Typische Anordnung einer Cyklonenfamilie, wie man sie über dem Atlantik häufig findet.

Aus dem Leben eines Tiefdruckgebietes

Der Sommer 1998 liess lange auf ideale Flugbedingungen warten. Zu Beginn war er geprägt von wechselhaftem Wetter mit nur wenigen echten Flugtagen. Erst ab Juli hatte das Wetter ein Einsehen und brachte mehrere Hochdruckperioden, die jedoch von Gewitterstörungen unterbrochen wurden.

Wie kommt es zu solchen Situationen, wie am Anfang dieses Sommers, bei denen die Tiefdruckgebiete wochenlang ihre Zugbahnen über Mitteleuropa nehmen und den Alpenraum mit Regen und Wind beeinflussen? Warum entstehen immer wieder neue Tiefdruckgebiete an immer der gleichen Stelle? Welche Entwicklung machen die Tiefs auf ihrem Weg vom Atlantik über Mitteleuropa durch?

Viele Fragen, für welche die Meteorologen heute physikalisch fundierte, aber auch für den Nichtfachmann verständliche Erklärungen haben. Den Antrieb für die Mechanismen in der Atmosphäre liefert die Strahlungsenergie der Sonne, die auf der Erde in Wärme umgewandelt wird. Durch die unterschiedliche Erwärmung der Luftmassen in niederen und hohen Breiten entsteht ein starker Temperaturunterschied zwischen dem Äquator und den Polen. Damit sich dieser Kontrast nicht immer weiter verstärkt, muss ein Austausch zwischen den Luftmassen stattfinden. In unseren Breiten erfolgt dieser Austausch durch die Hoch- und Tiefdruckgebiete. Auf der Vorderseite der Tiefdruckgebiete und auf der Rückseite der Hochdruckgebiete wird mit Südwind Warmluft nach Norden transportiert, während auf der Vorderseite von Hochdruckgebieten und auf der Rückseite von Tiefdruckgebieten mit Nordwind kalte Luft nach Süden transportiert wird.

Historisches
Die ersten Theorien über die Struktur von Tiefdruckgebieten stammen aus der Mitte des 19. Jahrhunderts. Direkt nach dem ersten Weltkrieg entwickelten die Norweger Bjerknes und Solberg dann eine umfassende Darstellung der Entwicklung der Tiefs und der Vorgänge innerhalb der Druckgebilde. Diese grundsätzlichen Überlegungen haben noch heute weitgehende Gültigkeit. Ihre unter dem Namen «Polarfronttheorie» bekannt gewordene Arbeit geht von einer fronthaften Trennlinie zwischen trockenkalter Polarluft und feuchtwarmer Tropikluft, der sogenannten Polarfront, aus. In diesem Bereich entwickeln sich die Tiefdruckgebiete zu zyklonal, d.h. auf der Nordhemisphäre zu gegen den Uhrzeigersinn, rotierenden Wirbeln. Die Tiefs werden deshalb auch Zyklonen genannt. Sie beziehen beide Luftmassen in ihre Rotation ein und führen somit zu deren Durchmischung und zum Abbau der starken Temperaturgegensätze.

Das Tief bezieht die Energie für seine Rotationsbewegung aus dem Temperaturunterschied zwischen Warm- und Kaltluft. Die leichtere Warmluft wird gegenüber der schwereren Kaltluft angehoben, womit der Schwerpunkt des Systems sinkt. Da im allgemeinen die Schichtung der Atmosphäre stabil ist, laufen diese Vertikalbewegungen gleichmässig über grössere Gebiete ab. Nur wenn weniger stabile Zonen eingelagert sind, kommt es zu konvektiven Überlagerungen, d.h. zu Gewittern. Zusätzlich werden bei der Kondensation des in der Luft befindlichen Wasserdampfs zu Wolkentropfen grosse Mengen Wärmeenergie frei.

Der Lebenszyklus der Tiefdruckgebiete
Abbildung 1 zeigt die Entwicklung eines Tiefs in fünf Stufen. In Abbildung 1a sieht man eine typische Druckverteilung, die als Ausgangspunkt für die Entstehung eines Tiefs dienen kann. An der dargestellten Front verstärken sich bei einer solchen Situation die Temperaturgegensätze zwischen der warmen und der kalten Seite. Damit wird, wie oben beschrieben, Energie für die Rotationsbewegung des Tiefs erzeugt.

