CAPE, LI, Helicity, Storm Motion, Vorticity, Thickness

CAPE

CAPE steht für Konvektive Verfügbare Potenzielle Energie (Convective Available Potential Energy). Es ist ein Maß für die Energie, welche für ein Luftpaket während des Prozesses der Konvektion zur Verfügung steht. CAPE wird in Joule pro Kilogramm (J/kg) gemessen. Je höher der Wert des CAPE, desto instabiler die Atmosphäre; d. h. daß die Atmosphäre dadurch zunehmend  Niederschlag bildet und  zu "schlechtem Wetter" neigt.

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LIFTED INDEX oder LI

Lifted-Index (LI) ist der Temperatur-Unterschied zwischen einem bestimmten Luft-Paket und der Umgebung in einer Höhe von 500mb. Die LI-Temperatur wird berechnet, indem die Temperatur im Paket von der Umgebungstemperatur abgezogen wird. Negative Werte deuten auf eine instabile Atmosphäre und positive Auftriebskraft hin. Positive LI-Werte deuten auf eine stabile Atmosphäre oder negative Auftriebskraft hin.
Ein positiver LI-Wert zeigt Stabilität der Troposphäre in Bezug auf die Grenzschicht-Konvektion. Ein negativer LI zeigt Instabilität an. Bei LI=0 verhält sich die Grenzschicht neutral. LI sollte nur in der warmen Jahreszeit verwendet werden oder im warmen Sektor eines mittel- hohen Zyklons. Luftpakete werden sich aus einer tiefer gelegenen  Grenzschicht auf der kälteren Seite einer Fronten-Grenze oder innerhalb von dichter Grenzschichten polarer Luft NICHT erheben. Daher zeigt der LI -Wert in solchen Situationen keine brauchbareen Ergebnisse an.
LI-Werte werden am besten verwendet, wenn die Troposphäre das Potenzial hat, um Gewitter an oder über der Grenzschicht zu erzeugen. Je negativer der LI_Wert, desto mehr potenzielle Beschleunigung hat ein Luftpaket, bis es die Freie Konvektionsebene (LFC - Level of Free Convection) erreicht hat. LI Werte von-1 bis-3 sind nicht stabil, -4 bis -6 sind sehr instabil, -7 oder weniger sind äußerst instabil.
Der LI Wert sagt nichts über das Vorkommen von Stürmen aus. Er gibt dem Meteorologen eine allgemeine Vorrstellung davon, wann sich Gewitter wirklich entwickeln. Instabile LI-Werte, verbunden mit hohen Feuchte-Werten zeigen, dass die Troposphäre nahe der Sättigung ist und Instabilität aufweist. Ein "Abzug-Mechanismus", wie der in einer Front,  ist durch die hohe Luftfeuchte und niedrige LI-Umgebung in der Lage, starken Regen und auch Gewitter zu erzeugen.
Im Winter bringt der LI-Wert nicht viel, da die Grenzschicht dazu neigt, trocken (tiefer Taupunkt) und kalt zu sein (stabil). "Hochkonvektion", "Dynamisches Forcing ohne thermodynamische Forcing" und "isentropisches Lifting" passen mit der Verwendung von LI nicht gut zusammen. LI-Werte können sehr stabil sein, aber trotzdem Niederschläge in der Troposphäre vorkommen, wenn die drei o.g. Begriffe (Ereignisse) vorkommen.

HELICITY and STORM MOTION


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Helizität

Helizität ist ein Mass des Betrags der Rotation, welche die aufströmende Luft in einem Sturm erfährt. Wenn es bedeutende Merkmale in einer Aufwind-Luft eines Sturms gibt, wird der Sturm mehr als wahrscheinlich eine Superzelle werden und vielleicht einen oder mehr Tornados erzeugen. Helizität ist ein Parameter, der den Betrag der Wirbelstärke definiert (d. h., die Richtung anzeigt) Ein unveränderlicher Sturmaufwind wird infolge einer gegebenen Sturmbewegung aufgenommen. Falls der Aufwind sich aus dem Hodographen entfernt, tendiert er dazu die Rotation eines Zyklons anzunehmen; Falls der Aufwind auf die linke Seite wechselt, wird sich der Aufwind entgegen der Rotation des Zyklons bewegen. Wenn sich der Hodograph im Uhrzeigersinn (gegen den Uhrzeigersinn) bewegt und der Aufwind bewegt sich innerhalb des Hodographen, korreliert er ebenfalls mit dem Zyklon (gegen den Zyklon). Diese Korrelation zwischen dem Vektor und dem Aufwind wurde analytisch von Davies-Jones (1984) abgeleitet und diese Messung wurde unter dem Namen Sturmrelative Umgebungshelizität (Storm-Relative Environmental Helicity - SREH) bekannt. Normalerweise wird dies nur als Helizität betitelt. Der Helizitätswert ist proportional zum sturmrelativen Windvektor der Umgebung bei eineer gewissen Höhe von normalerweise 3km.

