibt fast gleich. Darüber ab 900 hPa resp. 1000 m Höhe ist die Luft labil geschichtet, denn die Temperatur verläuft fast parallel zu den Trockenadiabaten. Ab 800 hPa resp. 2000 m verläuft die Temperatur parallel zu den Feuchtadiabaten. Wird in dieser sehr feuchten Schicht Luft nach oben gewirbelt, bilden sich sofort Wolken, die durch die frei werdende Kondensationswärme einige hundert Meter weiter in die Höhe wachsen. Erst ab 600 hPa verläuft die Temperatur steiler als die Feuchtadiabaten. Die Luft ist hier absolut stabil geschichtet. Auf 200 hPa resp. 12000 m Höhe liegt die markante Inversion der Tropopause. Um die Wetterlage in einem grösseren Gebiet und ihre zeitliche Entwicklung abschätzen zu können, müssten noch die nächstliegenden Ballonsondierungen analysiert sowie die Sonden mit den Wetterkarten der Computer verglichen werden.

Je nach Wetterlage muss die Ballonsondierung noch weiter analysiert werden. Diese Methoden sind Thema von späteren Artikeln. Die bekannteste davon ist wohl die Thermikprognose.

Martin Gassner

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