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Schwarzmeerwirbel (1) : Satellitenbild-Diagnose
geschrieben von: Wetterfuchs (IP-Adresse bekannt)
Datum: 31. Oktober 2005 10:46

DER SCHWARZMEERWIRBEL VON ENDE SEPTEMBER UND KRITERIEN SEINER EINORDNUNG
Das, was Satellitenbilder zwischen dem 26.09. und 28.09.05 über dem Schwarzen Meer zeigten, verwunderte selbst die mit tropischen Wirbelstrukturen vertrauten Experten. Man hatte sich zwar daran gewöhnt, daß die diesjährige atlantische Hurricane-Saison mit ungewöhnlich vielen und extrem starken tropischen Wirbelstürmen („Katrina“, „Rita“, „Wilma“) aufwartete, aber wer glaubte schon daran, daß unweit der Küsten Portugals („Vince“) sowie im süd- und südosteuropäischen Bereich quasi-tropische Wirbel-Erscheinungen möglich wären? Es waren u.a. die beiden folgenden hochauflösenden Satellitenbilder - hier im Forum damals präsentiert - die für Erstaunen und manche Diskussion sorgten :
MODIS-Satbild 27.09.05 (gebracht von : Thomas Sävert) :

Meteor(?)-Bild 28.09.05 050.30 UTC (gebracht von : derLÜNEBURGERheide) :

Die Diskussion drehte sich hauptsächlich um die Frage : War es eine tropische Zyklone der Kategorie „tropischer Sturm“ (Tropical Storm), der höchsten Kategorie Hurricane oder sonst etwas ? Nach der Saffir-Simpson-Skala weisen tropische Stürme maximale Windgeschwindigkeiten („maximum sustained suface winds“) zwischen 34 und 63 Knoten, Hurricanes maximale Winde von >= 64 Knoten auf. Entsprechend unterschiedlich ausgeprägt sind die Kerndrucke der beiden tropischen Zyklonen. Aus der Sicht der Satelliten sind Hurricanes durch ein weitgehend wolkenfreies Auge inmitten eines hochreichenden und dichten, rotierenden und gleichzeitig von Konvektion durchsetzten Wolkengebietes („Central Dense Overcast“, CDO) gekennzeichnet. Weiter außen führen spiralige Wolkenarme mit hochreichender Konvektion zum Zentrum hin. Tropische Stürme als Vorstadium der Hurricanes sind von einem weiten CDO noch ohne Auge und noch nicht so klaren Wirbelstrukturen der Wolken geprägt. Fehlt bei einem Endstadium einer tropischen Zyklone ein deutliches Auge mit CDO und dominieren in der Wirbelstruktur die konvektiven spiraligen Wolkenarme, so handelt es sich mehr um einen tropischen Sturm als um einen Hurricane. Weitere Unterscheidungsmerkmal sind : Beim Hurricane erscheint das tangentiale Windfeld stark konzentriert (Eye-Wall), bei einem tropischen Sturm breiter gestreut . Beiden tropischen Zyklonenformen gemeinsam ist ihr warmer Kern, mit stärkster Ausprägung jedoch bei den Hurricanes, und dort auch besonders in der Höhe vorhanden. Dies führt bei den Hurricanes zu dem typischen antizyklonalen „Outflow“ in der Höhe.
Kann man prinzipiell davon ausgehen, daß tropische Zyklonen, so wie vorstehend charakterisiert, auch in subtropischen Breiten existieren können? Bei den atlantischen Hurricanes wird als Voraussetzung eine Wasseroberflächentemperatur von mindesten 26°C bis 26.5°C angesehen, dazu kommt während ihrer frühen Lebensgeschichte eine fast fehlende vertikale Windscherung. Hohe Wassertemperatur und mangelnde vertikale Windschichtung begünstigen über einem größeren Gebiet die Bildung hochreichender Konvektion, die sich dann durch weitere Konvektionsschübe zunächst sehr langsam, später rascher in ein deutlich rotierendes System verwandelt. In den Subtropen findet man solche Bedingungen kaum, dennoch ist das gelegentliche Entstehen Hurricane-ähnlicher Wirbelstrukturen schon in der Vergangenheit belegt und diskutiert worden. Der vielleicht berühmteste Fall war der Mittelmeerwirbel vom 15./16.01.1995, beschrieben und analysiert von K.Emanuel in Advances in Geosciences, 2005 (http://www.copernicus.org/EGU/adgeo/2/adgeo-2-217.pdf).
Hier (aus anderer Quelle) das Satellitenbild von damals :

