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 Massenüberschuß am Boden wird dabei zur Massenerhaltung durch kompensierendes Aufsteigen ausgeglichen. Die dabei auftretenden Winde strömen immer vom Ort des höheren 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 Nähe einer Konvergenzzone befindet sich daher immer ein Bereich höheren Luftdruckes. Den Gegensatz zur Konvergenz bildet das Auseinanderströmen, die Divergenz (negative Konvergenz), bei der Luft z.B. in Hochdruckgebieten auseinanderfließt. Konvergenzzonen werden in Wetterkarten durch Konvergenzlinien gekennzeichnet, wie in der Abbildung rechts als weiße Linien ersichtlich.

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

Konvergenz

Konvergenzen bilden sich häufig infolge vorauseilender Höhenkaltluft in labilen sommerlichen Warmluftsektoren und kennzeichnen so die Achse der wärmsten Luft. Häufig kommt es dabei je nach Labilität 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 Phänomene ohne thermische Gegensätze der Luftmassen beiderseits der Linie. Kommt es zu einer Konvergenzpassage erfolgt deswegen auch in allen Höhen keine oder bei Gewittern sowie Schauern eine nur vorübergehende Temperaturänderung.

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

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Beim Fliegen in den Alpen sind die Grate oberhalb der von der Sonne beschienen Hänge typische Konvergenzbereiche, die Täler typische Divergenzzonen, da die thermischen Hangbereiche mit ihren Aufwinden ständig bodennahe Warmluft aus dem Tal nachsaugen. Wenn dabei an den Hängen und über den Graten infolge der Thermik (= Konvergenz am Boden) mehr Luftmasse abströmt als aus dem Tal selbst nachgeführt werden kann (= Divergenz in der Höhe), ensteht ein markanter Talwind, der zuweilen auch recht kräftig und turbulent sein kann. Treffen im Gebirge verschiedene Talwindsysteme aufeinander, bildet sich dort über 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 häufig Gewitter. Eine Konvergenz kann daher sowohl Ursache als auch Wirkung von Labilität sein.

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

Luftströmungen

Konvergenzbereiche sind nicht an bestimmte Höhen 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 strömt, während diese zugleich in großer Höhe (Tropopause) wieder herausgeführt wird, so daß sich hier ein Höhenhoch bildet. Hierdie  vom Kernbereich des Tiefs  weg. Dies führt zur Höhendivergenz, d.h. die Luft bewegt sich zu Bereichen mit tieferem Luftdruck. Im Hochdruckgebiet ist es genau umgekehrt. Während bodennah Divergenz herrscht, findet in der Höhe Konvergenz statt.

Hoch

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

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

Auch andere Vorgänge können Folge von Konvergenzerscheinungen sein oder gleichzeitig mit ihr auftreten oder sie überlagern, beispielsweise:

  • Jede horizontale Konvergenz führt aufgrund der Massenerhaltung zu Ab- oder Aufwinden.
  • Vertikale Luftbewegungen werden Konvektion genannt.
  • Horizontale Luftbewegungen über dem Boden in Richtung höherer Temperatur werden als Advektion bezeichnet.
  • Wenn Luftmassen zur Erdoberfläche absinken und dort auseinander fließen, 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 Böen bemerkbar. Während der Luftdruck vor der Konvergenzlinie zurückgeht, steigt er dahinter vorübergehend u.U. sogar kräftig an, bevor er oftmals später 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 äquatoriale Tiefdruckrinne ist die am Äquator um den ganzen Erdball verlaufende Zone tiefen Drucks, in der die Passatwinde der Nord- und der Südhalbkugel zusammenströmen, d.h. konvergieren. Sie ist die beständigste und großräumigste troposphärische Konvergenz.

äquatoriale Tiefdruckrinne

Frontalzonen

In den Frontalzonen der gemäßigten Breiten entstehen in den Trog-Rückensystemen der Rossby-Wellen markante Strömungsmuster mit starker horizontaler Divergenz und Konvergenz von Luftmassen. Sie erzeugen – neben anderen strömungsbedingten Hebungsantrieben – Vertikalbewegungen der Luft, nämlich Aufsteigen an der Trogvorderseite und Absinken an der Trogrückseite. Dadurch werden Druckänderungen am Boden ausgelöst, die zur Entwicklung von Tief- und Hochdruckgebieten führen.

