In diesem Abschnitt wird nun beispielhaft eine Wolke untersucht, die von um 11:00 Uhr UTC am 26. Mai 2009 bis 05:00 Uhr UTC am 27. Mai 2009 in Zentraleuropa verfolgt wurde. Vor allem am Abend des 26. Mai hat sie mit starken Regenfällen und Gewit-tern über Mitteleuropa für Unwetterwarnungen und Schäden gesorgt. In Abbildung 6.1 ist die Wolke um 16:00 Uhr UTC am 26. Mai abgebildet. Es sind in ihr deutlich im nörd-lichen und südnörd-lichen Teil kältere und hellere Regionen auszumachen, was auf erhöhte Konvektivität hindeutet. Die Wolke hat sich ostwärts bewegt und sich über Polen und Tschechien am Morgen des 27. Mai aufgelöst.
Als „clearsky“-Wert wurden jeweils Pixel aus dem Bereich vor der Wolkenfront gewählt.
In der oberen linken Grafik in Abbildung 6.2 ist die zeitliche Entwicklung der mittle-re Wolkenoberkantentemperatur für den bewölkten und unbewölkten Bemittle-reich der Sze-ne gezeigt. Die Kurve für die bewölkten Pixel zeigen eiSze-nen für diese Art von Wolken typischen Verlauf. Innerhalb kurzer Zeit fällt die mittlere Wolkenoberkantentemperatur extrem stark ab. Es wurden Temperaturen bis zu180 Kbeobachtet. Dies bedeutet phy-sikalisch, dass die Wolkenoberkante schnell in große Höhen steigt. Dies spricht wieder-um für eine große Menge an konvektiver Energie Convective Availeble Potential Energy (CAPE)). Die CAPE beschreibt der Energiemenge, die ein Luftteilchen besitzt, wenn es eine bestimmte Strecke vertikal durch die Atmosphäre transportiert wird. Mit anderen Worten gibt sie an, wie stark ein Luftpaket nur durch die Dichtedifferenz zur Umgebung
6.2 BESCHREIBUNG DERWOLKE 59
Abbildung 6.2:Die in Abschnitt 6.1 angegebenen physikalischen Eigenschaften als Zeitreihe während des gesamten Wolkenlebenszykluses der oben beschriebenen Wolke. Auf der X-Achse ist die Lokalzeit aufgetragen.
aufsteigen kann. und ist definiert durch:
CAPE= Zzn
z1
gTv,luftpacket−Tv,Umgebung
Tv,Umgebung dz (6.1)
Tvsteht in der Gleichung für die virtuelle Temperatur, jeweils für das Luftpacket und die Umgebung.
Während des Aufsteigens kommt es zu weiterer Kondensation des Wasserdampfes, wo-durch die Wolke weitere latente Energie erhält und sich weiter vergrößert. Diese kann allerdings zeitlich versetzt bzw. mit einer anderen Geschwindigkeit auftreten. Erreicht die Wolke ihre größte Höhe, stößt sie an die Tropopause und breitet sich horizontal aus.
Ist nicht mehr genügend Energie vorhanden, um den Auftrieb aufrecht zu halten, beginnt
die Wolke zu zerfallen. Dies geschieht oft durch Einbrechen aufgrund der fehlenden so-lare Heizung am Boden. Im weiteren Verlauf verdunstet die Wolke langsam aufgrund der Erwärmung mit dem Absinken und löst sich auf oder geht in eine flache Bewöl-kung über. Diese Entwicklung wird ebenfalls in der Standardabweichung der bewölkten Pixel in dem rechten Bild deutlich. Gerade am Anfang zeigt die Wolke eine relativ ho-he Standardabweichung, was bedeutet, dass es Gebiete gibt, in denen mehr konvektive Vorgänge sind als in anderen, in denen die Luft also stärker aufsteigt. Dieses Phänomen nimmt mit der Zeit ab und wenn die Wolke langsam an Höhe verliert, wird ihre Ober-kante homogener und die Standardabweichung nimmt ab.
Die Grafik C zeigt die Albedo der bewölkten und der unbewölkten Pixel. Was hier zu-erst ins Auge fällt, ist das Ansteigen der Albedo zur Dämmerung. Die Albedo wird nach folgender Gleichung berechnet:
α= Frefsw
Fsol, (6.2)
wobeiFsol, wie in 4.3.4 vorgestellt, berechnet wurde undFrefsw gemessen wurde. Im Falle der Dämmerung kann es nun dazu kommen, dass mehr Energie den Detektor erreicht, als die Atmosphäre. Dies führt zu einer Verringerung vonFsol,Fsol → 0, undαwird numerisch instabil. Die Albedo kann allerdings aufgrund der niedrigen solaren Einstrah-lung zu den Dämmerungszeiten gleich 1 gesetzt werden (Klüser (2006)). Ansonsten zeigt die Grafik die erwartet höhere Albedo für bewölkte Pixel. Auch nimmt die Albedo der Wolke mit der Abnahme der mittlere Wolkenoberkantentemperatur zu.
Ebenfalls sollte zum Verständnis der Wolkenentwicklung die bewölkte Fläche betrachtet werden (Grafik E). Hier ist zu sehen, dass sich die Wolke erst nach dem schnellen Aufstei-gen horizontal ausbreitet. Im FolAufstei-genden nimmt die Wolke eine Ambossform an, wenn sie an die Tropopause oder eine Inversionsschicht trifft. Ebenfalls sieht man das Verschmel-zen von Wolken um 19:45 UHR durch den steilen Anstieg der bewölkten Fläche und die darauf folgende Abnahme der Fläche, wenn die Wolke in kleinere Wolken übergeht oder sich am Rand auflöst. Diese Grafiken sind für den Wolkenlebenszyklus von Interesse. In dieser Arbeit wird allerdings mehr Wert auf den Wolkenstrahlungseffekt gelegt, der in den letzten drei Grafiken (F,G und H) gezeigt ist.
In der Grafik G des langwelligen Wolkenstrahlungseffekt sieht man die Abnahme der Wolkenoberkantentemperatur bzw. das Heben der Wolkenoberkante wieder. Man sieht hier den Wolkenzyklus wieder, in dem der langwellige Effekt innerhalb der ersten Stun-de stark zunimmt. Der kurzwellige Wolkenstrahlungseffekt (Grafik F) mit bis zu -475
W
m2 zeigt einen deutlichen Tagesgang. Er verstärkt sich ebenfalls in der ersten Stunde, was auch der Wolkenentwicklung zugesprochen werden kann und nicht nur an dem Ta-gesgang liegt. Gegen Abend nimmt der Effekt wieder entsprechend dem TaTa-gesgang ab.
Die Grafik H zeigt den Netto-Wolkenstrahlungseffekt für diese Wolke. Er wird tagsüber durch den kurzwelligen Effekt und nachts durch den langwelligen Effekt dominiert.