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Wetterzentrale Forum Archiv 2006 3. Quartal

ALLGEMEIN: Entstehung einer Squall-line

Geschrieben von: Lobo
Datum: 2. Juli 2006, 19:18 Uhr


Hallo!

Vor einigen Tagen habe ich mein "erstes Manuskript" über die Squall-line veröffentlicht. Einige Kleinigkeiten habe ich ausgebessert bzw. ergänzt.

Hier nun die Endfassung:

ENTSTEHUNG EINER SQUALL-LINE

Als Squall-line – auch als Multizellen-Linie (multicell line storms) genannt - werden Gewitterwolken bezeichnet, die eine linienförmige Anordnung haben. Squall-lines gehören zur Gruppe der mesoskaligen konvektiven Systeme (mesoscale convective systems – MCS). Ein MCS stellt dabei ein zusammenhängendes Gewittersystem - bestehend aus Einzel-, Multi- und manchmal auch Superzellen - dar, das aufgrund eines ausgeprägten Systems von Auf- und Abwinden (Updrafts und Downdrafts) eine Eigendynamik entwickelt.

MCS-Arten

Die Länge einer Squall-line beträgt einige 100 km, ihre Breite kann bis zu 100 km
betragen. Die Lebensdauer einer Squall-line beträgt im Allgemeinen mehrere Stunden. In den mittleren Breiten entstehen sie meist während der warmen Jahreszeit von Mai bis September.

Squall-lines entwickeln sich im Warmsektor hinter einer Warmfront oft etwa 80 bis 240 km (seltener bis zu 1000 km) vor einer heranziehenden Kaltfront oder unmittelbar vor der Kaltfront. Sie wandert dabei mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 m/s (54 kt) in Richtung der wärmsten Luft.

Grundvoraussetzung für die Entstehung von Squall-lines (wie für allen Typen hochreichender Konvektion) ist, dass die „potentielle Labilität“ ausgelöst wird.
Diese zeichnet sich dabei durch folgende Schichtung in der Troposphäre ab:
• hoher Feuchte- und Wärmegehalt der Luftmasse in den unteren Luftschichten (z. B. Theta-E in 850 hPa)
• Abkühlung und Feuchteabnahme in mittleren Schichten
• weitere Abkühlung und Zunahme des Feuchtegehaltes in oberen Schichten

Die Abnahme der Temperatur und der Feuchte in den mittleren Schichten können durch den Oberstrom pseudopotentiell kühlerer Luft aus höheren Troposphären- oder unteren Stratosphärenschichten (auch unter dem Begriff des „Dry Slots“), erklärt werden. Dieser steht im Zusammenhang mit der Frontentheorie der „Conveyor Belts“ (= Förderbänder). Der Oberstrom wird in der Höhe hinter einem voll entwickelten Tiefdruckgebiet über die Bodenkaltfront geführt, was zu einer Labilisierung vor der Kaltfront bzw. im Warmsektor führen kann.

Ein Indikator für die Stärke der potentiellen Labilität stellt der KO-Index dar. Diesen Index kann man entweder aus aktuellen Radiosondenaufstiegen oder aus numerischen Modellkarten (z. B. KO-Index und Vertikalbewegung) ermitteln. Bei einem KO-Index von 2 und kleiner ist die Atmosphäre potentiell labil geschichtet. Besser sind negative Werte, denn je niedriger der KO-Index, desto labiler die Atmosphäre.

Die Auslösung dieser potentiellen Labilität erfordert einen großräumigeren Hebungsvorgang. Dieser erfolgt dabei durch
• PVA-Zunahme mit der Höhe auf Trogvorderseite
• Hebung durch kräftige WLA in der unteren Troposphäre und Advektion trockener und kalter Luft in der Höhe (conveyor belts)
• orographische und/oder erzwungene Hebung
• Schwerewellen im Kaltfrontvorfeld
• Hebung durch thermisch-direkte Zirkulation ausgelöst durch horizontale Temperaturunterschiede infolge unterschiedlicher Einstrahlung im Frontbereich und dessen Vorfeld (kühl im Niederschlagsbereich der Kaltfront, Aufheizung im Vorfeld der Front)
• Konvergenzzonen vor der Kaltfront („Gewittersack“ in der Bodendruckanalyse)

Oft sind es Kombinationen der oben genannten Mechanismen. Wichtig dabei ist, dass eine gewisse Wirkzeit der aufwärts gerichteten Vertikalbewegung erforderlich ist um die potentielle Labilität auszulösen. Sie reicht, je nach Hebungsvorgang von einigen Stunden bis weniger als eine halbe Stunde. Bei bereits bestehenden konvektiven Systemen reduziert sich die Zeit nochmals deutlich, wenn die potentiell labile Luftmasse in dessen Aufwindgebiet gerät.

