500hpa Geopotential

  • Das Geopotential beschreibt die potentielle Energie einer Luftmasse.
    Geopotential

    Das Geopotential beschreibt die potentielle Energie einer Luftmasse.

    Physikalisch ausgedrückt:
    Das Geopotential verrät, wie viel Arbeit nötig ist um ein Luftpaket von der Meeresoberfläche 0 ( Referenzdruckfläche ) bis zum Niveau Z zu heben.





    Behandeln möchte ich in diesem Tutorial die GFS Parameter:



    500hpa Geopotential in der GFS-Karte


    Die globale Geopotentialverteilung ist maßgeblich abhängig vom Breitengrad. So ist an den Polen die Schwerebeschleunigung am stärksten, sodass mehr Arbeit nötig ist. Umgekehrt proportional zum Geopotentialfeld heißt dies, dass das Geopotential am Äquator üblicherweise höher liegt, als an den Polen.
    Das Geopotential wird dazu verwendet Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Höhe zu erkennen.
    So zeigt es die Höhe, auf der der Luftdruck 500hpa beträgt.
    Diese Höhe wird auf den GFS-Karten üblicherweise in gpdm angegeben, was zum Beispiel heißt:
    Eine Höhe der 500hpa Druckfläche von 552 gpdm bedeutet, dass in 5520m 500hpa herrschen.
    Die Linien gleichen Drucks in der Höhe heißen „Isohypsen“
    Logischerweise lässt sich davon ableiten:
    Liegt die 500hpa Druckfläche tiefer, also wird der Wert niedriger, so herrscht in der Höhe auch tieferer Luftdruck.

    Nun ist das Geopotential definiert durch die Dichte der Luftschicht und somit auch von Temperaturadvektionen abhängig.
    Da auf der Erde, geprägt durch Meeresströmungen, Unterschiede der Topografie und Drucksysteme Advektionen herrschen, also unterschiedliche Luftmassen ausgetauscht werden, verändert sich das Geopotential auch nicht nur proportional zum Breitengrad sondern ist auch maßgeblich von Temperaturadvektionen in einer Region abhängig.
    Da, wie auch am Boden Hochdruckgebiete auf der Nordhalbkugel antizyklonal, also im Uhrzeigersinn rotieren wird warme Luft auf der zum tieferen Druck geneigten Seite, in diesem Fall auf der Ostseite „advehiert.“
    So lässt sich zusammen mit den Isohypsen auch grob die Windrichtung der Höhenwinde und somit die Verlagerung von hohen Wolkenfeldern bestimmen, welche paralell und entlang der Isohypsen ziehen.
    Beim Trog ist das entsprechend umgekehrt.



    Abbildung 1: GFS 500hpa Geopotential am 31.05.2011 um 12UTC. Die Isohypsen sind schwarz dargestellt. Höhenrücken habe ich mit roten Linien verdeutlicht, Höhentröge mit Blau. Die Temperaturadvektionen sind mit roten bzw. blauen Pfeilen dargestellt.


    In kalter Luft nimmt die Dichte ab, sodass der Luftdruck sinkt. Zungen niedrigen Geopotentials nennt man Tröge.
    Umgekehrt gilt dies für Zungen höheren Luftdrucks. Diese nennt man Keile oder Rücken.

    Im Zentrum eines Höhenrückens/keils ist die Luft meistens stabil geschichtet. Die potentielle Energie ist zwar höher, jedoch fehlen dynamische Hebungstriebe zum Aufsteigen von Paketen. Damit herrscht auch meist ruhiges Wetter.

    Im Trog sinken die kalten Luftmassen meistens ab, sodass sich das Wetter hier auch bedingt beruhigt.
    Bedingt daher, weil durch das hohe Aufgebot an kalter Höhenluft aus polaren Breiten ( mit der Höhe ändert sich die Dichte auf dem Weg nach Süden weniger ) eine potentielle Instabilität besteht, welche gerne für Konvektion sorgt.
    Somit gestaltet sich das Wetter in einem Trog meistens wechselhaft und kühl.

    Die Zonen zwischen Höhenrücken/keilen und Trögen heißen Frontalzonen.
    Der Name kommt daher, weil auf diesem kleinen Raum starke horizontale Temperaturunterschiede herrschen, also eine Front zu finden ist. Daher ist hier auch der Druckgradient in der Höhe am stärksten, sodass die Luftströmung ( geostrophischer Wind ) hier am stärksten ist.
    Man nennt diese großflächige Luftströmung auch Strahlstrom ( Jetstream ).
    Hier herrscht die stärkste Dynamik und somit meistens auch die stärksten Vertikalbewegungen.
    Das kann für ausgedehnte Gewittergebiete oder Sturmtiefentwicklungen sorgen.

    Auf dem Satbild sind Hochdruckgebiete der Höhe ( rot ), Tiefdruckgebiete in der Höhe ( blau ) markiert. Die Frontalzonen sind flankiert von schwarzen Linien.
    An diesem Tag gab es über Deutschland heftige Kaltfrontgewitter und Regenfälle.


    Abbildung 2: Satellitenbild für den 31.05.2011 12UTC.

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