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Luftmassen
geschrieben von: Marc aus Kierspe (Westliches Sauerlan (IP-Adresse bekannt)
Datum: 01. Juli 2013 18:19

Atmosphärische Grundstruktur: Luftmassen

Grundlegendes

Die Troposphäre umzieht die Erde nicht mit einer eintönigen Decke aus Luft, sondern aus vielen verschiedenen und voneinander abgegrenzten Luftpaketen. Diese verschiedenen Luftmassen müssen drei Kriterien erfüllen, um als solche Luftmasse definiert zu werden. Es gibt jedoch durchaus verschiedene Defintionen: Die Luftmasse muss sehr großräumig sein, d.h. ein Durchmesser von mehr als 1.600 Kilometern und eine Höhe von mehreren Kilometern aufweisen können. In ihrer horizontalen Erstreckung muss die Luftmasse gleichmäßige physikalische Eigenschaften aufweisen. Das bedeutet, dass wohl die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit als auch der Luftdruck in jeder Höhenstufe der Luftmasse auf ganzer Fläche homogen (gleichmäßig) sein sollte. Das dritte Merkmal ist die Abgrenzbarkeit einer Luftmasse gegenüber einer anderen Luftmasse. Die Luftmasse muss als kompakte Einheit in der Atmosphäre wandern oder liegen. Durch Lageveränderungen müssen die ursprünglichen Eigenschaften der jeweiligen Luftmasse erhalten bleiben (vergl. MCKNIGHT und HESS, 2009). Die Abgrenzung zwischen Luftmassen erfolgt in der Regel durch Frontensysteme (z.B. Polarfront). Nach MALBERG (2007) wird eine Luftmasse als solche definiert, wenn die horizontale Ausdehnung über 500 Kilometer beträgt, mindestens eine vertikale Erstreckung von 1000 Metern erreicht und die horizontale Temperaturänderung auf 100km kleiner als 1K ist. Die Definition nach MALBERG erscheint mir selber schlüssiger, gerade in Bezug auf Mitteleuropa.

Die Ausprägung der Eigenschaften einer Luftmasse entsteht, wenn diese genügend lange über einer gleichförmigen Fläche liegt (Land- oder Meeresflächen), so dass bestimmte Merkmale wie die Temperatur ausgebildet werden können. Ideal für die Entstehung von Luftmassen sind Antizyklone (Hochdruckgebiete), da hier die Luft relativ stabil geschichtet ist. Im Bereich von Zyklonen können sich durch das ständige Bestreben der Luft aufzusteigen kaum richtige Luftmassen entwickeln. Ideale Gebiete für die Entstehung von bestimmten Luftmassen sind beispielsweise der Atlantik oder auch die Wüstengebiete Nordafrikas, wo heiße Luftmassen nach Mitteleuropa transportiert werden können. Die Gebiete, in denen die Luftmasse entsteht, werden als „Quellgebiete“ bezeichnet. Überwiegend geht man derzeit davon aus, dass sich Luftmassen besonders in den hohen und niedrigen Breitengeraden entwickeln können. In der dazwischen liegenden lebhaften Westwindzone wird eine stabile Luftmassenbildung verhindert oder zumindest stark erschwert. Nach MALBERG (2007) spielt besonders auch der Strahlungshaushalt im Entstehungsgebiet der Luftmasse eine wichtige Rolle, denn in den Tropen entstehen andere Luftmassen als beispielsweise in den polaren Gebieten. Luftmassen über dem Meer sind feuchter als Luftmassen über Landflächen, über schneebedeckten oder vereisten Regionen kälter als über der Wüste oder Meeresflächen.


Klassifikation von Luftmassen

In welche Kategorie eine Luftmasse klassifiziert wird, hängt hauptsächlich von dem bereits angesprochenen Quellgebiet der Luftmasse ab. Entsteht die Luftmasse über Land, ist diese für gewöhnlich trocken und warm. Hat sie ihren Ursprung über den Meeresgebieten, weisen diese Luftmassen häufig einen feuchten und kühlen Charakter auf. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen sechs verschiedenen Herkunftsregionen:

Arktisch/Antarktisch (Codierung: A)
Beim Quellgebiet handelt es sich um die Antarktis, den arktischen Ozean oder arktische Randgebiete wie Grönland. Die Luftmassen sind sehr kalt, trocken und meist stabil. Die Einstrahlung ist insgesamt gering, die Ausstrahlung (hohe Albedowerte) groß. So ist ein Aufwärmen der Landmassen kaum möglich.

Kontinental-polar (Codierung: cP)
Diese Luftmasse findet ihren Ursprung im Grenzgebiet zwischen Europa und Asien sowie in Nordamerika und in den hohen Breiten Asiens. Diese Luftmassen sind durch ihre kontinentale Prägung ebenfalls überwiegend kalt, trocken und sehr stabil. Zeitweise sind diese Flächen im Winter schneebedeckt, in den subpolaren Gebieten ist die Strahlungsbilanz insgesamt negativ.

Maritim-polar (Codierung: mP)
Eine häufige Luftmasse, die bei uns in Deutschland auftritt. Sie entsteht über den Meeresgebieten im Bereich zwischen dem 50° nördlicher Breite und 60° nördlicher Breite. Die Luftmassen sind feucht-kalt sowie instabil geschichtet ('Islandtief')

Kontinental-tropisch (Codierung: cT)
Wenn sich in den Sommermonaten kurzzeitig sehr heiße Luft auf den Weg nach Deutschland macht (wie am 19.08.2012 oder am 19.06.2013), stammt diese meist aus dem Norden Afrikas. Die heiße Wüstenluft ist sehr trocken und durch die große Hitze instabil. Herkunftsort sind die niedrigen Breiten (Subtropischer Hochdruckgürtel). Über dem Festland weisen die Subtropen sowohl eine hohe Ein- als auch eine hohe Ausstrahlung auf. Für die Entstehungsgebiete in den Subtropen sind die Bedingungen durch die großen Wasser- bzw. Landflächen sowie den geringen Luftdruckgegensätzen ideal.