Die Squall-line wird durch ein ausgeprägtes System von Auf- und Abwinden charakterisiert, das für die Verstärkung und Erhaltung des Gewittersystems sorgt. Markant dabei ist die Neigung des Updrafts, der dafür verantwortlich ist, dass sich der Downdraft und der fallende Niederschlag außerhalb der Aufwindzone befinden. Dadurch wird der Updraft nicht geschwächt, was zu einer Verstärkung des Systems führt. Die Abwinde entstehen in einer Höhe meist zwischen 500 und 600 hPa durch Niederschlag und haben hier einen Wert von bis zu 8 m/s (14 kt). Durch Verdunstung des Niederschlages auf seinem Fallweg wird negative Auftriebsenergie erzeugt, die zu einer Beschleunigung der Abwinde führt. Die ausfließende Kaltluft an der Erdoberfläche führt zur Bildung eines Kaltluftteiches (cold pool). Die Kaltluft stößt dabei auf wärmere Luftmassen im Vorfeld der Squall-line vor. Es bildet sich ein starker horizontaler Temperaturgradient aus, der eine kräftige direkte thermische Zirkulation zur Folge hat. Dies führt mit zur Ausbildung einer Böen-Front (gust-front). Die Böen-Front, auch als Böenwalze bezeichnet, äußert sich im Erscheinungsbild durch die typische „arcus-Wolkenform, welche auch unter dem Begriff „shelf cloud“ bekannt ist. Die Böen-Front reicht bis in eine Höhe von 500 bis 2000m über dem Erdboden und sorgt aufgrund der Vertikalbewegung an der Vorderseite der Böen-Front für die Bildung weiterer konvektiver Wolken (Multizellenentwicklung). Dies erklärt die Langlebigkeit einer Squall-line. Erst wenn die Luft im Vorfeld der Squall-line nicht mehr feuchtwarm und potentiell labil geschichtet ist, schwächen sich die Systeme mehr und mehr ab.

Die Squall-line ist geprägt durch ein vorderseitiges Meso-Bodentief, das auf die Konvektion zurückzuführen ist – Druckfall vor der Squall-line. Dahinter befinden sich die Böen-Front und der Vorderrand der konvektiven Niederschläge, die hier oft sehr stark sind und oft mit plötzlichen und heftigen Böen (mit Windsprüngen bis zu 180°), sowie Hagel begleitet werden. Im Ausflussbereich der Kaltluft (Downdraft) erfolgt bei bzw. nach Durchgang der Squall-line in nur kurzer Zeit ein starker Druckanstieg (3 bis 5 hPa). Dies macht sich in der Bodendruckkarte als Meso-Hochdruckgebiet (bubble high) bemerkbar Oft liegt es zwischen Squall-line und Bodenkaltfront. Auch die Temperatur geht in diesem Bereich markant zurück (5 bis 10 K). Hinter dem konvektiven Niederschlagsband liegt - getrennt durch einen Bereich schwächerer Radarechos - ein stratiformes Niederschlagsfeld. Hinter dem skaligen Niederschlagsfeld der Squall-line schließt sich meist ein stärker ausgeprägtes Meso-Tiefdruckgebiet (wake low) an. Es entsteht (vermutlich) durch vertikale Schwingungen in der zur Rückseite der Squall-line abfließenden Kaltluft. Die Wetteraktivität der nachfolgenden Kaltfront wird durch die Squall-line oft abgeschwächt, da sich die amtosphärischen Schichtungsverhältnisse nach der Squall-line oft stabilisieren.

Besonders unterbrochene Squall-lines (broken line squall-lines) neigen besonders an deren Südspitze zur Entwicklung einer Mesozyklone. Die Mesozyklone stellt dabei eine rotierende Aufwindregion dar, die sich durch starke Richtungsscherung in Bodennähe oder durch Geschwindigkeitsscherung bildet. Günstige Bedingungen für die Ausprägung einer Mesozyklone liegen vor, wenn die bodennahen Schichten relativ feucht, die mittleren Schichten relativ trocken sind. Vor allem in das mittlere Niveau fließt dabei rückseitig des Gewittersystems ein Starkwindband ein, das als Rear-Inflow-Jet bezeichnet wird. Dadurch mischt sich trockenere Luft in den Niederschlagssektor ein. Durch die dabei entstehende Verdunstungskälte wird der Downdraft weiter beschleunigt. Der Rear Inflow kann dafür sorgen, dass sich die Systeme eindrehen. An einer unterbrochenen Squall-line kann sich so dann auch an der Nordspitze eine Mesozyklone entwickeln. Diese draus entstehende bogenförmige Struktur wird als Bogenecho (bow echo) bezeichnet. Mesozyklonen bilden bei Bodenkontakt der Trichterwolke (funnel cloud) Tornados aus und werden ab einer Lebensdauer von mehr 20 Minuten (in der Literatur findet man Werte von 10 bis 30 Minuten) als Superzelle bezeichnet.