STURMVERLAUF

STURMVERLAUF ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit in Knoten, die ein Sturm inne hat und dessen Richtung. Der Sturm bewegt sich langsamer als die Windgeschwindigkeit seiner Umgebung, da ein Sturm eine große Masse an Wasser mit sich führt, die noch dazu bewegt werden muss. Die Turbulenz innerhalb eines Sturms erschwert die Fortbewegung ebenfalls. Stürme werden mit zunehmender Höhe schneller.
Die Sturmbewegung wird als Kompass-Richtung angegeben und zwar in der Richtung, in die er verläuft. Der meteorologische Kompass zeigt  90 Grad für einen Wind aus Osten anzeigt,  180 Grad aus Süden, 270 Grad für einen Wind aus Westen und 360/0 Grad, die einen Wind aus Norden anzeigen. 
Starke Stürme drehen sich  (in die rechte Richtung vom ursprünglichen Pfad der Bewegung) je nach Sturmdynamik.

Sturmbewegung gibt uns Einblick in welche Richtung sich Superzellen und Tornados bewegen und an welchen Tagen starke Gewitter zu erwarten sind.

Diese Information wurde in Teilen von der Website des METEOROLOGEs JEFF HABY genommen.

Vorticity and thickness maps

Relative Wirbelstärke ist ein Maß des Verlaufs von Flüssigkeiten über eine vertikale Achse hinsichtlich der Oberfläche der Erde. Farben zeigen die Kraft von relativer Wirbelstärke an, rot ist positiv (gegen den Uhrzeigersinn) und blau für negativ (im Uhrzeigersinn).

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Positive Wirbelstärke bei einem 500 hPa Niveau werden häufig mit Zyklonen und Tiefdruckgebieten in der 500 hPa Topografie vereinigt (sieh rechtes Bild). Positive Wirbelstärke entwickelt sich ein einem Windfeld mit einer Bewegung im Uhrzeigersinn und /oder schneidet mit höher Geschwindigkeit, wie schon in der Flussrichtung beobachtet.

vorticity 001
positive Vorticity due to curvature positive Vorticity due to shear

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positive Vorticity due to curvature positive Vorticity due to shear

Negative Wirbelstärke enwickelt sich in einem Windfeld, welches sich im Uhrzeigersinn dreht und/oder schneidet mit höherer Geschwindigkeit links davon, wie es in der Flussrichtung zu sehen ist Negative Wirbelstärke bei einem 500 hPa Niveau wird häufig mit dem Schönwetter und den Kämmen in der 500 hPa Topografie vereinigt.

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negative Vorticity due to curvature negative Vorticity due to shear

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negative Vorticity due to curvature negative Vorticity due to shear

Wirbelstärke ist ein wichtiges Maß, um dynamisch aktive Zonen und Fronten ausfindig zu machen. Die Omega-Gleichung, die dazu dient, um vertikale Bewegung zu diagnostizieren (oder das so genannte Omega, in Druck-Einheiten) verbindet Wirbelstärke und vertikale Bewegung. Es sagt dass: größere nach oben gerichtete Geschwindigkeit kommt vor, wo es größere Advektion von positiver Wirbelstärke durch den Thermalwind gibt.

Die geostroische Wirbelstärke bei einem 700 hPa Niveau wird häufig als ein vertretender Wert für die Omega-Gleichung verwendet. Jetzt ist der Thermalwind nur eine mathematische Konstruktion (Vektor-Unterschied zwischen geostrophic Winden an zwei verschiedenen Höhen oder Druck) und nicht einem wirklichen Wind. Um den Thermalwind zu untersuchen, sind Dicke-Karten erforderlich:

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Thickness map (colors) with thermal wind (arrows) and surface pressure (black contours).

Eine Dichte-Karte zwischen zwei verschiedenem Druckpunkten (z.B 1000 und 500 hPa) ist ein Maß der durchschnittlichen virtuellen potenziellen Temperatur innerhalb dieser Schicht, wo blau kalt ist, und rot warm ist. Der Thermalwind ist parallel zu den Dichtekonturen, die kalte Luft zur linken der nördlichen Hemisphäre. Bei genauerer Anschauung von den Dichte-Farben, sehen wir einen stärkeren horizontalen Temperaturanstieg und so einen stärkeren Thermalwind. Durch die Thermalwindbeziehung veranlasst der horizontale Temperaturanstieg den geostrophischen Wind, sich mit der Höhe zu ändern (wie oft durch einen Thermalwindvektoren gezeigt wird).

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Merken Sie sich, wenn sich Dichte-Linien (Schicht-Temperatur) mit Drucklinien schneiden, findet eine Temperaturadvektion (Der Transport von Temperatur von Wind) statt. Der Wind ist zu den Drucklinien parallel und ist stärker, falls die Isobaren enger zueinander sind. In der Dichte-Karte, die oben gezeigt ist, gibt es kalte Luftadvektion über Großbritannien. Größere nach oben gerichtete Geschwindigkeit bevorzugt Wolken und schwereren Niederschlag, und es ist ein anderer guter Grund, nach Wirbelstärke zu suchen. Es kann kompliziert werden, vertikale Bewegung von Wirbelstärke zu unterscheiden, aber das hat historische Gründe. Wenn Sie es einfach mögen, untersuchen die Aufzeichnungen der vertikalen Geschwindigkeit.