Sounding Referenz
Für was braucht man ein Sounding?
Ein Sounding (Radiosonden Aufstieg) liefert den Zustand der Atmosphäre an einem
bestimmten Punkt zu einer bestimmten Zeit. Besondere Verwendung finden
Soundings bei der Gewittervorhersage. Aus ihnen lassen sich sehr einfach die
Stabilität und andere für die Gewittervorhersage relevante Parameter ermitteln.
Die Skew-T Log P Darstellung
Diese am häufigsten verwendete grafische Darstellung eines Radiosonden
Aufstiegs gibt einen sehr schnellen Überblick über die aktuelle Lage. Die
Temperatur und der Taupunkt werden dabei im 45 Grad Winkel nach rechts oben
dargestellt und der Luftdruck in einer Logarithmischen Skala als Y-Achse. Die
Windgeschwindigkeit und Windrichtung werden normalerweise als Windfahnen am
rechten Rand dargestellt. Damit man den Verlauf der Windgeschwindigkeit mit der
Höhe besser erkennen kann, habe ich die Windgeschwindigkeit als zusätzliche
Skala an die X-Achse angehängt. Die Windrichtungen werden als einfache Linien
rechts dargestellt.
Beispiel
Eine weitere X-Skala ist das Mischungsverhältnis (Mixing-Ratio). Es wird
gebraucht um das Kondensationsniveau zu ermitteln.
Beispiel
Zusätzliche Skalen
Neben den direkt gemessenen Werten (Temperatur, Taupunkt, Wind), werden noch
CAPE und CINH bis in eine Höhe von 700 hPa grafisch dargestellt. CINH wird
dafür mit dem Faktor 5 multipliziert, um für die grafische Darstellung
akzeptable Werte zu erhalten. (Beschreibung von CAPE und CINH siehe unten)
Kondensations Niveaus
Bei einem Sounding kann man zwischen zwei verschiedene Kondensations Niveaus
wählen:
Lifting Condensation Level (LCL)
Das LCL wird verwendet um die Höhe der Wolkenbasis zu ermitteln, wenn die
Konvektion durch Hebung an Fronten oder Bergen ausgelöst wird. Dafür braucht
man das mittlere Mischungsverhältnis und die mittlere Temperatur des gehobenen
Luftpaketes. Als Standart werden hier die gemittelten Werte der untersten 100
hPa verwendet. Der Schnittpunkt zwischen dem Mischungsverhältnis und der
Trockenadiabate ist das LCL.
Beispiel
Convective Condensation Level (CCL)
Das CCL wird verwendet, wenn die Konvektion Thermisch ausgelöst wird. Das ist
vor allem bei Wärmegewittern der Fall. Wie beim LCL braucht man dafür auch den
mittleren Wert des Mischungsverhältnis. Der Schnittpunkt zwischen dem
Mischungsverhältnis und der Temperaturkurve aus den gemessenen Werten ist das
CCL. Das CCL liegt meist höher als das LCL.
Beispiel
Gewittervorhersage mit Hilfe eines Soundings
Soundings stellen in der Gewittervorhersage einen bedeutenden Faktor dar. Mit
ihnen kann man die Lage genauer einschätzen und vor allem auch eine Aussage
machen was für ein Typ von Gewitter zu erwarten ist.
Da sie aber nur eine Momentaufnahme der Atmosphäre an einem bestimmten Punkt
darstellen, sollte man sich nie nur alleine auf das aktuelle Sounding
verlassen, sondern immer auch die Modelle hinzuziehen und auf Änderungen in den
nächsten Stunden achten.
Als erstes schaut man sich am Besten die Kurve des aufsteigenden Luftpaketes
(Parcel) an und vergleicht sie mit der Temperaturkurve. Befindet sich die
Parcel Kurve weit links neben der Temperaturkurve, so ist die Atmosphäre stabil
und es sind keine Gewitter zu erwarten. Der Lifted-Index ist ein oft
verwendeter Wert um die aktuelle Stabilität zu beschreiben. Ein Wert von >
+3.0 °C im Sounding von 12Z ist meist zu stabil für die Entstehung von
Gewittern. Ausnahme wäre eine herannahende Kaltfront mit starker Abkühlung in
der Höhe oder feuchte Luft, welche in den unteren Luftschichten einfliesst.