Es war vom Standpunkt des Satellitenbildes also alles für einen Hurricane vorhanden : Das Auge mit CDO und Eye-wall und die äußeren spiraligen Konvektionsbänder. K.Emanuel selbst sprach aber nur von „Hurricane-like“, zumal die synoptischen Bedingungen im Wirbel ein Cutoff-Low mit kalter Luft zeigten und selbstverständlich auch die Wassertemperaturen im Winter im Mittelmeerraum nicht 26°C erreichten. Man muß daher in den Subtropen von einer Form Hurricane-ähnlicher Erscheinungen ausgehen, die letzten Endes hybride, d.h. gemischte (tropische und extratropische) Eigenschaften aufweisen, und auch nicht streng die üblichen Entstehungsbedingungen voraussetzen wie bei den klassischen Hurricanes. In der amerikanischen Literatur spricht man daher in diesem Zusammenhang (im Gegensatz zu „Tropical Storms“) von „Subtropical Storms“, wenn ihre maximalen Mittelwinde 33 Knoten überschreiten. „Vince“ war im Prinzip ein solcher subtropischer Sturm, auch wenn er vom National Hurricane Center der USA offiziell zum Hurricane erklärt wurde.
In zwei Postings möchte ich vor dem Hintergrund der vorangegangenen Strukturdiskussion anhand meiner Daten-Archivierung das Schwarzmeer-Ereignis noch einmal aufrollen und näher beleuchten. In diesem ersten Posting geht es mir speziell um die Satellitenstrukturen, gewonnen aus Meteosatbild-Ausschnitten mit Hilfe des Java-MAP-Programms (DWD). Im zweiten Posting nutze ich dann die Daten des (neuen) LME-Modells des DWD zu einer genaueren Feld-Diagnose.
DER SCHWARZMEERWIRBEL IN DER METEOSAT-SATELLITENBILDDIAGNOSE
Aus Satellitenbild-Sicht spielte sich die Gesamtentwicklung des Schwarzmeerwirbels über 6 Tage ab, zwischen dem 24.09.05 und 29.09.05. Dieser lange Zyklus paßt durchaus in die Systematik tropisch-subtropischer Wirbelerscheinungen. Und auch bezüglich Strukturen entdeckt man vieles von dem, was oben angesprochen wurde.
SYNOPTIK
Die Wetterlage vom 24.09.05 zeigte am Boden über Rußland ein kräftiges Hoch, an dessen leicht zyklonaler Südflanke der Schwarzmeerraum lag :
Bodenanalyse (DWD) 24.09.05 12 UTC :

In den Folgetagen änderte sich an dieser Randlage zum russischen Hochs kaum etwas. In der Höhe (500 hPa) war der gesamte Ostraum Europas einschließlich dem Schwarzen Meer durch sehr geringe Druck- und Temperaturgegensätze gekennzeichnet :
GME-Analyse 500 hPa 24.09.05 12 UTC :

Ein ähnliches Bild bot auch 850 hPa mit Geopotential und Temperatur :
GME-Analyse 850 hPa 24.09.05 12 UTC :

SITUATION 24.09.05
Im Satellitenbildbereich spielte sich am 24.09.05 eine wichtige konvektive Vorentwicklung ab. Dies zeigen sehr schön die folgenden 4 Kombinationen IR-Sat + Synops (Meteosat, Java-MAP, DWD) der Termine 00, 06, 15 und 21 UTC :
Oben links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 24.09.05 00 UTC;
Oben rechts : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 24.09.05 06 UTC;
Unten links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 24.09.05 15 UTC;
Unten rechts : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 24.09.05 21 UTC;


Ein konvektiver Wolkencluster zog von der Türkei zum Schwarzen Meer und organisierte sich im Westteil des Schwarzen Meeres zu einem imposanten MCC (Mesoskaligen Konvektiven Komplex). Es geschah also etwas Ähnliches wie bei den atlantischen Hurricanes in deren Frühphase. Man kann über dem Schwarzen Meer wie beim Atlantik davon ausgehen, daß der Übergang der Wasserwärme in die Atmosphäre hinein entscheidend für die Genese des späteren Wirbels war. Dazu ein Blick auf die Wassertemperaturen :
LME-Analyse Wassertemperasturen 25.09.05 12 UTC :

