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Convective Available Potential Energy CAPE also die für Konvektion potentiell zur Verfügung stehende Energie oder auf De

Convective Available Potential Energy

Convective Available Potential Energy (CAPE) also die „für Konvektion potentiell zur Verfügung stehende Energie“ oder auf Deutsch Labilitätsenergie ist ein Maß für die Spezifische Energie in Luftmassen. Sie wird daher in J/kg (Joule pro Kilogramm) angegeben und dient in der Meteorologie zur Abschätzung von Gewitterpotentialen.

Kontext Bearbeiten

Die in einer bestimmten Luftmasse (einem Luftpaket) für die vertikale Bewegung der Luft (Konvektion genannt) zur Verfügung stehende Energie steht in direktem Zusammenhang mit der maximal möglichen Geschwindigkeit der vertikalen Luftmassenbewegung. Der CAPE-Wert zeigt also an, wie viel Auftrieb ein Luftpaket erhalten kann. Er ist umso größer, je wärmer das aufsteigende Luftpaket im Vergleich zur jeweiligen Umgebungsluft ist oder je höher der bodennahe Wasserdampfgehalt des Luftpakets ursprünglich war.

Je schneller und höher eine feuchtwarme Luftmasse aufsteigen kann, desto größere Gewitterwolken (Cumulonimbus genannt) bauen sich auf und desto heftiger würde ein daraus entstehendes Gewitter werden. Das Aufsteigen von Luftmasse(n) ist allerdings nur eine der drei Voraussetzungen für ein Gewitter. Die CAPE-Werte sind also nur relevant für die Vorhersage der Intensität von Gewittern, nicht jedoch für ihre Wahrscheinlichkeit. Erst in Verbindung mit weiteren Parametern wie z. B. CIN (Konvektionshemmung) oder EHI (Energy Helicity Index) kann eine vollständige und zuverlässige Gewitterprognose erstellt werden.

Ähnliche Parameter Bearbeiten

Der CAPE-Wert berücksichtigt über alle Höhenschichten hinweg die Instabilität der Troposphäre insgesamt und wird daher heute als zuverlässigster Indikator hierfür verwendet. CAPE hatte jedoch etliche Vorgänger, die jeweils unterschiedliche Höhenschichten und Parameter berücksichtigten.

Der Showalter-Index (SI) nutzte für Aussagen über die Stabilität der Schichtung in der Atmosphäre bereits 1953 die Temperaturdifferenz auf dem 500 hPa Druckniveau im Vergleich zu einem (errechneten) adiabatisch dorthin gehobenen Luftpaket aus der Höhenschicht mit 850 hPa (also rund 1.500 m).

Der Lifted Index (LI) berücksichtigte 1956 dann dieselbe Temperaturdifferenz in der Höhenschicht mit 500 hPa Luftdruck, ging beim (errechneten) adiabatisch dorthin gehobenen Luftpaket jedoch von 3000 ft Höhe (also rund 900 m) aus.

Der Boyden-Index (BI) wurde 1963 von dem britischen Meteorologen C. J. Boyden für Frontensysteme eingeführt, die über die Britischen Inseln zogen. Er basierte auf der Temperatur des 700 hPa Druckniveaus sowie der Höhendifferenz zur Schicht mit 1.000 hPa Luftdruck.

Der Konvektions-Index K-Index berücksichtigt auf drei Luftdruckschichten zwei Parameter. Bei 850 hPa und bei 700 hPa jeweils Temperatur und Taupunkt, bei 500 hPa dann nur die Temperatur.

Der Konvektiv-Index oder KO-Index nutzt auf vier Luftdruckschichten (1000 hPa, 850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) jeweils nur die pseudopotentielle Temperatur.

Berechnung Bearbeiten

CAPE und CIN in einem vereinfachten skewT-log(p)- Diagramm

Ermittelt wird der CAPE-Wert mit den von Radiosonden beim Aufsteigen kontinuierlich ermittelten Parametern Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, dem damit erstellten skewT-log(p)-Diagrammen oder der Formel

Hierin bedeuten

Beispiele Bearbeiten

CAPE-Werte vom 11. Juli 2023 am Hoch- und Oberrhein

CAPE-Werte unter 100 J/kg deuten auf flache Konvektion (zum Beispiel Quellbewölkung) hin, CAPE-Werte über 300 J/kg können für die Bildung von Schauern oder Gewittern bereits ausreichen. Ab etwa 1.000 J/kg könnten auch Hagelunwetter entstehen. Typische CAPE-Werte für ein heftiges Gewitter in Mitteleuropa liegen um 2.000 J/kg. Die höchsten in Mitteleuropa beobachteten CAPE-Werte liegen im Bereich um 5.000 J/kg. Wird bei einer solchen Ausgangslage Konvektion ausgelöst, können sich schwerwiegende Hagelunwetter mit großen Hagelkörnern etwa in Tennisballgröße bilden.