Beim 00Z Aufstieg muss man noch mehr aufpassen, da dort auch schon alleine die
Sonneneinstrahlung des kommenden Tages ausreichen kann um die Atmosphäre zu
destabilisieren.
Ein zweiter Faktor ob Gewitter zu erwarten sind ist die Feuchtigkeit in den
unteren Luftschichten. Der Lifted-Index kann zwar negativ sein, doch trockene
Luft in Bodennähe verunmöglicht Gewitter, da sich ein nicht zu überwindendes
Cap bildet, das heisst, dass aufsteigende Luftpakete nicht das "Level of Free
Convection (LFC)" erreichen können von wo an sie ungehindert aufsteigen würden.
Beispiel eines für Gewitter zu starken Cap.
Der dritte für Gewitter wichtige Parameter, die Hebung, lässt sich nicht aus
einem Sounding ermitten. Dafür müssen die Modellkarten hinzugezogen werden.
Ein Anzeichen für Hebung kann höchstens eine im Uhrzeigersinn drehende
Windrichtung sein. In den unteren Luftschichten deutet sie auf Warmluft
Advektion hin, was Hebung bedeuten würde.
Möchte man herausfinden was für ein Typ von Gewittern zu erwarten ist, schaut
man sich als erstes das Windprofil an. Ist keine grössere Zunahme des Windes
mit Höhe zu erkennen, kann man davon ausgehen, dass sich nur kurzlebige
Gewitter bilden werden, deren Intensität von der Instabilität bestimmt wird.
Bei hoher Instabilität sich Multizellen zu erwarten, bei niedriger Instabilität
Singlezellen. Beispiel
eines Multizellen Soundings.
Wird eine Windgeschwindigkeit von mindestens etwa 40 Knoten in 300 hPa
erreicht, besteht die Möglichkeit von Gewittern mit einer längeren Lebensdauer
(Superzellen). Die Zunahme des Windes mit der Höhe ist ausschlaggebend damit
ein vom Aufwindbereich getrennter Abwindbereich entsteht. Bei einer
zusätzlichen Rechtsdrehung des Windes mit der Höhe sind Superzellen sehr
wahrscheinlich.
Die Frage ob es in Verbindung mit Superzellen zu Tornados kommen könnte lässt
sich soweit beantworten, dass die Chancen dafür am grössten sind, wenn ein
starker Low-Level Jet vorhanden ist. Der Low-Level Jet entsteht meist im
Vorfeld von Kaltfronten, wo sich grosse Temperaturgegensätze in den tieferen
Luftschichten aufbauen. In der Schweiz hat der Low-Level Jet sein Maximum bei
etwa 700 hPa (Beispiel).
Der Jura und die Alpen haben darauf einen bedeutenden Einfluss. In seltenen
Fällen kommt es aber vor, dass der Low-Level Jet sein Maximum schon in rund 850
hPa hat. Dann sind in Verbindung von Superzellen auch Tornados möglich (Beispiel).
Sounding Parameter
Aus den Messwerten eines Radiosonden Aufstiegs lassen sich allerhand
verschiedene Parameter berechnen. Mit ihnen kann dann der Aufbau der Atmosphäre
genauer beurteilt werden. Folgend sind alle Parameter kurz erklärt, die auf der
rechten Seite dargestellt werden.
850 Wet Bulb Theta-E
Energiegehalt der Luft in 850 hPa.
Sfc - 700 Man Rel Hum
Mittlere Luftfeuchtigkeit zwischen dem Boden und 700 hPa.
Convective Temperature
Bei Überschreiten dieser Temperatur in Bodennähe ist die Auslösung thermischer
Konvektion zu erwarten.
Beispiel
Lifted Index
Differenz zwischen dem aufsteigenden Luftpacket und der gemessenen
Umgebungstemperatur in einer Höhe von 500 hPa.
