M8 Tageszyklus

Thema

Der Tagesgang ist die periodische, 24-stündige Schwankung atmosphärischer Variablen, die durch die unterschiedliche Sonneneinstrahlung zwischen Tag und Nacht verursacht wird. Er ist die regelmäßigste und am besten vorhersagbare Kraft im gesamten atmosphärischen System. Genau diese Regelmäßigkeit bewirkt, dass der Tagesgang über Kontinenten eine deutlich größere Amplitude aufweist als über Ozeanen, da sich Land viel schneller erwärmt und abkühlt als Wasser. Die Folgen dieses Tagesgangs betreffen die Konvektion, die atmosphärische Grenzschicht, die Atmosphärenchemie und den Wasserkreislauf. Konvektion und atmosphärische Grenzschicht zeigen jedoch am deutlichsten, wie dieser Tagesgang stündlich abläuft. Über tropischen Kontinenten erreicht der tägliche Konvektionszyklus sein Maximum am Nachmittag, zwischen 15:00 und 18:00 Uhr Ortszeit, genau dann, wenn auch die verfügbare Konvektionsenergie ihr tägliches Maximum erreicht. Dieses Zusammentreffen des Maximums der verfügbaren Konvektionsenergie mit den wärmsten Nachmittagsstunden führt dazu, dass sich die Konvektion über Land fast immer in diesem Zeitraum konzentriert. Über tropischen Ozeanen hingegen tritt die maximale Konvektion nicht am Nachmittag, sondern am frühen Morgen zwischen 3:00 und 6:00 Uhr Ortszeit auf. Der zugrundeliegende Mechanismus unterscheidet sich von dem über Land: Nachts verliert der obere Teil der Wolken durch Strahlungsabkühlung in den Weltraum Wärme. Diese Abkühlung der Wolkenobergrenzen erhöht die innere Instabilität der Wolke und löst so kurz vor Tagesanbruch Konvektion aus. Die mesoskaligen Konvektionssysteme, die sich über diesen Regionen bilden, lösen sich nicht immer mit Einbruch der Dunkelheit auf: Viele von ihnen breiten sich dank der Kombination ihrer eigenen Kaltluftmasse – der dichten Luft, die durch ihre bodennahen Abwinde zurückbleibt – mit dem nächtlichen Jetstream in Bodennähe, einer nach Sonnenuntergang stärker werdenden Windströmung, die ganze Nacht hindurch weiter aus. Es ist diese Kombination aus kalter Luftmasse und dem nächtlichen bodennahen Jetstream, die es diesen mesoskaligen Konvektionssystemen ermöglicht, auch lange nach Sonnenuntergang weiter vorzurücken und Regen zu erzeugen.

Der Tagesgang der atmosphärischen Grenzschicht ist innerhalb der gesamten mesoskaligen Meteorologie der am besten untersuchte Prozess: Im Morgengrauen erzeugt die Erwärmung der Oberfläche Turbulenzen, die die nächtliche Temperaturinversion auflösen und das Wachstum der konvektiven Grenzschicht bewirken. In der Abenddämmerung hingegen führt die Abkühlung der Oberfläche zur Ausbildung einer stabilen nächtlichen Grenzschicht. Innerhalb dieser stabilen nächtlichen Grenzschicht tritt der bereits erwähnte nächtliche bodennahe Jetstream wieder auf und erreicht Geschwindigkeiten zwischen 15 und 25 Metern pro Sekunde. Er ist sowohl für den Feuchtigkeitstransport als auch für die Aufrechterhaltung der von ihm abhängigen nächtlichen Konvektion von entscheidender Bedeutung.

Von der maximalen Konvektion über Kontinenten am Nachmittag und über Ozeanen am frühen Morgen bis hin zum nächtlichen Jetstream in Bodennähe, der von der atmosphärischen Grenzschicht selbst bei Sonnenuntergang erzeugt wird und die mesoskaligen Konvektionssysteme die ganze Nacht über speist, organisiert der Tagesgang letztendlich stündlich nahezu alles, was in der bodennahen Atmosphäre geschieht. Diese 24-Stunden-Regelmäßigkeit macht den Tagesgang von allen atmosphärischen Einflussfaktoren am einfachsten vorhersagbar und gleichzeitig zu einem derjenigen, die das Wetter, das wir täglich erleben, am stärksten prägen.

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