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Michael Hantel: Einführung Theoretische Meteorologie. Springer, Berlin / Heidelberg 2013.
  • Roger Graham Barry, Richard J. Chorley: Atmosphere, Weather and Climate. Routledge, 1998.
  • Stefan Emeis: Meteorologie in Stichworten. Borntraeger, Berlin / Stuttgart 2000, ISBN 978-3-443-03108-4.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Glossar auf diplomet.info
  2. Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde - Eine Einführung in die Meteorologie, S. 187, ISBN 3-540-20656-6, Springer-Verlag Berlin / Heidelberg, 2004
  3. F. Welzenbach auf wetteran.de
  4. Jeff Haby: A look at LI auf TheWeatherPrediction.com
  5. David O. Blanchard: Assessing the Vertical Distribution of Convective Available Potential Energy NOAA National Severe Storms Laboratory, 1998 (journals.ametsoc.org, PDF).
  6. A. K. Showalter: A Stability Index for Thunderstorm Forecasting. Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS), Vol. 34, Juni 1953
  7. Joseph G. Galway: The lifted index as a predictor of latent instability, Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS), Vol. 37, Dezember 1956, S. 528–529
  8. ↑ Volker Ermert (Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität zu Köln): Erklärungen zu Radiosondendiagrammen, Absatz 2: Stabilitätsindizes, (PDF-Datei; 57 kB); abgerufen am 31. Juli 2023
  9. KO-Index auf wetter3.de
  10. Marc Puskeiler: Radarbasierte Analyse der Hagelgefährdung in Deutschland, Institut für Meteorologie und Klimaforschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), S. 8–11, KIT Scientific Publishing, 2013, ISBN 978-3-7315-0028-5
  11. James R. Holton: Encyclopedia Of Atmospheric Sciences, S. 553, Academic Press, London / San Diego, 2003, ISBN 0-12-227090-8
  12. CAPE auf diplomet.info
  13. DWD Wetter- und Klimalexikon
  14. Meteorologische Fachbegriffe auf UnwetterZentrale.de
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
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Convective Available Potential Energy CAPE also die fur Konvektion potentiell zur Verfugung stehende Energie oder auf Deutsch Labilitatsenergie 1 2 ist ein Mass fur die Spezifische Energie in Luftmassen Sie wird daher in J kg Joule pro Kilogramm angegeben und dient in der Meteorologie zur Abschatzung von Gewitterpotentialen Inhaltsverzeichnis 1 Kontext 2 Ahnliche Parameter 3 Berechnung 4 Beispiele 5 Siehe auch 6 Literatur 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseKontext BearbeitenDie in einer bestimmten Luftmasse einem Luftpaket fur die vertikale Bewegung der Luft Konvektion genannt zur Verfugung stehende Energie steht in direktem Zusammenhang mit der maximal moglichen Geschwindigkeit der vertikalen Luftmassenbewegung Der CAPE Wert zeigt also an wie viel Auftrieb ein Luftpaket erhalten kann Er ist umso grosser je warmer das aufsteigende Luftpaket im Vergleich zur jeweiligen Umgebungsluft ist oder je hoher der bodennahe Wasserdampfgehalt des Luftpakets ursprunglich war Je schneller und hoher eine feuchtwarme Luftmasse aufsteigen kann desto grossere Gewitterwolken Cumulonimbus genannt bauen sich auf und desto heftiger wurde ein daraus entstehendes Gewitter werden Das Aufsteigen von Luftmasse n ist allerdings nur eine der drei Voraussetzungen fur ein Gewitter 3 Die CAPE Werte sind also nur relevant fur die Vorhersage der Intensitat von Gewittern nicht jedoch fur ihre Wahrscheinlichkeit Erst in Verbindung mit weiteren Parametern wie z B CIN Konvektionshemmung oder EHI Energy Helicity Index kann eine vollstandige und zuverlassige Gewitterprognose erstellt werden Ahnliche Parameter BearbeitenDer CAPE Wert berucksichtigt uber alle Hohenschichten hinweg die Instabilitat der Troposphare insgesamt und wird daher heute als zuverlassigster Indikator hierfur verwendet 4 5 CAPE hatte jedoch etliche Vorganger die jeweils unterschiedliche Hohenschichten und Parameter berucksichtigten Der Showalter Index SI 6 nutzte fur Aussagen uber die Stabilitat der Schichtung in der Atmosphare bereits 1953 die Temperaturdifferenz auf dem 500 hPa Druckniveau im Vergleich zu einem errechneten adiabatisch dorthin gehobenen Luftpaket aus der Hohenschicht mit 850 hPa also rund 1 500 m Der Lifted Index LI 7 berucksichtigte 1956 dann dieselbe Temperaturdifferenz in der Hohenschicht mit 500 hPa Luftdruck ging beim errechneten adiabatisch dorthin gehobenen Luftpaket jedoch