Thermik in der Stratus
So unangenehm statisch der Hochnebel
auch bleibt, in ihm gibt es Auf- und Abwinde. Es bilden sich auch grössere Zirkulationen
ähnlich dem Berg- und Talwindsystem. Sie entstehen durch die strahlungsbedingte
Abkühlung an der Wolkenobergrenze, aber auch durch die Sonnenstrahlung.
Erstmals im Herbst verdeckt Hochnebel die Sonne.
Hartnäckig bildet er sich während Hochdrucklagen im Winter und selbst noch zu Beginn des
Frühlings. Ärgerlich ist das für den, der darunter in der Kälte sitzt, denn darüber
herrscht warmer Sonnenschein. Der Hochnebel ist eine kompakte Stratusbewölkung, die je
nach Höhe der Obergrenze das Mittelland vom Jura bis in die Alpentäler bedeckt. Wie
norwegische Fjorde windet sich das Nebelmeer in die Täler hinein. Die Obergrenze steigt
und sinkt wieder, gelegentlich bilden sich sogar Wellen.
Typische Struktur
Im Wolkenatlas steht: ´Stratus ist eine homogene, konturlose Wolkenschicht,
deren Basis diffus ist und deren scharfe Obergrenze kleine Wölbungen aufweist. Die
diffuse Untergrenze kann so niedrig liegen, dass Teile von hohen Gebäuden in die Wolke
hineinragen.ª Temperatur- und Feuchteverlauf erklären diese Struktur weitgehend (siehe
Abb. 1): Die scharfe Obergrenze wird durch eine Temperaturinversion hervorgerufen. Die
Luft darüber ist warm und trocken. Bei der Wolkenobergrenze befindet sich denn auch ein
markanter Feuchtesprung. So fällt die relative Feuchte von nahezu 100% auf wenige 10%.
Durch die stabile Schichtung findet zwischen der Wolke und der darüberliegenden Luft fast
kein Austausch statt, weshalb die Obergrenze in der Regel flach ist. In der Wolke sinkt
die Stabilität der Luft fast auf Null. Luft gelangt deshalb leicht von der Obergrenze bis
weit hinab und auch wieder hinauf. In der Wolke liegt relative Feuchte nahe bei 100%. Die
Zahl der winzigen Tröpfchen ist wenig unterhalb der Obergrenze am höchsten und nimmt
nach unten hin ab. Trotz der grossen Feuchtigkeit können sich keine grossen Regentropfen
bilden, da dazu die Tröpfchen gefrieren müssten, was erst unterhalb —20 °C
geschieht. Erst an sehr kalten Tagen kommt es vor, dass Schnee aus dem Hochnebel fällt.
Weil diese Schneeflocken die Schadstoffe, welche sich in der Stratuswolke sammeln, mit
nach unten nehmen und deshalb sehr schmutzig sind, wird dieser Schnee als ´Schwarzer
Schneeª bezeichnet. Im Gegensatz zur Obergrenze hat die Wolkenbasis keinen scharfen
Temperaturgradienten. Vertikale Strömungen wirbeln Tröpfchen hinab, die dann langsam
verdunsten. Ebenso gelangt tröpfchenfreie Luft in die Wolke hinauf. So kann sich keine
scharfe Untergrenze bilden, die Wolkenbasis ist deshalb diffus. Auch unterhalb der Wolke
ist die Atmosphäre oft gut durchmischt, und gelegentlich blasen zum Teil kräftige Auf-
und Abwinde.
Auf- und Abwinde
Das bestätigen die Messungen, welche Sabine von Hünerbein im Rahmen ihrer
Dissertation mit einem SODAR — funktioniert ähnlich wie ein Radar, nur mit Schall
— durchgeführt hat. Sie hatte zudem festgestellt, dass an Tagen, an welchen sich die
Hochnebeldecke auflöst, die Konvektion besonders stark ist. In einigen Fällen
beobachtete sie über dem Aargauer Rotberg vor der Auflösung der Wolken kräftige
Aufwinde in der Grössenordnung von 1 m/s, die sich während der Auflösung in Abwinde
umkehrten (siehe Abb. 2). Vermutungen gehen dahin, dass sich auch unterhalb der Nebeldecke
Lokalwindzirkulationen bilden analog dem Berg- und Talwindsystem. An einem anderen Tag
beobachtete sie eine kräftige Thermikblase, gerade als sich die Nebeldecke aufzulösen
begann, gefolgt von regelmässigen Auf- und Abwinden bis in den Nachmittag hinein (siehe
Abb. 3).
