Luftmassenherkunft – virtuelles  Streckenfliegen

Die Reise eines Luftpakets im Juli 2005: Von der Ukraine via Skandinavien in die Schweiz. Oder von der Schweiz nach Griechenland, Ägypten, Tschad und Niger bis nach Mali. HYSPLIT-Trajektorien heissen diese Berechnungen. Im Internet kann die Herkunft und das Ziel von Luftmassen visualisiert werden – für jeden Ort auf der Welt und hochaktuell. Zusätzlich kann man die Luftmassentransformation beobachten.

Micha Schultze | www.chilloutmeteo.com

Samstag 16. Juli 2005: Über die Schweiz zieht in den frühen Morgenstunden eine Gewitterfront. Tagsüber bläst in den Voralpen und auf den Jurahöhen ein Westwind mit 30 km/h Mittelwerten und Böen bis 60 km/h. Von Genf bis ins östliche Graubünden sind es gut 300 km Luftlinie. Die Luftmasse braucht an diesem Samstag also zirka 10 Stunden, um unser Land zu überqueren. Das ist ungefähr die Geschwindigkeit, mit der gute Gleitschirm-Streckenpiloten unterwegs sind.
Wo liegt der Ursprung einer Luftmasse? Und wohin geht die Reise? Um diese Fragen zu beantworten, benutzen Meteorologen Trajektorien. Eine Trajektorie ist die Bahn, die ein Luftpaket in einem gewissen Zeitraum durchläuft. Das heisst, dass eine Trajektorie alle Orte verbindet, die eine Luftmasse während ihrer Bewegung einmal berührt hat. Durch die Berechnung von Trajektorien lässt sich unter anderem auch die Herkunft und die weitere Verfrachtung von Luftverunreinigungen bestimmen.
Ergänzend zur Rubrik Meteo in der letzten Ausgabe des «Swiss Glider» zum Thema Luftmassentransformation soll dieser Artikel zeigen, woher Luftmassen kommen und wohin sie gehen. Anhand zwei konkreter Beispiele wird gezeigt, wie Luftmassen auf ihrer Reise transformiert werden.
HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) ist die neuste Version eines vollständigen Systems, um Trajektorien zu berechnen. Es ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) – dem amerikanischen Wetterdienst – und dem Australischen Bureau of Meteorology.
Das HYSPLIT Model kann interaktiv auf dem Internet bedient werden. Das Programm und die meteorologischen Daten können aber auch auf einen Mac oder Windows PC heruntergeladen werden. Die Web-Version ist für viele spannende Trajektorien-Berechnungen sehr umfassend. Um mit aktuellen Prognose-Daten zu arbeiten, muss man sich registrieren. Bei der Arbeit mit vergangenen, archivierten Daten ist keine Registrierung notwendig. Zugang zum HYSPLIT-Model hat man über die NOAA Air Resources Laboratory Website http://www.arl.noaa.gov/ready.html.

Abb. 1: Rückwärts-Trajektorien. Woher kommt die Luft, die am Samstag 23. Juli über der Schweiz liegt? Grün: 5500 M.ü.M., mit Angabe der Wochentage. Blau: 3000 M.ü.M.. Rot: 1500 M.ü.M. Querschnitt oben: Höhe der Trajektorien über Grund. Querschnitt unten: Relative Luftfeuchtigkeit. .
Abb. 2: Vorwärts-Trajektorien. Wohin geht die Luft, die am Samstag 16. Juli über der Schweiz liegt? Grün: 5500 M.ü.M., mit Angabe der Wochentage. Blau: 3000 M.ü.M.. Rot: 1500 M.ü.M. Querschnitt oben: Höhe der Trajektorien über Grund. Querschnitt unten: Relative Luftfeuchtigkeit.