von 3000 ft Hohe also rund 900 m aus Der Boyden Index BI wurde 1963 von dem britischen Meteorologen C J Boyden fur Frontensysteme eingefuhrt die uber die Britischen Inseln zogen Er basierte auf der Temperatur des 700 hPa Druckniveaus sowie der Hohendifferenz zur Schicht mit 1 000 hPa Luftdruck Der Konvektions Index K Index berucksichtigt auf drei Luftdruckschichten zwei Parameter Bei 850 hPa und bei 700 hPa jeweils Temperatur und Taupunkt bei 500 hPa dann nur die Temperatur 8 Der Konvektiv Index oder KO Index 9 8 nutzt auf vier Luftdruckschichten 1000 hPa 850 hPa 700 hPa 500 hPa jeweils nur die pseudopotentielle Temperatur Berechnung Bearbeiten nbsp CAPE und CIN in einem vereinfachten skewT log p DiagrammErmittelt wird der CAPE Wert mit den von Radiosonden beim Aufsteigen kontinuierlich ermittelten Parametern Temperatur Luftdruck Luftfeuchte dem damit erstellten skewT log p Diagrammen oder der Formel 10 11 C A P E z L F C z E L g T v p a r c e l T v e n v T v e n v d z displaystyle mathrm CAPE int z mathrm LFC z mathrm EL g left frac T mathrm v parcel T mathrm v env T mathrm v env right dz nbsp Hierin bedeuten z L F C displaystyle z mathrm LFC nbsp das level of free convection LFC oder auf Deutsch Niveau der freien Konvektion NFK z E L displaystyle z mathrm EL nbsp das equilibrium level EL oder neutral buoyancy LNB oder auf Deutsch das Gleichgewichtsniveau 12 g displaystyle g nbsp die Normfallbeschleunigung T v p a r c e l displaystyle T mathrm v parcel nbsp die virtuelle Temperatur des betrachteten Luftpakets T v e n v displaystyle T mathrm v env nbsp die virtuelle Temperatur der Umgebungsluft Beispiele Bearbeiten nbsp CAPE Werte vom 11 Juli 2023 am Hoch und OberrheinCAPE Werte unter 100 J kg deuten auf flache Konvektion zum Beispiel Quellbewolkung hin CAPE Werte uber 300 J kg konnen fur die Bildung von Schauern oder Gewittern bereits ausreichen Ab etwa 1 000 J kg konnten auch Hagelunwetter entstehen Typische CAPE Werte fur ein heftiges Gewitter in Mitteleuropa liegen um 2 000 J kg Die hochsten in Mitteleuropa beobachteten CAPE Werte liegen im Bereich um 5 000 J kg Wird bei einer solchen Ausgangslage Konvektion ausgelost konnen sich schwerwiegende Hagelunwetter mit grossen Hagelkornern etwa in Tennisballgrosse bilden 13 14 Siehe auch BearbeitenKonvektionshemmung CIN SchichtungsstabilitatLiteratur BearbeitenMichael Hantel Einfuhrung Theoretische Meteorologie Springer Berlin Heidelberg 2013 Roger Graham Barry Richard J Chorley Atmosphere Weather and Climate Routledge 1998 Stefan Emeis Meteorologie in Stichworten Borntraeger Berlin Stuttgart 2000 ISBN 978 3 443 03108 4 Weblinks Bearbeitenwetterlexikon eu Das Wetter und Klimalexikon des DWD glossary ametsoc org Glossar der American Meteorological Society AMS forecast weather gov Glossar der National Oceanic and Atmospheric Administration NOAA Stability Indices auf weather cod edu CAPE Layer Visualisierung auf earth nullschool netEinzelnachweise Bearbeiten Glossar auf diplomet info Helmut Kraus Die Atmosphare der Erde Eine Einfuhrung in die Meteorologie S 187 ISBN 3 540 20656 6 Springer Verlag Berlin Heidelberg 2004 F Welzenbach auf wetteran de Jeff Haby A look at LI auf TheWeatherPrediction com David O Blanchard Assessing the Vertical Distribution of Convective Available Potential Energy NOAA National Severe Storms Laboratory 1998 journals ametsoc org PDF A K Showalter A Stability Index for Thunderstorm Forecasting Bulletin of the American Meteorological Society BAMS Vol 34 Juni 1953 Joseph G Galway The lifted index as a predictor of latent instability Bulletin of the American Meteorological Society BAMS Vol 37 Dezember 1956 S 528 529 a b Volker Ermert Institut fur Geophysik und Meteorologie Universitat zu Koln Erklarungen zu Radiosondendiagrammen Absatz 2 Stabilitatsindizes PDF Datei 57 kB abgerufen am 31 Juli 2023 KO Index auf wetter3 de Marc Puskeiler Radarbasierte Analyse der Hagelgefahrdung in Deutschland Institut fur Meteorologie und Klimaforschung am Karlsruher Institut fur Technologie KIT S 8 11 KIT Scientific Publishing 2013 ISBN 978 3 7315 0028 5 James R Holton Encyclopedia Of Atmospheric Sciences S 553 Academic Press London San Diego 2003 ISBN 0 12 227090 8 CAPE auf diplomet info DWD Wetter und Klimalexikon Meteorologische Fachbegriffe auf UnwetterZentrale de Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Convective Available Potential Energy amp oldid 236084242