Subsidenz
Welche physikalischen Prozesse rufen diese Struktur hervor? Da sich der Hochnebel
fast ausschliesslich während Hochdrucklagen bildet, gehört sicher die Subsidenz dazu, d.
h. das Absinken und Erwärmen der Luft im Hoch. Allerdings würde die Subsidenz die
feuchte Kaltluft langsam austrocknen, wenn nicht während der langen Nächte viel kalte
Luft von den Bergen fliessen würde, was vor allem in der kalten Jahreszeit ergiebig ist.
Auch die Bise bläst aus Nordosten kalte Luft ins Mittelland. Diese kalte Luft bildet
einen riesigen Kaltluftsee im Mittelland, an dessen Obergrenze sich der Hochnebel bildet.
Fliesst mit einer kräftigen Bise viel kalte Luft heran, so steigt die Hochnebelschicht
auf 1200 m und höher an. Liegt das Hoch genau über der Schweiz, pendelt die Obergrenze
um 800 m. Am tiefsten liegt sie bei Süd- bis Südwestströmungen.
Strahlung
Während der langen Nächte strahlt die Stratuswolke sehr viel Energie in Form
von langwelliger Strahlung ab. An ihrer Obergrenze kühlt sich die Wolke ab und
labilisiert die Luftschicht. Es entsteht eine Art umgekehrter Thermik, indem
Kaltluftblasen absinken, soweit, bis sie wärmer als die Umgebungsluft sind. Aber auch vom
Boden her kann Luft aufsteigen und weitere Feuchtigkeit in die Wolke tragen (siehe Abb.
4). Unterbindet zum Beispiel eine hohe Wolkendecke die Abstrahlung, so löst sich der
Hochnebel in der Regel rasch auf. Durch die Strahlungsabkühlung können auch grössere
Strömungen entstehen. Befindet sich ein Nebelgebiet inmitten einer klaren Zone, so kühlt
sich während der Nacht die Wolkenobergrenze ab, während sich ausserhalb der Boden
abkühlt. Die Bodentemperatur im Nebelgebiet sinkt nicht so rasch wie ausserhalb. Da die
Luft dort dann wärmer ist, beginnt sie aufzusteigen. Oben angekommen strömt diese Luft
wieder auseinander. Sie hat Feuchtigkeit hinauftransportiert, die den Hochnebel
verstärkt. So kann sich während der Nacht die Nebeldecke ausbreiten und tagsüber, wenn
sich dieser Prozess umkehrt, wieder auflösen.
Von der Sonnenstrahlung werden 40 bis
90% reflektiert. Etwa 15% der eindringenden Strahlen werden von der Wolke absorbiert, der
Rest erreicht den Erdboden, erwärmt ihn und erzeugt dort Konvektion. Die entstehenden
vertikalen Strömungen transportieren Feuchtigkeit hinauf, besonders wenn am Morgen noch
zusätzlich Tau verdunstet. So kann sich die Dichte der Wolke noch verstärken. Umgekehrt
erwärmt sich die gesamte Luft in und unter der Nebeldecke, womit die Dichte der Wolke
abnimmt.
Auflösung
Im Winter genügt die Sonneneinstrahlung nicht, um die Hochnebeldecke
aufzulösen. Erst bei höherem Sonnenstand im Herbst und im Frühling hat die Sonne
genügend Kraft dazu. Eine interessante Besonderheit tritt in den Bergtälern auf: Der
Hangaufwind an den stark aufgeheizten Bergflanken saugt Luft aus dem Kaltluftsee herauf.
Die Nebelobergrenze schwankt dort recht stark. Die entweichende Luft verstärkt die
Absinkströmung in Talmitte, wo sich der Hochnebel zuerst auflöst.
Der Hochnebel löst sich auch auf, wenn
sich die Wetterlage ändert und in höheren Lagen Wind aufkommt. Die Turbulenz, die an der
Obergrenze des Hochnebels entsteht, mischt trockene Luft in den Kaltluftsee hinab. Die
Tröpfchen verdunsten, und der Nebel löst sich auf. Doch leider bleibt die Sonne nicht
lange, denn die herannahende Front bringt neue Wolken.
Martin Gassner
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