Beispiel
Formel: LI = T500 - T500Parcel
| > 0 |
Thunderstorms unlikely |
| 0 - -2 |
Thunderstorms possible - trigger needed |
| -3 - -5 |
Thunderstorms probable |
| -5 - -7 |
Strong/severe thunderstorms. Tornadoes possible |
| -7 - -9 |
Move to Alaska |
| < -9 |
Yikes |
CAPE / CINH
CAPE (Convective Available Potential Energy) ist die wohl wichtigste Grösse in
der Gewittervorhersage. Sie ist ein direktes Mass für die zur Konvektion zur
Verfügung stehenden Energie. Aus ihr kann man auch die maximal zu erwartende
Aufwindgeschwindigkeit (Max Up Vert Vel) in einem Gewitter berechnen.
CINH (Convective Inhibition) ist die Energie, die gebraucht wird um ein
Luftpaket über das LFC zu bringen. Das kann durch bodennahe Erwärnmung
geschehen oder auch durch Hebung an Fronten.
Beispiel
| < 300 |
Weak convection (showers) |
| 300-1000 |
Weak thunderstorms |
| 1000-2500 |
Moderate thunderstorms |
| 2500-3000 |
Strong thunderstorms |
| 3000+ |
Very Strong thunderstorms |
Normalized CAPE
Dieser Wert hat etwa die gleiche Bedeutung wie der Lifted Index, einfach wird
hier über den ganzen Bereich zwischen "Level Of Free Convection" (LFC) und dem
"Equilibrium Level" (EL) gemittelt. Schmale CAPE Bereiche welche einen grossen
Höhenunterschied zwischen LFC und El aufweisen haben einen kleinen Wert,
während breite CAPE Bereiche mit einem kleinen Höhenunterschied zwischen LFC
und EL grosse Werte erzeugen.
Formel: Normalized CAPE = CAPE / (Height(EL) - Height(LFC)) [m/s^2]
Skala:
|
00-10 |
Schmal
|
|
10-20 |
Breit
|
|
>20 |
Sehr Breit
|
Beispiele:
|
6.02 m/s^2 |
(Payerne 02.06.1999 12Z)
|
|
6.63 m/s^2 |
(Payerne 08.05.2003 12Z)
|
|
15.12 m/s^2 |
(Payerne 24.06.2002 00Z)
|
|
26.84 m/s^2 |
(De Bilt 18.06.2002 12Z)
|
In der Schweiz und Europa wird der Wert von 10 m/s^2 nur in seltenen Fällen
überschritten.
Max Up Vert Vel
Maximale Aufwärtsgeschwindigkeit in den zu erwartenden Gewittern. Das gilt
nicht für Superzellen, dort kann der Aufwind grössere Werte erreichen.
Formel: Sqrt(2 * CAPE)
850-600 Lapse Rate
Temperaturunterschied zwischen 850 hPa und 600 hPa. Wird hier für die
Berechnung von Exp. Hail Size gebraucht.
Wet-Bulb Zero
siehe Externe
Beschreibung (Englisch). Die Höhe des WBZ ist in der Vorhersage von
Hagel eine wichtige Grösse. Wird zur Berechnung von Exp. Hail Size gebraucht.
Fawbush-Miller Hail Size
Mittlere zu erwartende Hagelgrösse in den sich entwickelnden Gewittern.
Exp. Hail Size
Experimentelle Maximal zu erwartene Hagelgrösse.
Formel
LCL
Höhe der Wolkenuntergrenze bei durch Hebung (Fronten, Berge) verursachter
Konvektion.
CCL
Höhe der Wolkenuntergrenze bei thermischer Konvektion.
LFC
LFC = Level of Free Convection. Ab dieser Höhe kann das aufsteigende Luftpaket
ohne Energie von aussen bis zum EL aufsteigen. Das LFC befindet sich in der
Höhe, wo das aufsteigende Luftpaket die Temperaturkurve in Richtung wärmer
schneidet. Bei stabilder Schichting kann das nie vorkommen. Bei thermischer
Konvektion ist das LFC = CCL.
Beispiel
EL
EL = Equilibrium Level. In dieser Höhe erreicht ein Luftpaket das vorher das
LFC überschritten hat wieder den Gleichgewichts Zustand, d.h. es steigt nicht
mehr weiter auf. Bei Gewitter breitet sich der Amboss in dieser Höhe aus.
Das EL hat nichts mit der Tropopause zu tun!
Theta
Wert für aufsteigendes Luftpaket (unwichtig).