Rossbywellen

Fronten

Als Luftmassengrenze zwischen kalter und warmer Luft sind Fronten stets Bereiche erhöhter horizontaler Konvergenz in der unteren und mittleren Troposphäre. Sie erzeugen oder verstärken großräumige Hebungsprozesse mit den damit verbundenen Wettererscheinungen (Wolkenbildung, Niederschlag, Böen usw.). Es wird zwischen Kalt- und Warmfronten sowie Okklusionsfronten unterschieden. Sie unterscheiden sich dadurch, daß im ersten Fall die Kaltluftmasse in Richtung der Warmluftmasse vorstößt, sich unter diese schiebt und die warme Luft dadurch zum Aufsteigen zwingt. Bei der Warmfront Fall schiebt sich die Warmluftmasse über die schwerere Kaltluftmasse und steigt dabei auf. Im dritten Fall der Okklusion hat eine Kaltfront die vorauslaufende Warmfront eingeholt und zwingt die dazwischen liegen wärmere Luft zum Aufsteigen. Es werden außerdem noch stationäre und dynamische Fronten unterschieden. Kennzeichen einer Front ist die Konvergenz, worunter das Zusammenfließen der Luftmassen in Bodennähe verstanden wird. Fronten können durch die jeweils typischen Wolkenformationen gut erkannt und beobachtet werden.

 

Kaltfront

Konvergenzlinien

Konvergenzlinien sind Bereiche zusammenfließender Luft in Bodennähe. Eine Konvergenzlinie läßt 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 Zusammenströmen entstandene "Luftüberschuß" wird durch entsprechende Vertikalwinde wieder abgebaut.

Liegt die Konvergenzlinie auf Bodenniveau, werden darüber verstärkt Aufwinde auftreten, die z.B. im Sommer im Einflußbereich eines Hitzetiefs zu jeder Tageszeit ganze Gewitterlinien auslösen können.

Konvergenzlinien sind darüberhinaus 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 täglich Konvergenzen über dem Gebirge der Guadarrama entstehen. Segelflieger können so fast ausschließlich im Geradeausflug große Strecken mit atemberaubenden Schnittgeschwindigkeiten zu fliegen. Streckenflüge von 1.200 km sind dann keine Seltenheit. Der Flugplatz von Fuentemilanos bei Segovia ist dafür der ideale Ausgangspunkt.

  Konvergenzlinie

Land-Seewind-Zirkulation

Die See-Land-Brise entsteht tagsüber durch die schnellere Aufheizung des Festlandes gegenüber der See, was zu einem Ausgleichswind von der See zum Land führt. Nachts kehrt sich dieser Effekt um. Insbesondere die landeinwärts wehenden Seewinde erzeugen beim Auftreffen auf Land eine Zone mit Geschwindigkeits- und – infolge der plötzlich zunehmenden Reibung - Richtungskonvergenz, die zu verstärkter Cu-Bildung mit gelegentlichen Regenschauern führt. 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

Küstenkonvergenz

Neben der Land-Seewind-Zirkulation begegnet uns an den Küsten ein weiterer Effekt: Die Küstenkonvergenz bzw. -divergenz. Die Oberflächenreibung nimmt von See zum Land hin sprunghaft zu. Diese plötzliche Änderung der Reibungskraft erzeugt zusätzliche Windkomponenten, die Änderungen der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit bewirken. Die konkrete Ausbildung dieser Effekte ist abhängig vom Küstenverlauf, von der Windrichtung, ob der Wind also auflandig oder ablandig weht, und von der Lage des Druckfeldes (tieferer Druck über Land oder Wasser) ab. Dabei erfolgt die Anpassung der Windgeschwindigkeit an geänderte Oberflächenrauhigkeit erheblich schneller als die der Windrichtung.

 

Küstenkonvergenz

"Umkehrthermik"

Umkehrthermik

Eine Unterart der Konvergenz kann gelegentlich bei abendlichen Segelflügen angetroffen werden. Obwohl die Sonne längst keine Hänge mehr bestrahlt, dort also kein thermisches Steigen mehr herrscht, findet man mitunter mitten im Tal ein sanftes Steigen. Kühle Hangabwinde strömen in Talmitte zusammen und bewirken die Hebung der wärmeren Luftmasse im Tal. Besonders ergiebig ist diese "Umkehrthermik" dann, wenn das Talwindsystem lange anhält und damit der normalerweise schon kurz nach Sonnenuntergang im Tal einsetzende abendliche bzw. nächtliche Bergwind erst verzögert 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 Auslösung von nächtlichen Schauern oder Gewittern führen, wenn die Luftmasse hinreichend labil und sehr feucht ist.

 

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