Äquatorial (Codierung: E)
Eine in Mitteleuropa quasi nicht vorhandene Luftmasse, die ihren Ursprung in den äquatornahen Regionen hat. Sie ist äußert feucht, instabil und tropisch warm bis heiß. Die Luftdruckgegensätze in der äquatorialen Tiefdruckrinne sind nur gering, die Einstrahlung ist durch die großen warmen Meeresflächen deutlich höher als die Ausstrahlung.


Bewegung von Luftmassen

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Abbildung 1: Verlagerung heißer Luftmassen aus dem Norden Afrikas nach Mitteleuropa

Wandert eine Luftmasse aus ihrem Quellgebiet in eine neue Region, so kommt es unweigerlich zu einer Veränderung der Struktur und möglicherweise auch zu einer Erwärmung oder Abkühlung der Luftmasse, vollkommen Abhängig von Quell- und Zielgebiet der Luftmasse. Durch die Wanderung der Luftmasse in eine neue Region nimmt die Luftmasse die Eigenschaften aus dem Quellgebiet mit. Ein Ausbruch heißer Luft aus Nordafrika (Codierung: cTs), häufig durch ein kräftiges Tief vor der Iberischen Halbinsel initiiert, verlässt das Quellgebiet mit Bodentemperaturen von bis zu 45°C und Temperaturen von rund 30°C im 850 hPa-Druckniveau (etwa 1500 Meter über dem Erdboden; Abbildung 1). Auf dem Weg nach Norden kühlt sich die Luftmasse ab und erreicht in Frankreich noch bis zu 39°C am Boden und in Deutschland bis zu 36°C (Abbildung 2). Über Dänemark angekommen, hat sich die Temperatur am Boden auf 28°C abgekühlt und in der für Vergleiche sinnvolleren Temperatur auf dem 850 hPa Druckniveau von etwa 30°C auf 15°C halbiert. Je weiter nach Norden die Luftmasse vorankommt, desto mehr kühlt diese sich ab. Sie kühlt sich zwar ab, bringt aber für die nördlicheren Regionen gleichzeitig die wärmsten möglichen Luftmassen mit. Es folgt eine Modifikation der Luftmasse auf dem Weg von der Wüste nach Norden und beeinflusst dabei die betroffenen Gebiete maßgeblich. Gleicher Vorgang lässt sich auch auf winterliche Kaltluftausbrüche aus den arktischen Regionen übertragen (Luftmassen mPA oder cPA).

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Abbildung 2: Höchsttemperaturen am 19.08.2012 über Europa; WetterOnline.de

Neben der Temperatur gibt es auf dem Weg der Luftmasse natürlich auch Änderungen anderer wichtiger Parameter wie der relativen Luftfeuchtigkeit (schon allein durch die Überwindung des Mittelmeers, um am Beispiel der oben beschrieben Wetterlage zu bleiben) oder der Stabilität der Luftmasse.


Luftmassen in Mitteleuropa


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Abbildung 3: Luftmassentypen im Einflussbereich von Deutschland, METEO NRW

In Europa ist es so, dass die vertikalen Gebirgszüge wie die Alpen oder die Pyrenäen im Gegensatz zum amerikanischen Kontinent massive Kaltlufteinbrüche aus dem Norden sowie das Vordringen heißer Luftmassen aus dem Süden in Richtung Norden unterbinden. Neben den bereits bekannten Luftmassencodes wurde die Klassifikation für Europa noch erweitert, so dass es weitere Luftmassenklassifikationen gibt, die auch in verschiedenen Formen in Deutschland vorkommen:

xA = Nordeuropäische Arktikluft
xP = Nordeuropäische Subpolarluft
xS = Südeuropäische Subtropikluft
cA = Nordsibirische Arktikluft
mA = Nordmeer-Arktikluft
xPs = Veralterte Subpolarluft
xSP = Westeuropäische Luft
xT = Tropikluft mit Ursprung im Mittelmeerraum
cS = Subtropikluft südosteuropäischen Ursprungs


Quellen
Malberg, H. (2007): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. 5.Auflage. Springer Verlag, Berlin
McKnight, T. und Hess, D. (2009): Physische Geographie. 9 Auflage. Pearson Studium, München





Da ich gerade für den Unterricht an Schulen etwas zum Thema Luftmassen geschrieben habe, hab ich es noch etwas erweitert und stelle es damit hier rein. Es ist absichtlich nicht hochwissenschaftlich/mathematisch/physikalisch verfasst, da die ursprüngliche Zielgruppe Leser unter 16 Jahre sind ;-) Daher habe ich auch auf mathematische Formeln und Gleichungen verzichtet (auch wg. eigener Unkenntnis in dieser Richtung). Ich bitte ausdrücklich um Diskussion. Falls Fehler auffallen, bitte bescheid geben. Kann gerne auch noch erweitert werden. Danke!

Viele Grüße
Marc

_________________________
Neuer Wohnort: Soest (99m)



2-mal bearbeitet. Zuletzt am 12.03.14 10:59.



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