Page - 10 - in Änderung des Gewitter- und Hagelpotentials im Klimawandel

2TheoretischerHintergrundundphysikalischeKonzepte KlassischeTheorieeinesgehobenenLuftpakets Die Theorie eines gehobenen Luftpakets (engl. Lifted Parcel Theory) beschreibt das theoretische Konzept der Vertikalbewegung und der damit verbundenen Zustandsände- rungen eines Luftpakets in der Atmosphäre (z.B. Holton, 2004), die in der Realität je- doch viel komplexer sind. Um diese komplexeren Ansätze besser verstehen zu können, sind jedoch konzeptionelle einfache Modelle hilfreich. Die „Lifted Parcel“ Theorie fin- det beispielsweise bei der Berechnung hochreichender Feuchtkonvektion Anwendung, dadamit latenteoderpotentielle Instabilitäten inderAtmosphärebestimmtwerdenkön- nen(vgl.hierzuKap.2.1.3).BereitsBjerknes (1938)untersuchtdasVerhalteneinerauf- steigenden konvektiven Wolke unter der pseudoadiabatischen Annahme. Dabei gelten folgendeAnnahmen:DasLuftpaket ... – tauschtmitderUmgebungkeineMateriebzw.Wärmeaus (Adiabasie,δq=0), – hat immer den gleichen Druck wie seine Umgebung (IndexU) in derselben Höhe (quasistatischeBedingung, pP=pU), – steigtzuerstkomplett trockenadiabatischauf,bisseinZustandgesättigt ist.Danach wirdes feucht-bzw.pseudoadiabatischgehoben, – verliertbeimAufstiegseingesamteskondensiertesWasser,sodassGefrierprozesse nicht stattfinden. InderRealität sinddieseAnnahmenallerdingsnur inersterNäherunggültig.Beispiels- weise erfolgt der Aufstieg eines Luftpakets nie ohne Wechselwirkung mit der Umge- bung. Genauso können kleine dynamische Effekte das Druckfeld in dem fiktiven Vo- lumen ändern. Allerdings zeigten Heymsfield et al. (1978) bei einer Messkampagne in Colorado (USA) mitHilfevonFlugzeugmessungen, dassderAufstieg im zentralenBe- reich einer Cumulusnimbuswolke in der Regel sättigungsadiabatisch verläuft. Dies gilt sowohl fürdieTemperaturänderungenals auch fürdenWasserdampfgehalt. Während seinem Aufstieg durch die Troposphäre durchläuft ein Luftpaket folgende Prozesse: 1. Anfangs wird der Zustand eines Luftpakets durch die Zustandsvariablen Tempe- raturTB und Druck pB sowie durch die Feuchte (hier ausgedrückt durch den Tau- punktTd,B) amBodendefiniert. 2. Das Paket wird zunächst trockenadiabatisch bis zu einer bestimmten Höhe ge- hoben, ab der Sättigung eintritt. Mögliche Ursachen für die Hebung können so- wohl dynamischer (Fronten, Orografie) als auch thermischer Natur (Erwärmung 10