Rückwärts-Trajektorien
Es gibt zwei Sorten von Trajektorien: Rückwärts- und Vorwärts-Trajektorien. Die Rückwärts-Trajektorien starten am Samstag, 16. Juli 2005, und enden am Samstag, 23. Juli, in der Schweiz. In Abbildung 1 sind die Rückwärts-Trajektorien der Luftmassen dargestellt, die am Samstag Nachmittag, 23. Juli 2005 um 14 Uhr über dem Napf auf 1500, 3000 und 5500 Meter über Meer eintreffen – vorausgesetzt, das Wettermodell stimmt. Je nach Höhe ist das Ursprungsgebiet ein anderes. Aufgepasst: Die Zeitachse bei der Darstellung der Höhe über Grund (Meters AGL = Meters Above Ground Level) und der relativen Luftfeuchtigkeit (RELHUMID) verläuft bei den Rückwärts-Trajektorien von rechts nach links! Wochentage beachten. Die Zeitangaben über dem Datum sind jeweils 00 UTC (= 2 Uhr Mitteleuropäische Sommerzeit) und 12 UTC (= 14 Uhr Mitteleuropäische Sommerzeit).
Die Luft, die an diesem 23. Juli auf 5500 M.ü.M. (grüne Linie) über dem Napf sein wird, befindet sich eine Woche davor, d.h. am Samstag 16. Juli, über der Ukraine auf einer Höhe von 3000 Meter über Grund. Auf dem Weg nach Skandinavien wird diese Luftmasse angehoben auf 6000 Meter über Grund. Anschliessend findet ein langsames Absinken statt, bis diese Luftmasse in der Schweiz ankommt. Die Wochentage auf der Karte in Abbildung 1 beziehen sich nur auf die grüne Trajektorie.
Die Luft, die auf 3000 M.ü.M. (blaue Linie) über dem Napf sein wird, befindet sich eine Woche davor bei St. Petersburg auf einer Höhe von 1000 Meter über Grund. Bei der Überquerung des Bottnischen Meers zwischen Finnland und Schweden wird die Luftmasse um ca. 1000 m angehoben. Dabei steigt die relative Luftfeuchtigkeit (RELHUMID) von 40% auf fast 80% an. Von Freitag 22. Juli 00 UTC bis Samstag 23. Juli 12 UTC bewegt sich diese Luft von England über Frankreich bis in die Schweiz und sinkt dabei um ca. 500 m ab. Dadurch sinkt auch die relative Luftfeuchtigkeit von fast 100% auf 70%.
Die Luft, die auf 1500 M.ü.M. (rote Linie) über dem Napf eintrifft, erlebt eine besondere Reise: Sie befindet sich eine Woche davor an der Ostküste Grönlands. Die relative Luftfeuchte beträgt 90% und schwankt auf dem Weg über den Atlantik zwischen 75 und 85%. Sobald diese Luft am Donnerstag 21. Juli bei Frankreich über Land kommt, sinkt die relative Luftfeuchtigkeit schlagartig auf 50% und erfährt ab dann eine normale, tageszeitlich bedingte Schwankung zwischen 60 und 90%.

Vorwärts-Trajektorien
Die Vorwärts-Trajektorien starten am Samstag 16. Juli 2005 in der Schweiz und enden am Samstag 23. Juli (Abb. 2). Die Luft, die sich am 16. Juli auf 5500 M.ü.M. über dem Napf befindet, hat eine weite Reise mit grossen Höhendifferenzen vor sich. Am Sonntag und vor allem von Montag bis Donnerstag kommt diese Luft in den Einfluss des Subtropenhochs über Nordafrika. Die Luft sinkt dabei von gut 5000 Meter über Grund bis hinunter auf 500 Meter über Grund! Die relative Luftfeuchtigkeit sinkt von 80% bis hinunter auf 10%. Am Freitag kommt die Luft dann aber in den Bereich der innertropischen Konvergenzzone (ITC) und erfährt eine grosse Hebung. Innerhalb von 24 Stunden geht’s um 2500m hinauf. Dabei nimmt die relative Luftfeuchtigkeit von 20% auf 60% zu.
Was passiert mit der Luft auf 3000 M.ü.M. über dem Napf? Auf dem Weg nach Bulgarien steigt sie um 1000 m hoch. Danach sinkt sie schwankend aber kontinuierlich um 3000 m ab und verliert 60% an relativer Luftfeuchtigkeit, bis sie nach einer Woche im Irak ankommt.
Die Luft auf 1500 M.ü.M. mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% bewegt sich nur langsam weiter Richtung Osteuropa. Sie liegt eine Woche, nachdem sie die Schweiz überquert hat, auf einer Höhe von 2500 Meter über Moskau. Dort hat sie eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 90%.

Warum ausgerechnet der Napf?
In unmittelbarer Nähe zum Napf kreuzen sich der Breitengrad 47° Nord und der Längengrad 8° Ost. Dies erleichtert die Eingabe beim Abfragen der Trajektorien im Internet. Im GFS-Wettermodell, welches die meteorologischen Daten für diese Berechnungen lieferte, ist die Landoberfläche bei diesem Längen- und Breitengrad Schnittpunkt auf knapp 900 M.ü.M. Sucht man auf einer topografischen Karte der Schweiz diesen Punkt, befindet man sich 4 km östlich vom Napf in einem Graben mit ziemlich genau 900 M.ü.M. Dies hat jedoch mehr mit dem Zufall als mit der Genauigkeit irgendeines Wettermodells zu tun. Der Wechsel von M.ü.Meer (Meter ASL) und M.ü.Grund (Meters AGL) ist durch das HYSPLIT-Model gegeben. Die Trajektorien können nur in Druckflächen oder Meter über Grund dargestellt werden. Die meteorologischen Standardhöhen befinden sich bei 1500 M.ü.M. (850 hPa), 3000 M.ü.M. (700 hPa) und 5500 M.ü.M. (500 hPa).

Seitenanfang