Theta-E
Wert für aufsteigendes Luftpaket (unwichtig).
Mixing Ratio
Wert für aufsteigendes Luftpaket (unwichtig).
Showalter Index
Grundsätzlich das gleiche wie der Lifted Index mit der Änderung, dass hier das
Luftpaket von 850 hPa genommen wird. Die Differenz zwischen aufsteigendem
Luftpaket und Umgebungstemperatur wird wieder in 500 hPa berechnet. Bei einem
negativen Showalter Index ist mit grosser Wahrscheinlichkeit eine feuchte
Grundschicht vorhanden, die ein wichtige Voraussetzung für Gewitter ist.
Formel: SI = T500 - T500Parcel
| > 4 |
Thunderstorms unlikely |
| 1 - 4 |
Thunderstorms possible - trigger needed |
| 1 - -2 |
Increasing chance of thunderstorms |
| -2 - -3 |
High potential of heavy thunderstorms |
| -3 - -5 |
Getting scary |
| -5 - -10 |
Extremely unstable |
| < -10 |
Head for the storm shelter |
K Index
Der K Index (KI) setzt sich aus einer grossen Temperaturabnahme zwischen 850
und 500 hPa und der Grundschichtfeuchte zusammen. Trockene Schichten in den
verwendeten Levels (850 hPa und 700 hPa) können einen falschen Eindruck
vermitteln.
Formel: KI = (T850 - T500) + TD850 - (T700 - TD700)
| 0-15 |
No thunderstorms |
| 18-19 |
Thunderstorms unlikely |
| 20-25 |
Isolated thunderstorms |
| 26-30 |
Widely scattered thunderstorms |
| 30-35 |
Numerous thunderstorms |
| 36-39 |
Thunderstorms very likely |
| 40+ |
100% chance of thunderstorms |
Modified Thompson Index
Der Modified Thompson Index besteht aus den "Modified K Index" und dem "Lifted
Index". Das Modified kommt vom K Index und bezeichnet damit die Berechnung von
Temperatur und Taupunkt für das 850 hPa Level beim K Index, welche hier nicht
mit den gemessenen Werten in dieser Höhe übereinstimmen, sondern mit den
gemittelten Werten zwischen Boden und 850 hPa.
Formel: TImod = KImod - LI [°C] where KImod = (TmeanSfc..850 -
T500) + TDmeanSfc..850 - (T700 - TD700)
| <=28 |
No thunderstorms expected |
| 28-36 |
Isolated thunderstorms |
| >36 |
Widespread thunderstorms |
Total Totals Index
Der Total Totals Index (TTI) spricht bei einer feuchte Grundschicht bis
mindstens 850 hPa und tiefer 500 hPa Temperatur an. Beides sind für Gewitter
wichtige Werte. Bei einer trockenen Zwischenschicht in 850 hPa besteht das
gleiche Problem wie beim K Index.
Formel: TT = T850 + TD850 - 2 * (T500)
| < 43 |
Thunderstorms unlikely |
| 43-44 |
Isolated thunderstorms |
| 45-46 |
Scattered thunderstorms |
| 47-48 |
Scattered thunderstorms/isolated severe |
| 49-50 |
Scattered t-storms/few severe/isolated tornadoes |
| 51-52 |
Scattered-numerous t-storms/few-scattered severe/isolated tornadoes |
| 53-55 |
Numerous thunderstorms/scattered tornadoes |
| 56+ |
You don't want to know |
SWEAT Index
In den USA erfolgreich angewanter Index zur Vorhersage von schweren Gewittern
und Tornados.
Formel: SWEAT = 12 * (TD850) + 20 * (TTI - 49) + 2 * (WS850) + (WS500) + 125 *
(sin(WD500 - WD850) + 0.2)
(WS = Windspeed, WD = Winddirection)
| < 272 |
Thunderstorms unlikely |
| 273-299 |
Slight risk - general thunderstorms |
| 300-400 |
Moderate risk - approaching severe limits |
| 401-600 |
Strong risk - few severe t-storms/isolated tornadoes |
| 601-800 |
High risk of severe t-storms/scattered tornadoes |
| 801+ |
High wind damage, but not favorable for severe weather |
Craven Significant Severe Weather Index
Der Craven SigSvr Index ist ein kombinierter Index zwischen CAPE und der
Windscherung zwischen Boden und 6km Höhe.