Auf der Vorderseite der sich bildenden Welle (Abbildung 1b und 1c) wird infolge der zyklonalen Rotation die Warmluft gegen die Kaltluft nach Norden in Bewegung gesetzt; es entsteht die Warmfront. Auf der Rückseite des Wellenscheitels entsteht mit dem Vorrücken der Kaltluft gegen die Warmluft die Kaltfront. Dabei wandert das ganze System langsam weiter an der ehemaligen Front entlang. Die Geburtsstätte der Tiefs liegt meist auf dem Atlantik in der Nähe von Neufundland. Hier treffen die feuchtwarmen Luftmassen des Golfstroms auf die polaren Luftmassen, die über die arktischen Gebiete Nordamerikas und Grönlands nach Süden strömen. Der Umstand, dass über dem Meer die Reibung sehr gering ist und zudem ausreichend Wasserdampf zur Verfügung steht, begünstigt die Entwicklung der Tiefs zusätzlich. Sie erreichen im Reifestadium einen Durchmesser von wenigen hundert bis 3000 Kilometer. Dabei bewegen sie sich in der westlichen Grundströmung über dem Atlantik in Richtung Osten und erreichen Mitteleuropa.

Da die Warmluft innerhalb des Tiefs gehoben wird und damit ihre horizontale Ausdehnung in Bodennähe schrumpft, die Kaltluft aber absinkt und sich damit in Bodennähe ausbreitet, kommt die Kaltfront bei der weiteren Entwicklung des Tief schneller voran als die Warmfront. Somit wird der Warmsektor des Tiefs, der sich zwischen beiden Fronten befindet, immer kleiner. Nach einer gewissen Zeit holt die Kaltfront zunächst in Kernnähe, später rasch nach aussen fortschreitend, die Warmfront ein. Das Stadium der Okklusion ist erreicht (siehe Abbildung 1d und 1e). Zu diesem Zeitpunkt hat das Tief den Höhepunkt seiner Entwicklung überschritten und verlangsamt seine Verlagerungsgeschwindigkeit. Da mit dem Okklusionsstadium die Produktion von Energie aus dem Gegensatz zwischen Warm- und Kaltluft zu Ende geht, verliert das Tief durch die Bodenreibung an Rotationsbewegung und schwächt sich immer weiter ab. Die Lebensdauer eines Tiefs beträgt im Durchschnitt nicht mehr als zwei bis fünf Tage.

Zyklonen-Familien
An der als Überbleibsel dieser Entwicklung zurückbleibenden Luftmassengrenze zwischen Warm- und Kaltluft kann der Entwicklungsprozess nun wieder von neuem beginnen. Abbildung 2 zeigt eine so entstandene, für die Westwindzone typische Zyklonenfamilie, bei der an der Frontalzone drei bis fünf Tiefdruckgebiete unterschiedlicher Entwicklungsstadien vorhanden sind. Im Bereich der Warmsektoren der Zyklonenfamilie wird subtropische Warmluft nach Nordosten transportiert, während auf der Rückseite der einzelnen Tiefdruckgebiete begrenzte Kaltluftvorstösse nach Süden stattfinden. Eine solche Situation ist in ihrer Lage sehr stabil und kann sich über mehrere Wochen an der gleichen Stelle halten oder immer wieder neu aufbauen. Deshalb ist es in unseren Breiten in den Frühlingsmonaten und bis in den Sommer hinein oft sehr wechselhaft. Nur dann, wenn sich das Azorenhoch weit nach Norden bis über Skandinavien ausweitet, ist der Weg für die Tiefs vom Atlantik nach Mitteleuropa versperrt. Dann strömt mit schwachen Südostwinden trockene heisse, Festlandluft entlang der Südflanke des Hochs nach Mitteleuropa, und es gibt lange anhaltende Schönwetterperioden mit hohen Temperaturen und besten Flugbedingungen, wie dies zuletzt 1994 und 1995 war. Norbert Raderschall.

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