Geowissenschaften

Unterrichtsziele

• Beschreiben Sie die Eigenschaften von Luftmassen und wie sie diese Eigenschaften erhalten.
• Diskutieren Sie, was passiert, wenn sich Luftmassen treffen.
• Listen Sie die Unterschiede zwischen stationären, kalten, warmen und verdeckten Fronten auf.

Vokabular

• Luftmasse
• Kaltfront
• Front
• verdeckte Front
• Sturmböenlinie
• stationäre Front
• Warmfront

Einführung

Das Wetter an einem Ort hängt oft davon ab, welche Art von Luftmasse sich darüber befindet. Entscheidend ist auch, ob sich der Spot unter einer Front befindet, dem Treffpunkt zweier Luftmassen. Die Eigenschaften der Luftmassen und ihre Wechselwirkungen bestimmen, ob das Wetter über einem Gebiet konstant ist oder ob es schnelle Veränderungen gibt.

Luftmassen

Eine Luftmasse ist eine Luftmenge, die nahezu die gleiche Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufweist (Abbildung unten). Eine Luftmasse erwirbt diese Eigenschaften über einer Fläche von Land oder Wasser, die als Quellregion bekannt ist. Wenn die Luftmasse mehrere Tage oder länger über einer Region sitzt, nimmt sie die unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitseigenschaften dieser Region auf.

Luftmassenbildung

Luftmassen bilden sich über eine große Fläche; Sie können 1.600 km (1.000 Meilen) breit und mehrere Kilometer dick sein. Luftmassen bilden sich hauptsächlich in Hochdruckzonen, am häufigsten in polaren und tropischen Regionen. Gemäßigte Zonen sind normalerweise zu instabil, um Luftmassen zu bilden. Stattdessen bewegen sich die Luftmassen über gemäßigte Zonen, so dass die mittleren Breiten zu interessantem Wetter neigen.

Was bedeutet eine Luftmasse mit dem Symbol cPk? Das Symbol cPk ist eine Luftmasse mit einer kontinentalen polaren Quellregion, die kälter ist als die Region, über die sie sich jetzt bewegt.

Luftmassenbewegung

Luftmassen werden von starken Winden langsam mitgeschoben. Wenn sich eine Luftmasse über eine neue Region bewegt, teilt sie ihre Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit dieser Region. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit eines bestimmten Ortes hängt also teilweise von den Eigenschaften der Luftmasse ab, die darüber sitzt.

Stürme entstehen, wenn die Luftmasse und die Region, über die sie sich bewegt, unterschiedliche Eigenschaften haben. Wenn sich beispielsweise eine kältere Luftmasse über wärmeren Boden bewegt, wird die untere Luftschicht erwärmt. Diese Luft steigt auf und bildet Wolken, Regen und manchmal Gewitter. Wie würde eine sich bewegende Luftmasse eine Inversion bilden? Wenn sich eine wärmere Luftmasse über kälteren Boden bewegt, kühlt sich die untere Luftschicht ab und wird aufgrund ihrer hohen Dichte in Bodennähe eingeschlossen.

Im Allgemeinen strömen kalte Luftmassen tendenziell zum Äquator und warme Luftmassen tendenziell zu den Polen. Dies bringt Wärme in kalte Bereiche und kühlt warme Bereiche ab. Es ist einer der vielen Prozesse, die dazu beitragen, die Temperaturen des Planeten auszugleichen.

Ein Online-Leitfaden der University of Illinois über Luftmassen und Fronten finden Sie hier: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/af/home.rxml.

Fronten

Zwei Luftmassen treffen an einer Front aufeinander. An einer Front haben die beiden Luftmassen unterschiedliche Dichten und vermischen sich nicht leicht. Eine Luftmasse wird über die andere angehoben, wodurch eine Niederdruckzone entsteht. Wenn die angehobene Luft feucht ist, kommt es zu Kondensation und Niederschlag. Winde sind an einer Front üblich. Je größer der Temperaturunterschied zwischen den beiden Luftmassen ist, desto stärker sind die Winde. Fronten sind die Hauptursache für stürmisches Wetter.

Der Rest dieses Abschnitts wird vier Arten von Fronten gewidmet sein. Drei dieser Fronten bewegen sich und eine ist stationär. Bei Kaltfronten und Warmfronten gibt die Luftmasse an der Vorderkante der Front der Front ihren Namen. Mit anderen Worten, eine Kaltfront befindet sich direkt an der Vorderkante bewegter kalter Luft und eine Warmfront markiert die Vorderkante bewegter warmer Luft.

Stationäre Front

Bei einer stationären Front bewegen sich die Luftmassen nicht (Abbildung unten). Eine Front kann stationär werden, wenn eine Luftmasse durch eine Barriere wie eine Bergkette gestoppt wird.

Eine stationäre Front kann Tage mit Regen, Nieselregen und Nebel bringen. Winde wehen normalerweise parallel zur Front, aber in entgegengesetzte Richtungen. Nach einigen Tagen wird die Front wahrscheinlich auseinanderbrechen.

Kaltfronten

Wenn eine kalte Luftmasse an die Stelle einer warmen Luftmasse tritt, gibt es eine Kaltfront (Abbildung unten).

