Konvergenz

 

 

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Konvergenz

Konvergenz bezeichnet in der Meteorologie den Vorgang eines horizontalen Massenzuflusses von Luftteilchen in ein Gebiet relativ niedrigen Luftdrucks, also eines Tiefdruckgebietes. Der resultierende Massenberschu am Boden wird dabei zur Massenerhaltung durch kompensierendes Aufsteigen ausgeglichen. Die dabei auftretenden Winde strmen immer vom Ort des hheren zum Ort des niederen Druckes, d.h. vom Hoch zum Tief. Der Bereich, in dem die Konvergenzbewegung dieser Luftmassen auftritt, ist die Konvergenzzone und dessen Zentrum, welches durch den Ort des niedrigsten Luftdrucks gekennzeichnet ist, das Konvergenzzentrum. In der Nhe einer Konvergenzzone befindet sich daher immer ein Bereich hheren Luftdruckes. Den Gegensatz zur Konvergenz bildet das Auseinanderstrmen, die Divergenz (negative Konvergenz), bei der Luft z.B. in Hochdruckgebieten auseinanderfliet. Konvergenzzonen werden in Wetterkarten durch Konvergenzlinien gekennzeichnet, wie in der Abbildung rechts als weie Linien ersichtlich.

Die der Konvergenz zugrunde liegende Kraft ist die Gradientkraft, wobei zustzlich jedoch auch Corioliskraft, Bodenreibung und morphologisch bedingte Einflsse wie Tler und Berge eine Rolle spielen. 

Konvergenz

Konvergenzen bilden sich hufig infolge vorauseilender Hhenkaltluft in labilen sommerlichen Warmluftsektoren und kennzeichnen so die Achse der wrmsten Luft. Hufig kommt es dabei je nach Labilitt zu einer mehr oder weniger starken Konvektion mit Gewitterlinien (Squall Lines). Je nach Windscherung und Konvektion wandert die Konvergenz schneller als die nachfolgende Kaltfront. Die Bewegungsrichtung der konvergierenden Luftmassen wird durch eine Auswertung des Stromlinienfeldes ermittelt. Anders als bei Fronten sind Konvergenzen luftmasseninterne Phnomene ohne thermische Gegenstze der Luftmassen beiderseits der Linie. Kommt es zu einer Konvergenzpassage erfolgt deswegen auch in allen Hhen keine oder bei Gewittern sowie Schauern eine nur vorbergehende Temperaturnderung.

Im Bereich einer Konvergenz herrschen also Winde vor, die auf einen Bereich zustrmen. Die Luftmasse wird dabei zum Ausweichen, d.h. zum Aufstieg in die Hhe gezwungen. Damit setzt Hebung ein. Eine Konvergenz ergibt sich auch dann, wenn durch Wind und/oder Thermik mehr Luftmasse in einen Bereich hineinstrmt als abgefhrt werden kann. Auch das fhrt dann zur Hebung von Luftmassen. Sie kann durch orographische Hindenisse sogar noch verstrkt werden.

airplane.png

Beim Fliegen in den Alpen sind die Grate oberhalb der von der Sonne beschienen Hnge typische Konvergenzbereiche, die Tler typische Divergenzzonen, da die thermischen Hangbereiche mit ihren Aufwinden stndig bodennahe Warmluft aus dem Tal nachsaugen. Wenn dabei an den Hngen und ber den Graten infolge der Thermik (= Konvergenz am Boden) mehr Luftmasse abstrmt als aus dem Tal selbst nachgefhrt werden kann (= Divergenz in der Hhe), ensteht ein markanter Talwind, der zuweilen auch recht krftig und turbulent sein kann. Treffen im Gebirge verschiedene Talwindsysteme aufeinander, bildet sich dort ber dem Grat eine Konvergenzzone, in der oft breite, hohe und starke Aufwinde anzutreffen sind. Ist die konvergierende Luft besonders feucht, z.B. vor einer Front, bilden sich in Konvergenzbereichen hufig Gewitter. Eine Konvergenz kann daher sowohl Ursache als auch Wirkung von Labilitt sein.

Eine Ausnahme bildet die sog. Talkonvergenz, die unten unter dem Stichwort Umkehrthermik beschrieben wird.