Über dem Westen des Schwarzen Meeres herrschten damals Wassertemperaturen von 22°-23°C. Unter Berücksichtigung der 500- und 850 hPa-Temperaturen (etwa -14°C bzw. + 12°C) bedeutete dies eine feuchtlabile Schichtung. Die Wassertemperaturwerte reichten, um im reichlichen Maße latente Wärmeenergie vom Meer in die Atmosphäre zu bringen. Die im Zusammenhang mit den atlantischen Hurricanes meist genannten Grenzwerte von 26°C sind nicht zwingend für andere geographische Bereiche.
SITUATION 25.09.05
Am zweiten Tag der Entwicklung, dem 25.09.05, verwandelte sich die konvektive Wolkenstruktur über dem Schwarzen Meer, wobei langsam eine gewissen Verwirbelung zustandekam. Das MCC zerfiel und es bildeten sich mehrfach neue, nicht mehr ganz so große, voneinander getrennte Zellen. Zur Demonstration von Entwicklung und einsetzender Rotation der folgende IR-Sat-Loop im 3h-Rhythmus :
Loop IR-Satellitenbilder + Synops 25.09.05 im 3h-Rhythmus :

Oben links sind jeweils die UTC-Zeiten eingeblendet. Man erkennt im Loop, wie sich in der zweiten Tageshälfte ein Rotationszentrum über dem Westteil herausbildete.
SITUATION 26.09.05
Am 26.09.05 verdichtete sich dann diese Rotation und wurde rascher, hier gezeigt in einem Loop mit 2h-Intervall :
Loop IR-Satellitenbilder + Synops 26.09.05 im 2h-Rhythmus :

Nachdem bis zum 12 UTC-Termin weite Wolkenteile innerhalb der Zirkulation aus tiefen Wolken mit eingelagerten, hochreichenden konvektiven Zellen bestanden, kam es nach 16 UTC im Nordbereich zu einer neuen, jetzt sehr heftigen hochreichenden konvektiven „Injektion“ in das System mit deutlicher Kommastruktur zum Zentrum hin. Als Gegenstück dazu bildete sich an der Süd- und Ostflanke ein ebenfalls kommaförmiger Dry Slot ab.
SITUATION 27.09.05
Die neue Entwicklung bedeutete den Startpunkt für die Höhepunktphase des Schwarzmeerwirbels am 27.09.05 und frühen 28.09.05. Zur Dokumentation des Geschehens vom 27.09.05 zunächst wieder ein IR-Loop, jetzt mit einer zeitlichen Auflösung von 1h :
Loop IR-Satellitenbilder + Synops 27.09.05 im 1h-Rhythmus :

Wie man sieht, kristallisierte sich in den ersten 9 Stunden des Tages aus der frischen Kommastruktur eine deutliche Spiralstruktur heraus. Jetzt waren also die eingangs besprochenen klassischen Wirbelstrukturen eines tropisch-subtropischen Sturms vorhanden. Zwar schwächte sich die Geschlossenheit der Wolkenspirale nach 12 UTC zwischenzeitlich ab, um nach 18 UTC von innen her mit einer neuen mächtigen konvektiven Injektion aber wieder neu belebt zu werden. Die Zirkulation der Wolken bot das für tropisch-subtropische Wirbel vertraute Bild einer zyklonalen Rotation mit einem Rotationszentrum, das selbst eine kleine zyklonale Bahn ausführte.
Mit Blick auf die üblichen Strukturen tropischer Stürme und Hurricanes stellt sich hier noch die Frage nach einer möglichen antizyklonalen Zirkulation (Outflow) in der Höhe. Der IR-Loop gibt dazu Hinweise : An der äußeren West- bis Nordflanke bis etwa 18 UTC existierte offensichtlich eine antizyklonale Zirkulation. Bleibt die Frage übrig, ob es einen Ansatz von Auge, Eye-Wall oder sogar CDO gab. Im IR-Loop selbst findet man keinen schlüssigen Hinweis dafür. Deutlicher waren bei dieser Frage die Vis-Satellitenbilder, und zwar besonders im Zeitraum von 09 UTC bis 12 UTC. Nachfolgend die Gegenüberstellung von IR-Bild (links) und Vis-Bild (rechts) der Termine 09 UTC und 12 UTC :
Oben links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 27.09.05 09 UTC;
Oben rechts : Vis-Meteosat-Ausschnitt + Synops 27.09.05 09 UTC;
Unten links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 27.09.05 12 UTC;
Unten rechts : Vis-Meteosat-Ausschnitt + Synops 27.09.05 12 UTC;


