Superzellen

Hallo,




aus aktuellem Anlass ein bisschen Hintergrundinformation zu Superzellen, was sie besonders macht und was sie so gefährlich macht.

Der Anlass:

See : 128km Radar Loop for Melbourne, 23:00 05/03/2010 to 10:00 06/03/2010 UTC


Und im Foto: Das ist eine Superzelle

Nördlich Melbourne, gestern

und das (USA):

 

und das (USA)

und das auch (USA)

Es gibt recht belastbare Definitionen von Superzellen im Netz, die man in etwa so zusammenfassen kann:

Konvektive Zelle (Gewitter) +

Einzelzelle +

Vorhandensei einer Mesozyklone (mesoskaliges Tief e.g Rotation mit vertikaler Achse)+

Vergleichsweise lange Lebensdauer = Superzelle

Es gilt nun zu beantworten was Superzellen neben den oben gesposteten, sehr demonstrativen Fotos, und den beinahe-Postulaten, ausmacht und von *gewöhnlichen* Gewittern unterscheidet. (Anmerkung: Nicht jede Superzelle ist so fotogen wie die geposteten, manche sind unscheinbar, hässlich und gar nicht fotogen).

Ich bin für wahr kein Konvektionsexperte, denke aber dass ich zumindest ein paar Dinge kapiert habe, die ich mit der Leserschaft teilen möchte.

Das besondere an der Superzelle ist tatsächlich die Mesozyklone, der schiefe Aufwindbereich und die erhöhte Wahrscheinlichkeit von Großhagel, Downbursts und sogar Tornados. Eine Superzelle kann nicht in einer beliebigen Umgebung entstehen, es gibt im Wesentlichen 2 limitierende Faktoren: vertikale Windscherung (Richtungsänderung und/oder Zunahme ,mit der Höhe) und Energie, die für vertikale Umlagerungen zur Verfügung steht (Labilität). 'Je grösser die Labilität ist, desto geringer kann die vertikale Windscherung sein um Superzellen entstehen zu lassen (und umgekehrt)' ist die einfache Formal mit der man die Frage nach dem Zusammenspiel der Faktoren beantworten kann.

Warum beginnen nun Superzellen sich sichtbar zu drehen ? Es gibt in der Meteorologie eine Gleichung die die Erhaltung des Drehimpulses in der Luft beschreibt, die so genannte Vorticitygleichung. Diese hat mehrere Terme (Horizontal- und Vertikaladvektion), der interessante Term ist aber der Twisting/Tilting-Term. Er beschreibt, unter welchen Umständen Drehung mit horizontaler Achse (durch vertikale Windzunahme, vergleichbar mit dem *wuzeln* eines Kugelschreibers zwischen Hand und ebener Tischfläche) in Drehung mit vertikaler Achse gekippt werden kann. Da liegt viel von der Superzellenerklärung drinnen. Mathematisch ist das leicht angeschrieben, aber wer versteht das *Warum* ?

In simpleren Worten lässt sich der angesprochene Term so zusammenfassen. Gibt es in einer Strömung eine vertikale Windänderung/zunahme und ein variables Feld der Vertikalgeschwindkeit (Auf- und Abwinde), so entsteht Rotation mit senkrechter Achse.

Genau das kommt bei Gewittern in stark scherender Strömung aber zu tragen: Aufwinde knapp neben Abwinden und starke vertikale Windzunahme (die Superzelleningredientien).

Bildlich kann man sich das so vorstellen: Machen wir uns eine einfache Gewitterzelle mit einem kreisrunden Aufwindgebiet. Der horizontale Wind nimmt mit der Höhe stark zu. (Aufwindschlauch : in der Fachsprache entspricht das einer Aufwölbung der Isentropen Flächen, auf denen alle Bewegungen in der Atmosphäre erfolgen)

Jetzt muss man nur noch die Impulserhaltung im Kopf behalten. Luft, die vertikal versetzt wird, nimmt ihren Ursprungs (horizontalen) Impuls mit. Dieser Impuls ist am Boden gering (geringer Wind) in der Höhe groß (starker Wind). Durch Hebung im Aufwindschlauch wird nun so ein langsames Luftpaket hoch gehoben und findet sich in grösseren Höhen in einer Umgebung mit hohen Windgeschwindkeiten wieder. Da dies in unserem Modell kreisförmig erfolgt ist, ist so ein Gebiet mit geringen Geschwindigkeiten von hohen Geschwindigkeiten umschlossen. Das entspricht aber Rotation mit vertikaler Achse (wir nehmen den Kugelschreiber zwischen beide Handflächen, richten ihn vertikal aus und wuzeln). genau genommen erhält man mit diesen Annahmen ein Dipolfeld der Vorticity mit vertikaler Achse.

Das erklärt in groben Zügen, warum Gewitterzellen mit starken Aufwinden in vertikal stark scherender Strömung sich zu drehen beginnen. Welche Drehrichtung bevorzugt wird kann man nicht 100%ig beweisen, allerdings, so zeigt die Beobachtung, bevorzugt Rechtsdrehen des Windes mit der Höhe zyklonal rotierende Zellen.

Die Drehung, der schief gescherte Aufwind und kleinräumige Windströmungen (Downdrafts) in der Superzelle, die die Vorticity lokal nochmals extrem erhöhen können, sind die Hauptgründe für die Gefährlichkeit.  Drehung/Scherung können dafür sorgen, dass Hagelschlossen mehrere Anbauzyklen durchlaufen, bevor sie aus der Wolke fallen, die Konzentration der vertikalen Vorticity im Bereich des Aufwinds mit zus. Scherung durch den rear downdraft können Tornados entstehen lassen.

Es gibt einige voneinander verschiedene Typen von SZ, solche mit wenig Niederschlag, wo man durch das gesamte Gewitter unten durchblicken kann, solche mit viel Niederschlag, wo der wirbelnde rear downdraft den Niederschlagsvorhang um den Aufwindbereich herumwirbelt und man nur noch Grau sieht (die Melbourne SZ war so eine).

Ein Wort noch zur Wallcloud. Ein markantes Merkmal der Superzelle ist die Wallcloud. Es ist eine Wolke im Bereich des Aufwindes, die eine deutlich tiefere Basis als der Rest des Gewitters hat, also nach unten raushängt. Die Wallcloud ist meist auch nicht quellig, sondern laminar. Sie ensteht dadurch, dass bereits niederschlagsgekühlte Luft, die kühler und feuchter ist als die Umgebungsluft, in den Aufwind miteinbezogen wird und schon deutlich tiefer kondensiert. Diese Luft ist an sich stabil und muss quasi hochgezwungen werden, was für eine gigantische Energieumwandlung in Superzellen spricht.

Lg

Manfred