Luftstrmungen

Konvergenzbereiche sind nicht an bestimmte Hhen gebunden. Dies zeigt sich exemplarisch an Hoch- bzw. Tiefdruckgebieten. So herrscht im Kern eines Tiefdruckgebietes eine bodennahe Konvergenz vor, weil die Luft bodennah ins Tief hinein strmt, whrend diese zugleich in groer Hhe (Tropopause) wieder herausgefhrt wird, so da sich hier ein Hhenhoch bildet. Hierdie  vom Kernbereich des Tiefs  weg. Dies fhrt zur Hhendivergenz, d.h. die Luft bewegt sich zu Bereichen mit tieferem Luftdruck. Im Hochdruckgebiet ist es genau umgekehrt. Whrend bodennah Divergenz herrscht, findet in der Hhe Konvergenz statt.

Hoch

Hochdruckgebiet: Am Boden Divergenz, in der Hhe Konvergenz
    = Die Luft strmt bodennah aus dem Kern zu den Seiten hin ab
Tiefdruckgebiet: Am Boden Konvergenz, in der Hhe Divergenz
    = Die Luft strmt bodennah in den Kern hinein.
Die Luft in einer Antizyklone entfernt sich also vom Zentrum, nhert sich aber dem Zentrum der Zyklone.

Damit ist das System dieser Luftmassenzirkulation geschlossen und was im Kleinen funktioniert, das funktioniert auch im Groen: die Zirkulation der Luftmassen.

Auch andere Vorgnge knnen Folge von Konvergenzerscheinungen sein oder gleichzeitig mit ihr auftreten oder sie berlagern, beispielsweise:

  • Jede horizontale Konvergenz fhrt aufgrund der Massenerhaltung zu Ab- oder Aufwinden.
  • Vertikale Luftbewegungen werden Konvektion genannt.
  • Horizontale Luftbewegungen ber dem Boden in Richtung hherer Temperatur werden als Advektion bezeichnet.
  • Wenn Luftmassen zur Erdoberflche absinken und dort auseinander flieen, spricht man von Divergenz.

In Bodenwetterkarten markiert ein Isobarentrog mit einem markanten zyklonalen Windsprung die Konvergenz. Den ersten Hinweis auf eine sich bildende Konvergenzlinie bietet ein beginnender Druckfall in einem langgestreckten Bereich, welcher sich von der Umgebung deutlich abhebt. Als typische Wettererscheinungen machen sich Schauer und/oder Gewitter mit entsprechenden Ben bemerkbar. Whrend der Luftdruck vor der Konvergenzlinie zurckgeht, steigt er dahinter vorbergehend u.U. sogar krftig an, bevor er oftmals spter den vorherigen Wert wieder erreicht.

 

 

Konvergenzarten

Folgende Arten der horizontalen Konvergenz nehmen in der Meteorologie eine besondere Stellung ein:

ITCZ

Die innertropische Konvergenzzone (ITCZ, engl.: Intertropical Convergence Zone) oder quatoriale Tiefdruckrinne ist die am 훢uator um den ganzen Erdball verlaufende Zone tiefen Drucks, in der die Passatwinde der Nord- und der Sdhalbkugel zusammenstrmen, d.h. konvergieren. Sie ist die bestndigste und grorumigste troposphrische Konvergenz.

quatoriale Tiefdruckrinne

Frontalzonen

In den Frontalzonen der gem癌igten Breiten entstehen in den Trog-Rckensystemen der Rossby-Wellen markante Strmungsmuster mit starker horizontaler Divergenz und Konvergenz von Luftmassen. Sie erzeugen neben anderen strmungsbedingten Hebungsantrieben Vertikalbewegungen der Luft, nmlich Aufsteigen an der Trogvorderseite und Absinken an der Trogrckseite. Dadurch werden Drucknderungen am Boden ausgelst, die zur Entwicklung von Tief- und Hochdruckgebieten fhren.

Rossbywellen

Fronten

Als Luftmassengrenze zwischen kalter und warmer Luft sind Fronten stets Bereiche erhhter horizontaler Konvergenz in der unteren und mittleren Troposphre. Sie erzeugen oder verstrken grorumige Hebungsprozesse mit den damit verbundenen Wettererscheinungen (Wolkenbildung, Niederschlag, Ben usw.). Es wird zwischen Kalt- und Warmfronten sowie Okklusionsfronten unterschieden. Sie unterscheiden sich dadurch, da im ersten Fall die Kaltluftmasse in Richtung der Warmluftmasse vorst秤t, sich unter diese schiebt und die warme Luft dadurch zum Aufsteigen zwingt. Bei der Warmfront Fall schiebt sich die Warmluftmasse ber die schwerere Kaltluftmasse und steigt dabei auf. Im dritten Fall der Okklusion hat eine Kaltfront die vorauslaufende Warmfront eingeholt und zwingt die dazwischen liegen wrmere Luft zum Aufsteigen. Es werden auerdem noch stationre und dynamische Fronten unterschieden. Kennzeichen einer Front ist die Konvergenz, worunter das Zusammenflieen der Luftmassen in Bodennhe verstanden wird. Fronten knnen durch die jeweils typischen Wolkenformationen gut erkannt und beobachtet werden.

