Wetter

Dynamik durch Linien der Gleichheit skizzieren

von Holger Westermann

Wetter entsteht durch thermodynamische Ausgleichsprozesse in der unteren Atmosphäre (Troposphäre). Luftmassen strömen von Orten mit hohem Luftdruck zu den Zentren der Tiefdruckgebiete, die Fliehkraft der Erdrotation formt dabei mächtige Wirbel, Warmluft steigt auf, Wasserdampf kondensiert in höheren Kaltluftschichten zu Wolken und fällt als Regen oder Schnee wieder zu Boden. Um diese komplexe Dynamik zu beschreiben zeichnen Meteorologen Linien mit denen sie Areale gleichen Luftdrucks oder gleicher Temperatur umranden. A prima vista ein Paradox.

Diese Komplexität kompliziert Wetterprognosen. Horizontale und vertikale Strömungen sowie thermische Zustandsänderungen der Luft lassen sich schwerlich mit hinreichender Übersichtlichkeit darstellen, dass Wetterentwicklung vorhersehbar würde. Hinzu kommt hierzulande die starke Schwankung des Wasserdampfgehalts, wodurch die physikalischen Eigenschaften des Gasgemischs Luft moduliert werden.

Dichtes, wasserdampfgesättigtes und damit vergleichsweise schweres Gasgemisch strömt zu Orten mit leichter Luft. Die Fliehkraft der Erdrotation (Caroliskraft) lenkt den Luftstrom ab und formt mächtige Wirbel, die um ein Zentrum kreisenden Luftmassen in Tiefdruckgebieten. Eine vergleichbare Ausgleichsströmung ist bei Temperaturdifferenzen zu beobachten. Kaltluft ist dichter und damit schwerer als Warmluft; sie schiebt sich unter die wärmere Luftschicht und hebt diese dabei an. Trifft eine Warmfront auf kalte Luft, gleitet sie auf das Kaltluftkissen auf. Gelangt feuchtwarme Luft in höhere und damit kühlere Atmosphäreschichten, kondensiert der Wasserdampf, es bilden sich Wolken aus denen alsbald Niederschlag fällt.

Nicht das Gleichgewicht in der Atmosphäre, sondern das Ungleichgewicht und die sich daraus ergebenden Ausgleichsbewegungen bestimmen das Wetter. Und gerade diese Dynamik wird durch Linien der Gleichheit, die Isobaren und Isothermen, dargestellt.

Auf typischen Wetterkarten sind Tief- und Hochdruckgebiete als Systeme konzentrischer Linien zu erkennen, die sich verlagern und dabei ihre Form und Intensität (Zahl der Linien) verändern. Diese Linien verbinden die Orte mit dem selben Luftdruck am Boden. Sie werden Isobare (griechisch: isos, gleich; báros, Gewicht, Druck) genannt. Im Zentrum der Linien befindet sich dann der Punkt mit dem höchsten respektive tiefsten Luftdruck, gekennzeichnet durch ein H als Hochzentrum oder durch ein T als Tiefkern. Liegen die Linien eng beieinander beschreibt dies einen großen Luftdruckgegensatz auf engem Raum. Da sich in der Atmosphäre Druckgegensätze dynamisch ausgleichen kennzeichnet ein enger Linienabstand eine besonders rasante Ausgleichsströmung; hier ist mit Sturm zu rechnen. Weite Abstände zwischen den Isobaren beschreiben dagegen Schwachwind oder Windstille. So charakterisieren die Linien der (Druck-) Gleichheit dynamische Prozesse in der Atmosphäre und veranschaulichen die Wetterentwicklung.

Diese Methode geht auf den englischen Meteorologen Alexander Buchan (* 11. April 1829 in Kinnesswood; † 13. Mai 1907 in Edinburgh) zurück. Er entwarf die heute vertraute Darstellung für Tief- und Hochdruckgebiete. Zuvor war es üblich, den Luftdruck für jeden Ort isoliert zu betrachten und als Differenz zum Mittelwert zu interpretieren. Buchan schlug dagegen vor den lokalen Luftdruckwert auf den Referenzwert „Meereshöhe“ zu rechnen und dann die Punkte gleichen Luftdrucks miteinander zu verbinden.

Die Isothermen sind Linien gleicher Temperatur. Eng beieinander liegende Isotherme markieren einen steilen Temperaturgradienten, eine Luftmassengrenze, eine Kalt- oder Warmfront. Solche Fronten sind typisch für Tiefdruckgebiete, einer langsamen Warmfront folgt in recht kurzem Abstand eine schnellere Kaltfront. In älteren Tiefdruckgebieten hat die Kaltfront die Warmfront eingeholt, Luftmassen vermischen sich, der Temperaturgegensatz löst sich auf, die Isotherme verschmelzen. Gemessen wird die Isothermen Temperatur ceteris paribus (lat: bei ansonsten gleichen Umständen) also auch bei gleichem Luftdruck. Üblich ist die 850 hPa Temperatur (Temperatur in etwa 1.5 km Höhe), wo man klare Fronten ohne formenden Einfluss der Landschaft vermuten kann.

Auch andere Charakteristika der Atmosphäre werden durch Linien gleicher physikalischer Eigenschaften dargestellt. So sind Isotachen Bereiche mit gleicher Windgeschwindigkeit. Diese sind vor allem für die Positions- und Intensitätsbestimmung von Starkwindbändern in 9 bis 11 km Höhe (bei uns unter dem Begriff "Strahlstrom", im Englischen als "Jet" bekannt) bedeutsam. Isodrosothermen beschreiben die Orte mit derselben Taupunkttemperatur und geben Auskunft über die Feuchteverteilung in der Troposphäre.

Solche Isolinien, die Linien-Gleichen-Zustands, ermöglichen es die dreidimensionale Dynamik der Atmosphäre anschaulich darzustellen.

Quellen:

Dipl.-Met. Helge Tuschy: Die meteorologische Welt des Gleichen. Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 28.04.2016

Erstellt am 2. Mai 2016
Zuletzt aktualisiert am 2. Mai 2016