Formel: Craven SigSvr = CAPE * 0..6km Windshear [m^3/s^3]
Skala:
|
0-5 |
Keine schweren Gewitter zu erwarten
|
|
5-10 |
Schwere Gewitter möglich
|
|
>10 |
Schwere Gewitter zu erwarten
|
Beispiele:
|
12.24 m^3/s^3 |
(Payerne 08.05.2003 12Z)
|
|
14.14 m^3/s^3 |
(Payerne 02.06.1999 12Z)
|
|
33.89 m^3/s^3 |
(Payerne 24.06.2002 00Z)
|
|
60.49 m^3/s^3 |
(De Bilt 18.06.2002 12Z)
|
Supercell Composite Parameter
Der SCP ist ein kombinierter Index zwischen dem maximalen CAPE, 3km Storm
Relative Helicity und Bulk-Richardson Windshear. Er wurde vom Storm Prediction
Center in den USA entwickelt. Je grösser der Wert, desto höher die
Wahrscheinlichkeit für Superzellen und Tornados.
Formel: SCP = (Most Unstable CAPE / 1000) * (3km SRH / 100) * (BRN Shear / 40)
[1]
Skala:
|
<=1 |
Keine Superzellen zu erwarten
|
|
1-4 |
Superzellen sind möglich
|
|
>4 |
Superzellen sind wahrscheinlich
|
Beispiele:
|
1.76 |
(Payerne 08.05.2003 12Z)
|
|
3.19 |
(De Bilt 18.06.2002 12Z)
|
|
6.12 |
(Payerne 24.06.2002 00Z)
|
|
19.44 |
(Payerne 02.06.1999 12Z)
|
Significant Tornado Parameter
Der STP besteht wie der SCP aus Supercell Composite Parameter aus mehreren
Teilen. Dies sind CAPE, Höhe des Lifted Condensation Level (LCL) über
Boden(AGL), 1km Storm Relative Helicity und 6km Windshear.
Formel: STP = (CAPE / 1000) * ((2000 - Höhe LCL AGL) / 1500) * (1km SRH / 100)
* (0..6km Windshear / 20) [1]
Skala:
|
<=0.5 |
Keine Signifikanten (>= F2) Tornados zu erwarten
|
|
>0.5 |
Signifikante Tornados sind möglich
|
In der Schweiz und Europa wird der Wert von 0.5 nur in seltenen Fällen
erreicht, da entweder das LCL auf Grund der zu niedrigen Feuchte in Bodennähe
zu Hoch liegt, oder die 1km SRH zu klein ist wegen des fehlenden Low-Level
Jets.
Beispiele:
|
0.01 |
(Payerne 08.05.2003 12Z)
|
|
0.10 |
(Payerne 24.06.2002 00Z)
|
|
0.25 |
(Payerne 02.06.1999 12Z)
|
|
0.59 |
(De Bilt 18.06.2002 12Z)
|
Experimental Supercell Index for Switzerland (SIS)
Der SIS besteht aus einer Kombination von Maximaler Windgeschwindigkeit
zwischen 850 hPa und 500 hPa und der 100mB Mean Layer CAPE CCL der unteren und
mittleren Höhen (Surface - 400 hPa).
Formel: SIS = (Max. Windspeed 850_500 / 30 * 2) * (CAPE CCL Sfc_400 / 500) [J/kg * m/s]
Skala:
|
< 1.4 |
Es werden keine Superzellen erwartet (Supercells not likely).
|
|
1.4 - 1.99 |
Superzellen sind möglich (Supercells possible).
|
|
>= 2.0 |
Superzellen werden erwartet (Supercells expected).
|
Grafiken:
- Maximale Windgeschwindigkeit 850-500 hPa
- 100mB Mean-Layer CAPE CCL (Surface -
400 hPa)
- Experimental Supercell Index for Switzerland (CH)
KO Index
Relativ neuer Gewitterindex des Deutschen Wetterdienstes. Er beschreibt die
Potentielle Instabilität zwischen den unteren und oberen Luftschichten.