 

Kaltfront

Konvergenzlinien

Konvergenzlinien sind Bereiche zusammenflieender Luft in Bodennhe. Eine Konvergenzlinie l癌t sich auf Wetterkarten durch eine Analyse des Stromlinienfeldes identifizieren. So laufen bei einer Konvergenzlinie die horizontalen Stromlinien entlang dieser Linie oder Zone (Konvergenzzone) zusammen. Der aus diesem Zusammenstrmen entstandene "Luftberschu" wird durch entsprechende Vertikalwinde wieder abgebaut.

Liegt die Konvergenzlinie auf Bodenniveau, werden darber verstrkt Aufwinde auftreten, die z.B. im Sommer im Einflubereich eines Hitzetiefs zu jeder Tageszeit ganze Gewitterlinien auslsen knnen.

Konvergenzlinien sind darberhinaus typische Erscheinungen in den inneren Tropen. Hier ist vor allem die innertropische Konvergenzzone (ITCZ) zu nennen.

Die geografischen Gegebenheiten im Zentrum Spaniens lassen in den Monaten Juli und August fast tglich Konvergenzen ber dem Gebirge der Guadarrama entstehen. Segelflieger knnen so fast ausschlielich im Geradeausflug groe Strecken mit atemberaubenden Schnittgeschwindigkeiten zu fliegen. Streckenflge von 1.200 km sind dann keine Seltenheit. Der Flugplatz von Fuentemilanos bei Segovia ist dafr der ideale Ausgangspunkt.

  Konvergenzlinie

Land-Seewind-Zirkulation

Die See-Land-Brise entsteht tagsber durch die schnellere Aufheizung des Festlandes gegenber der See, was zu einem Ausgleichswind von der See zum Land fhrt. Nachts kehrt sich dieser Effekt um. Insbesondere die landeinwrts wehenden Seewinde erzeugen beim Auftreffen auf Land eine Zone mit Geschwindigkeits- und infolge der pltzlich zunehmenden Reibung - Richtungskonvergenz, die zu verstrkter Cu-Bildung mit gelegentlichen Regenschauern fhrt. Diese auch als Seewindfront bezeichnete Cu-Wolken-Linie ist im Sommer auf Satellitenbildern gut zu erkennen und ein deutlicher Hinweis auf lokale Land-Seewind-Zirkulationen.

 

Land-/Seebrise

Kstenkonvergenz

Neben der Land-Seewind-Zirkulation begegnet uns an den Ksten ein weiterer Effekt: Die Kstenkonvergenz bzw. -divergenz. Die Oberflchenreibung nimmt von See zum Land hin sprunghaft zu. Diese pltzliche 훞derung der Reibungskraft erzeugt zustzliche Windkomponenten, die 훞derungen der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit bewirken. Die konkrete Ausbildung dieser Effekte ist abhngig vom Kstenverlauf, von der Windrichtung, ob der Wind also auflandig oder ablandig weht, und von der Lage des Druckfeldes (tieferer Druck ber Land oder Wasser) ab. Dabei erfolgt die Anpassung der Windgeschwindigkeit an genderte Oberflchenrauhigkeit erheblich schneller als die der Windrichtung.

 

Kstenkonvergenz

"Umkehrthermik"

Umkehrthermik

Eine Unterart der Konvergenz kann gelegentlich bei abendlichen Segelflgen angetroffen werden. Obwohl die Sonne lngst keine Hnge mehr bestrahlt, dort also kein thermisches Steigen mehr herrscht, findet man mitunter mitten im Tal ein sanftes Steigen. Khle Hangabwinde strmen in Talmitte zusammen und bewirken die Hebung der wrmeren Luftmasse im Tal. Besonders ergiebig ist diese "Umkehrthermik" dann, wenn das Talwindsystem lange anhlt und damit der normalerweise schon kurz nach Sonnenuntergang im Tal einsetzende abendliche bzw. nchtliche Bergwind erst verzgert einsetzt. Deswegen ist die "Umkehrthermik" auch nur bei relativ ruhiger Windbewegung bzw. Windstille anzutreffen. Schon so manchem hat diese "Umkehrthermik" noch zum Heimflug verholfen. Manchmal kann diese Erscheinung, die im Grunde nur eine Form lokaler Konvergenz darstellt, auch zur Auslsung von nchtlichen Schauern oder Gewittern fhren, wenn die Luftmasse hinreichend labil und sehr feucht ist.

 

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