Radiosondenaufstiege

Eine Radiosonde ist eine Meßsonde, die an einen Ballon hängend in die Atmosphäre aufsteigt und dabei Daten wie Luftdruck, Temperatur und Feuchte mißt und diese zur Erde funkt. Aus diesen Daten lassen sich z. B. Höhenwetterkarten erstellen. Weiterhin verraten diese Daten auch eine Menge über den Zustand der Atmosphäre und der Luftschichtung über dem entsprechenden Aufstiegsort.

Erklärungen zu den Radiosondenaufstiegen

Die Diagramme der Radiosondenaufstiege enthalten eine Fülle von Informationen und Daten. Es sollen hier lediglich die wichtigsten Grundlagen kurz genannt werden. Dabei gehören eine Reihe von Fachausdrücken zum Standard, die im Lexikon kurz erklärt sind. Auch sind die einzelnen Diagramme leicht unterschiedlich in der Darstellung, obwohl das Grundprinzip immer das gleiche ist.

Bei allen Diagrammen ist auf der waagerechten Achse die Temperatur, und auf der senkrechten Achse der Luftdruck, also die Höhe eingetragen. Bei einigen Diagrammen sind Luftdruck und Höhe gleichzeitig angegeben, bei anderen nur einer dieser Werte. Am meisten Verwendung findet das sogenannte T-Log Diagramm, auch Skew-T-Diagramm genannt, das um 45 Grad gekippt ist. Im folgenden wird das Diagramm von der Uni Wyoming gezeigt, weil ich es am meisten nutze. Das Grunddiagramm enthält folgende Linien:

• Isobaren:
  Gerade, von links nach rechts verlaufende schwarze Linien. Auf einer dieser Linien herrscht der gleiche Luftdruck. Fehlen Höhenangaben so bedeuten grob 850 hPa 1,5 km, 700 hPa 3 km, 500 hPa 5,5 und 300 hPa 9 km Höhe.
• Isothermen:
  Blaue, im Winkel von 45 Grad nach rechts gerade verlaufende Linien. Auf einer dieser Linien herrscht die gleiche Temperatur.
• Konstantes Sättigungsmischungsverhältnis:
  Violette, schräg verlaufende Linien. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Das konstante Sättigungsmischungsverhältnis ordnet jeder Temperatur eine bestimmte Menge Wasserdampf zu, welche die Luft aufnehmen kann. Die Angabe erfolgt in g pro kg Luft und ist unten an den violetten Linien zu finden.
• Trockenadiabaten:
  Grüne, schräg verlaufende und nach rechts gebogene Linien. Sie beschreiben den Temperaturverlauf eines Luftpaketes, das trocken aufsteigt d. h. ohne das es zur Kondensation kommt. In diesem Fall liegt die Temperaturabnahme bei 1 Grad pro 100 Meter Höhe.
• Feuchtadiabaten:
  Blaue, schräg verlaufende und nach links gebogene Linien. Sie beschreiben den Temperaturverlauf eines Luftpaketes, das feucht aufsteigt, also bei einer relativen Luftfeuchte von 100 Prozent in Verbindung mit Kondensation. Durch die bei diesem Prozeß freigesetzte Wärme liegt der Temperaturrückgang bei 0,6 bis 0,8 Grad pro 100 Meter Höhe.

Soweit die Kurzbeschreibung des leeren T-Log-Diagramms. Nach dem Aufstieg der Sonde werden hier die Daten eingetragen:

Ins Auge fallen sofort zwei dicke schwarze Linien, die teils im Zickzack verlaufen. Die linke Linie ist der Taupunkt, also die Temperatur, auf welche die Luftmasse abgekühlt werden muß, damit es zur Kondensation kommt. Die rechte Linie ist die Temperatur, die beim Aufstieg von der Sonde in der jeweiligen Höhe gemessen wurde.

Weiterhin ist die "Hebungslinie" vorhanden - eine dünne schwarze Linie (heute ist sie grau!), welche vom Kondensationsniveau ausgeht und die Stabilität der Luft anzeigt. Liegt die Temperaturkurve rechts von dieser Linie, ist die Luft stabil geschichtet. Liegt sie links von dieser Linie, ist sie labil geschichtet.