Die beiden Vis-Bilder rechts beeindrucken in der Tat mit einem zentralen Auge, besonders zum 12 UTC-Zeitpunkt. Handelt es sich dabei aber um ein Auge, wie es die klassischen Hurricanes zeigen? Nach meiner Meinung nein. Was fehlt, das beweisen die links stehenden IR-Bilder, sind die hochreichenden Eye-Walls. Und somit kann es sich nur um eine relativ „seichte“ Version eines zentralen Auges handeln.
SITUATION 28.09.05
Der Schwarzmeerwirbel behielt, wie schon erwähnt, seine relativ gut organisierte Form auch noch während der ersten Stunden des 28.09.05 bei. Der Wirbel blieb dabei weitgehend stationär mit nur kleinen Orts-Abweichungen. Zur Veranschaulichung erst wieder ein IR-Loop, in diesem Fall bis 12 UTC in 1h-Schritten, danach in 2h-Schritten :
Loop IR-Satellitenbilder + Synops 28.09.05 im 1h-2h-Rhythmus :

Die ersten Stunden zeigten strukturell noch deutlich die kommaförmige Situation der starken konvektiven Injektion vom Ende des Vortages. Zwischen 02 UTC und 04 UTC wurde vorübergehend selbst im IR ein deutliches Auge sichtbar. Die anschließende spiralige Struktur verlor mit der Zeit aber ihre klaren Konturen. Dafür bildeten sich nahe der Nordküste der Türkei deutlich vom Wirbel abgesetzt neue konvektive Zellen. Im Wirbel selbst konnte man jetzt praktisch keine konvektive Injektion mehr beobachten. Anders als am Vortag fehlte auch eine antizyklonale Outflow-Zirkulation in der Höhe. Daß die Wirbelstrukturen im Tagesverlauf in der Tat schwächer wurden, macht auch wieder ein Vergleich von IR- und Vis-Bild von 09 UTC und 12 UTC klar :
Oben links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 28.09.05 09 UTC;
Oben rechts : Vis-Meteosat-Ausschnitt + Synops 28.09.05 09 UTC;
Unten links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 28.09.05 12 UTC;
Unten rechts : Vis-Meteosat-Ausschnitt + Synops 28.09.05 12 UTC;


Man sieht : Das Wolkenfeld wirkte jetzt im Vis-Bild sehr flächig ohne definiertes Wirbelzentrum.
SITUATION 29.09.05
Am 29.09.05 kam das endgültige Ende des Wirbels. Dabei lag der Wirbel in der ersten Tageshälfte noch über dem Südwesten des Schwarzen Meeres. Er verlagerte sich dann relativ rasch südsüdostwärts auf das türkische Festland, ohne bei den dortigen synoptischen Stationen noch rotatorische Windstrukturen zu erzeugen :
Oben links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 00 UTC;
Oben rechts : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 06 UTC;
Unten links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 12 UTC;
Unten rechts : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 18 UTC;


Auch hier noch einmal der Vergleich von IR und Vis, und zwar für 12 UTC :
Links : IR-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 12 UTC;
Rechts : Vis-Meteosat-Ausschnitt + Synops 29.09.05 12 UTC;

RESUME‘ DER SATELLITENBILD-BETRACHTUNG
- Der Schwarzmeerwirbel hatte seinen Ursprung in einem am 24.09.05 über dem Schwarzen Meer herausgebildeten Mesoskaligen Konvektiven Komplex (MCC).
- In einer fast 2-tägigen Vorbereitungsphase mit wiederholter konvektiver Umgestaltung bildeten sich nach und nach zirkulierende Strukturen.
- Sie verdichteten sich am späten 26.09.05 nach einer zentrums-nahen neuen und starken konvektiven Injektion. Solche Injektionen waren auch nachfolgend noch bedeutsam.
- Am 27.09.05 zeigten sich der Höhepunkt der Entwicklung mit klassischen Rotationsstrukturen und spiraligen, konvektiven Wolkenbändern, zeitweise auch mit einem flachen inneren Auge. In der Höhe war im West- bis Nordsektor ein antizyklonaler Outflow zu erkennen.
- Die ausgeprägten Strukturen hielten sich bis in die ersten Stunden des 28.09.05 hinein, um dann aber deutlich schwächer zu werden.
- Am 29.09.05 bewegte sich der inzwischen passive Wirbel auf das türkische Festland und verlor dort seine Identität.
Die hier geschilderten Satellitenbild-Merkmale des Schwarzmeer-Wirbels sprechen für die damalige Existenz eines echten „subtropischen Sturm“ („Subtropical Storm“), weniger für einen echten Hurricane. Wegen fehlender synoptischer Meßdaten (Wind) über dem Wasser ist eine endgültige Aussage aber erschwert. Im nachfolgenden Posting soll daher anhand von Modelldaten des neuen LME (DWD) versucht werden, noch etwas mehr Licht in die Unsicherheit der Wirbelidentität zu werfen.
Wetterfuchs



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