Zusammenfassend können Squall-lines Wettererscheinungen von Downbursts, kleinen bis mittelgroßen Hagel, Überschwemmungen durch Starkregen und Tornados verursachen und stellen für die Öffentlichkeit und vor allem für die Luftfahrt eine mäßig bis hohe Gefahr dar.

Rasch ziehende Squall-lines (fast-moving lines), die in einer langgestreckten Zone von mindestens 400 bis 450 km Länge und mindestens 75 km Breite hohe Windschäden durch langlebige und großflächige Downbursts (= Macrobursts) mit einer Windgeschwindigkeit von über 93 km/h (50 kt) bringen können, werden als Derecho bezeichnet. Der Durchgang einer Squall-line am 10.07.2002, wo in Teilen Mitteleuropas verbreitete Sturmschäden auftraten, wird in der Statistik als Derecho geführt ( http://web0.webbox793.server-home.net/files/derecho.pdf ). Somit ist das Derecho nicht nur ein Phänomen, das in den weitläufigen Terrains der USA auftritt, sondern auch im topografisch recht unterschiedlich strukturierten Europa.

"Grobe" Fehler dürften keine mehr drin sein.

Gruß

Lobo

@Eyk: Da die Mehrheit der Literatur die Mulitzellen-Linie auch als Squall-line bezeichnet (auch viele seriöuse Links von Wetterdiensten und US-Spottern), habe ich daran nichts geändert - ich hoffe du bist mir nicht böse.... ;-)

Beiträge in diesem Thread

ALLGEMEIN: Entstehung einer Squall-line -- Lobo -- 2. Juli 2006, 19:18 Uhr
Danke für den klasse Beitrag! Ab zu den ... -- Kaltlufttropfen (80 km sö v Berlin) -- 2. Juli 2006, 19:27 Uhr
Beispielwetterlage: 19.06.06 -- Lobo -- 2. Juli 2006, 19:48 Uhr
Danke, klasse Beitrag! *oT* -- Kaltlufttropfen (80 km sö v Berlin) -- 2. Juli 2006, 19:58 Uhr
Exzellent! -- Bernold Feuerstein (Heidelberg, 310 m) -- 2. Juli 2006, 19:59 Uhr
Re: Exzellent! -- Lobo -- 2. Juli 2006, 20:12 Uhr
Hier noch ein Link: -- Lobo -- 2. Juli 2006, 20:18 Uhr
2 super Beiträge, -- Andreas Kämmer -- 2. Juli 2006, 19:59 Uhr
Squall-line im Alpenvorland 191 Seiten PDF -- Volker_aus_ESW -- 2. Juli 2006, 20:09 Uhr
Re: Squall-line im Alpenvorland 191 Seiten PDF -- Lobo -- 2. Juli 2006, 20:14 Uhr
Sollte auch keine Abwertung sein ;-) -- Volker_aus_ESW -- 3. Juli 2006, 07:13 Uhr
Zur potentiellen Labilität -- Johannes D. -- 2. Juli 2006, 20:28 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Lobo -- 2. Juli 2006, 20:42 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Johannes D. -- 2. Juli 2006, 22:25 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Nordkette -- 2. Juli 2006, 22:35 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Johannes D. -- 2. Juli 2006, 22:45 Uhr
Entschuldigung, aber die AKÜS... -- Gerrit Rudolph -- 2. Juli 2006, 21:02 Uhr
Re: Entschuldigung, aber die AKÜS... -- Björn Hannover 55m -- 2. Juli 2006, 21:27 Uhr
Re: Entschuldigung, aber die AKÜS... -- Johannes D. -- 2. Juli 2006, 22:35 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Wetterfuchs -- 2. Juli 2006, 22:55 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Johannes D. -- 2. Juli 2006, 23:03 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Wetterfuchs -- 3. Juli 2006, 09:05 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Johannes D. -- 3. Juli 2006, 10:34 Uhr
Re: Zur potentiellen Labilität -- Wetterfuchs -- 3. Juli 2006, 12:42 Uhr
Verifikationsstudie zu Indices -- Bernold Feuerstein, Heidelberg (310 m) -- 3. Juli 2006, 11:23 Uhr
komm doch bitte mal in den Chat. *oT* -- Nordkette -- 3. Juli 2006, 11:25 Uhr
Vielen Dank - Ab zu den interessanten Beiträgen :) *oT* -- Stocken -- 2. Juli 2006, 21:05 Uhr
Re: ALLGEMEIN: Entstehung einer Squall-line -- Björn Hannover 55m -- 2. Juli 2006, 21:31 Uhr
Einige Anmerkungen... -- Wetterfuchs -- 2. Juli 2006, 22:33 Uhr
Re: Einige Anmerkungen... -- Lobo -- 3. Juli 2006, 07:56 Uhr
Ganz große Klasse, Lobo... -- diddi, Gifhorn, 54 m (Nds.) -- 3. Juli 2006, 10:23 Uhr

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