Formel: KO-Index = 0.5 * (ThetaE700 + ThetaE500) - 0.5 * (ThetaE1000 +
ThetaE850)
| > 6 |
Thunderstorms unlikely |
| 2-6 |
Thunderstorms possible |
| < 2 |
Severe Thunderstorms possible |
Deep Convective Index
Index zur Vorhersage von hochreichender Konvektion (Gewittern).
Formel: DCI = T850 + Td850 - SLI
SLI = Surface Lifted Index
| < 10 |
Thunderstorms unlikely |
| 10-20 |
Thunderstorms possible |
| 20-30 |
Strong Thunderstorms possible |
| > 30 |
Severe Thunderstorms possible |
CS Index
Gewitterindex aus CAPE und Windscherung (siehe auch SWEAT Index), der in der
Schweiz erfolgreich in der Gewittervorhersage getestet wurde.
SWISS00 / SWISS12 Index
Von Heidi Huntrieser speziell für die Schweiz (nördlich der Alpen) entwickelte
Gewitterindices für die 00Z und den 12Z Radiosonden Aufstiege.
Storn Direction / Storm Motion
Generelle Zugrichtung und Zuggeschwindigkeit von Gewittern. Superzellen können
zum Teil deutlich davon abweichen!
Beispiel
Wind Shear Dir Sfc - 3000 / Wind Shear Sfc - 3000
Windrichtungs- und Windgeschwindigkeits Änderung zwischen dem Boden und 3000m
über Boden.
Wind Shear Dir 3000 - 6000 / Wind Shear 3000 - 6000
Windrichtungs- und Windgeschwindigkeits Änderung zwischen 3000m über Boden und
6000m über Boden.
Wind Shear Dir Sfc - 6000 / Wind Shear Sfc - 6000
Windrichtungs- und Windgeschwindigkeits Änderung zwischen dem Boden und 6000m
über Boden.
Bulk Shear
Wird für Bulk Richardson Number gebraucht (unwichtig).
Ri Shear
Wird für Bulk Richardson Number gebraucht (unwichtig).
Bulk Richardson Number
Aus der Bulk Richardson Number (BRN) lässt sich ableiten was für ein
Gewittertyp zu erwarten ist (siehe auch Energy Helicity Index).
Formel: BRN = (CAPE / 0-6km Shear)
| < 10 |
Thunderstorms unlikely - single cell type |
| 11-49 |
Moderate chance - supercell in nature |
| 50+ |
Strong chance - multi cell type |
Storm Relative Helicity
Die Storm Relative Helicity (SRH) ist ein Mass für die Richtungs- und
Geschwindigkeits Änderung des Windes in den unteresten 3000m.
Beispiel
| < 80 |
Supercells unlikely |
| 80-150 |
Supercell Storms |
| 150-299 |
F0, F1 Tornadoes |
| 300-499 |
F2, F3 Tornadoes |
| > 450 |
F4, F5 Tornadoes |
Effective Storm Relative Helicity
Die Effective SRH soll die für ein Gewitter zur Verfügung stehende Helicity
genauer beschreiben als die herkömmliche SRH. Die Effective SRH wird nicht
zwingend zwischen Boden und 3km Höhe berechnet, sondern zwischen dem Punkt X wo
das aufsteigende Luftpaket zum ersten mal mindestens 50 J/kg erreicht und X +
3km. Besonders bei den Soundings in der Nacht wo sich eine Bodeninversion
bildet unterscheidet sich der Wert von der normalen SRH. Tagsüber sind beide
Werte meist identisch, ausser im Postfrontalen Bereich wo es oft noch Elevated
CAPE gibt.
Energy Helicity Index
Der Energy Helicity Index (EHI) wird in den USA als einer der Besten Indices
zur Vorhersage von Tornados gebraucht. Er berechnet sich aus CAPE und Storm
Relative Helicity, also den beiden wichtigsten Parametern zur Bestimmung des zu
erwartenden Sturm Typs.
Formel: EHI = (CAPE * SRH) / 160'000
| < 0.8 |
Tornadoes unlikely |
| 0.8-1 |
F0, F1 Tornadoes |
| 1-4 |
F2, F3 Tornadoes |
| > 4 |
F4, F5 Tornadoes |
|