Weiterhin ist auch die Windstärke und -richtung in Form von Windfiedern angegeben, die von der Sonde in der jeweiligen Höhe gemessen wurde. Eine kurze (halbe) Linie bedeutet 5 Knoten oder 1 Windstärke, eine lange (ganze) 10 Knoten oder 2 Windstärken und ein Wimpel 50 Knoten oder 10 Windstärken. Der Wind kommt aus der Richtung, in der die Fieder zeigt. Die Richtungen im Diagramm sind genau so wie bei einer Landkarte, also Norden oben, Süden unten, Westen links und Osten rechts.

Bestimmung des Cumulus-Kondensationsniveaus

Als Beispiel dient ein Diagramm des Radiosondenaufstiegs vom 30. August 2001 um 12 Uhr UT aus Schleswig. Zum besseren Erkennen wird zunächst der wichtigste Ausschnitt vergrößert gezeigt.

Man beginnt mit der Taupunktstemperatur am Boden. Der Taupunkt ist die linke schwarze Linie. Dort, wo diese Linie am Boden beginnt, ist der Bodentaupunkt. Man geht jetzt von diesem Punkt parallel zu den Linien des konstanten Sättigungsmischungsverhältnis (violette Linien) nach oben. Diese gedachte Linie ist im Beispieldiagramm orange eingezeichnet. In der Höhe, wo die gedachte orange Linie die schwarze Linie der Temperaturkurve schneidet, liegt das Kondensationsniveau. Diese Stelle ist mit einem roten Balken gekennzeichnet. Im Beispieldiagramm sind das etwa 800 Meter. Erreichen vom Erdboden aufsteigende Luftpakete diese Höhe, kommt es zur Bildung von Cumuluswolken, wobei die Basen der Cumuluswolken auf der Höhe des Kondensationsniveaus liegen.

Auslösetemperatur

Jetzt man von den eben bestimmten Punkt des Kondensationsniveaus parallel zu den Trockenadiabaten (grüne Linien) nach unten, bis zur Höhe 0 Meter zurück. Diese gedachte Linie ist ebenfalls orange eingezeichnet. Am Schnittpunkt mit der waagerechten Diagrammachse kann man jetzt eine Temperatur ablesen. Dies ist die Auslösetemperatur, also die Temperatur, die am Boden erreicht werden muß, damit vom Boden aufsteigende Luftpakete das Kondensationsniveau erreichen können. Im Beispieldiagramm beträgt diese Temperatur etwa 21 Grad. Erst wenn die Auslösetemperatur erreicht wird, kommt es zur Bildung von Cumuluswolken!

Wolkenobergrenzen der Cumuluswolken

Um diese zu bestimmen, geht man wieder von den bestimmten Punkt des Kondensationsniveaus aus nach oben, und zwar parallel zu den Feuchtadiabaten (blaue leicht gekrümmte Linien). Diese gedachte Linie ist gelb eingezeichnet. Solange die Temperaturkurve links von dieser gedachten gelben Linie liegt, ist es labil geschichtet. Dort wo die Temperaturkurve rechts von der gelben Linie liegt, ist es stabil.

Man verfolgt die gelbe Linie jetzt nach oben. Dort, wo die Temperaturkurve die gelbe Linie schneidet und rechts von ihr weiter läuft, wird es stabil. Das ist die maximale Höhe der Cumuluwolken, sie sich über diesen Punkt nicht hinaus entwickeln können. Dieser Punkt ist mit einem zweiten roten Balken gekennzeichnet. Im Beispieldiagramm liegt er bei knapp 2000 Meter. Bei dieser Situation würden sich kleinere Cumuluswolken entwickeln.

Weiterhin sieht man auch sehr schön, dass die schwarze Temperaturkurve in 2000 Metern Höhe einen deutlichen Knick nach rechts macht. Hier liegt eine Inversion, d. h. die Temperatur steigt hier wieder an.

Natürlich gibt es noch viele andere mögliche Situationen. Manchmal liegen Taupunkts- und Temperaturkurve in den bodennahen Luftschichten so nahe zusammen, dass sie auf dem Diagramm verschmelzen, was die Bestimmung der eben gezeigten Werte sehr erschwert.

Eine sehr ausführliche und umfangreiche Erklärung der einzelnen Parameter in den Diagrammen der Radiosondenaufstiege gibt es auf der Webseite von Felix Welzenbach:

• Übersicht über die wichtigsten graphischen Hilfsmittel im Skew-T-Diagramm