CAPE

  • CAPE beschreibt die Energie, die für Konvektion, also Gewitteraufwinde, zur Verfügung steht. Sie ist abhängig von der Energie der Luftmasse selbst und der Labilität der Schichtung. Zudem steht sie direkt in Verbindung mit der Geschwindigkeit der Aufwinde.
    Um es vorne weg zu nehmen, das CAPE gibt keinen Aufschluss darüber, ob es Gewitter gibt. Also: Viel CAPE heißt nicht viel Gewitterrisiko!

    Nun zur Erläuterung:

    CAPE stellt einen Energiewert dar, den ein Gewitteraufwind zur Verfügung hat. Angegeben wird das ganze in Joule pro Kilogramm Luft (J/Kg).
    Der Wert ist Abhängig von der Zusammensetzung des Luftpaketes. Je höher die Temperatur und je größer die Feuchte eines Luftpaketes ist, desto mehr Energie steht ihm zur Verfügung. Jedoch kann diese Feuchteenergie des Luftpaketes noch so hoch sein, wenn keine Labilität vorhanden ist, existiert auch kein CAPE. Um diesen Zusammenhang zu verstehen, ist ein Blick auf die Wetterballonaufstiege, auch Soundings genannt, von Nöten



    Kurz zur Erklärung des Soundings:

    Die rechte Kurve beschreibt die Temperatur, welche auf dieser Höhe vor gefunden wird.
    Die linke Kurve beschreibt die dazu gehörige Feuchte.

    Rufen wir uns nun in Erinnerung, dass ein Luftpaket damit es überhaupt aufsteigt, wärmer sein muss als seine Umgebung. Das heißt also, sich rechts von der Temperaturkurve befinden muss. Steigt das Paket nun auf, so tut es dies am Anfang trockenadiabatisch, also es findet kein Auskondensieren von Wasser statt. Das Paket kühlt sich etwa 1K pro 100m Aufstieg ab. Ab dem Taupunkt findet dann Kondensation statt, das Paket kühlt sich nur noch um 0,5K pro 100m ab. Wenn jetzt die Troposphäre sich mit über 0,5K pro 100m abkühlt, nennt man dies feuchtlabil geschichtet. Das Luftpaket kann ungehindert aufsteigen. Je größer der Unterschied des Abkühlens mit der Höhe zwischen dem Luftpaket und der Schichtung der Atmosphäre ist, desto größer ist die Labilität und damit das CAPE. Angegeben wird dies durch den sogenannten Lifted Index. Der Lifted Index gibt den maximalen Abstand zwischen der Kurve des aufsteigenden Luftpaketes und der Temperaturkurve an. Je größer der LI desto größer meistens auch das CAPE und umgekehrt.

    Die gelbe Linie beschreibt den Aufstieg, den ein Luftpaket mit den Werten die am Boden vorgefunden werden, machen würde. Je größer hierbei der Abstand dieser Linie von der Temperaturkurve ist, desto größer ist das CAPE, da das CAPE die größer der Fläche zwischen der Temperaturkurve und der Kurve des aufsteigenden Luftpaketes ist. Errechnet wird diese Fläche über ein Integral.

    Jetzt kommt der springende Punkt, weshalb das CAPE nie etwas darüber aussagen kann, ob es Gewitter gibt. In dem grünen Kreis befindet sich eine sogenannte Inversion. Eine Inversion ist ein Bereich, in dem sich die Troposphäre nach oben hin nicht weiter abkühlt, oder sogar für ein kurzes Höhenintervall wieder erwärmt. Das Luftpaket am Boden kann nun bis zu dieser Höhe aufsteigen, aber dann nicht weiter, da es plötzlich kälter ist als seine Umgebungsluft. Würde jetzt jedoch ein Faktor kommen, der das Luftpaket nach oben hebt, Beispielsweise eine Kaltfront, kann die Energie doch frei gesetzt werden, da ja oberhalb dieser "Nase" das Luftpaket wieder wärmer als seine Umgebungsluft ist. Daraus lernen wir: Man kann an einem Tag so viel CAPE haben wie man will, befindet sich eine dicke Inversion in Bodennähe die nicht überwunden werden kann, gibt es keine Gewitter. Angegeben wird dieser Wert durch das CIN, auch Convektive Inhibition genannt. Der gibt den Wert der Energie an, den ein Luftpaket aufbringen müsste um diese Inversion zu druchbrechen. Auch dieser wird in Joule pro Kilogramm Luft angegeben. Aufgebracht wird diese Energie z.B. durch eine Kaltfront, den Ausfluss aus einem alten Gewitter, durch ein Tief welches zur Auflösung der Inversion führt etc.

    Die Geschwindigkeit der Aufwinde lässt sich ganz einfach aus dem CAPE Wert berechnen. Dazu zieht man die Quadratwurzel aus dem verdoppelten CAPE Wert und erhält die Geschwindigkeit des Aufwindes in m/s². Hohes CAPE liefert damit auch einen Anhaltspunkt auf großen Hagel, denn je stärker der Aufwind, desto größerer Hagel kann gehalten werden.

    Auf der folgenden Karte sieht man das CAPE und den LI. Dort wird noch einmal der Zusammenhang zwischen LI und CAPE sichtbar. Je mehr Labilität desto mehr CAPE.

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