Stellen Sie sich vor, Sie stehen an einer Stelle, als sich eine Kaltfront nähert. Entlang der Kaltfront drückt die dichtere, kalte Luft die warme Luft nach oben, wodurch der Luftdruck abnimmt (Abbildung oben). Wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist, wachsen einige Arten von Cumuluswolken. Hoch in der Atmosphäre blasen Winde Eiskristalle von den Spitzen dieser Wolken, um Cirrostratus- und Cirruswolken zu erzeugen. An der Vorderseite gibt es eine Reihe von Regenschauern, Schneeschauern oder Gewittern mit stürmischen Winden (Abbildung unten). Eine Böenlinie ist eine Linie schwerer Gewitter, die sich entlang einer Kaltfront bildet. Hinter der Front befindet sich die kalte Luftmasse. Diese Masse ist trockener, so dass der Niederschlag aufhört. Das Wetter kann kalt und klar oder nur teilweise bewölkt sein. Winde können weiterhin in die Niederdruckzone an der Vorderseite blasen.

Das Wetter an einer Kaltfront variiert mit der Jahreszeit.

• Frühling und Sommer: Die Luft ist instabil, so dass sich Gewitter oder Tornados bilden können.
• Frühling: Wenn der Temperaturgradient hoch ist, wehen starke Winde.
• Herbst: Starke Regenfälle fallen großflächig.
• Winter: Die kalte Luftmasse hat sich wahrscheinlich in der kalten Arktis gebildet, so dass es kalte Temperaturen und starken Schnee gibt.

Warmfronten

An einer Warmfront gleitet eine warme Luftmasse über eine kalte Luftmasse (Abbildung unten). Wenn sich warme, weniger dichte Luft über die kältere, dichtere Luft bewegt, ist die Atmosphäre relativ stabil.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich im Winter unter einer kalten Winterluftmasse auf dem Boden, wobei sich eine warme Front nähert. Der Übergang von kalter Luft zu warmer Luft erfolgt über eine große Entfernung, sodass die ersten Anzeichen eines Wetterwechsels lange bevor die Front tatsächlich über Ihnen liegt, auftreten. Anfangs ist die Luft kalt: Die kalte Luftmasse befindet sich über Ihnen und die warme Luftmasse darüber. Hohe Zirruswolken markieren den Übergang von einer Luftmasse zur anderen.

Im Laufe der Zeit werden Cirruswolken dicker und Cirrostratuswolken bilden sich. Wenn sich die Front nähert, erscheinen Altocumulus- und Altostratus-Wolken und der Himmel wird grau. Da es Winter ist, fallen Schneeflocken. Die Wolken verdichten sich und es bilden sich Nimbostratuswolken. Schneefall nimmt zu. Die Winde werden stärker, wenn sich der Niederdruck nähert. Wenn die Front näher kommt, ist die kalte Luftmasse knapp über Ihnen, aber die warme Luftmasse ist nicht zu weit darüber. Das Wetter verschlechtert sich. Wenn sich die warme Luftmasse nähert, steigen die Temperaturen und der Schnee verwandelt sich in Schneeregen und gefrierenden Regen. Warme und kalte Luft vermischen sich an der Vorderseite, was zur Bildung von Stratuswolken und Nebel führt (Abbildung unten).

Verschlossene Front

Eine verschlossene Front bildet sich normalerweise um ein Niederdrucksystem (Abbildung unten). Die Okklusion beginnt, wenn eine Kaltfront eine Warmfront einholt. Die Luftmassen sind in der Reihenfolge von vorne nach hinten kalt, warm und dann wieder kalt.

Der Coriolis-Effekt krümmt die Grenze, an der sich die beiden Fronten zum Pol treffen. Wenn die Luftmasse, die als dritte ankommt, kälter ist als eine der ersten beiden Luftmassen, rutscht diese Luftmasse unter beide. Dies wird als kalte Okklusion bezeichnet. Wenn die Luftmasse, die als dritte ankommt, warm ist, reitet diese Luftmasse über die andere Luftmasse. Dies wird als warme Okklusion bezeichnet (Abbildung unten).

Das Wetter an einer verschlossenen Front ist direkt an der Okklusion besonders heftig. Niederschlag und wechselnde Winde sind typisch. Die Pazifikküste hat häufig verdeckte Fronten.

Das Wetter wird in diesem Video bei National Geographic Video, Naturkatastrophe, Erdrutsche und mehr untersucht: Wetter 101

Zusammenfassung der Lektion

• Eine Luftmasse nimmt die Temperatur- und Feuchtigkeitseigenschaften des Ortes an, an dem sie entsteht. Luftmassen treffen sich an einer Front.
• Stationäre Fronten werden an Ort und Stelle gefangen; das Wetter, das sie bringen, hält viele Tage an.
• An einer Kaltfront drückt eine kalte Luftmasse eine warme Luftmasse nach oben.
• An einer Warmfront rutscht die warme Luftmasse über die kalte Luftmasse.
• In einer verdeckten Front überholt eine Warmfront eine Kaltfront, was zu variablem Wetter führt.

Überprüfungsfragen

1. Welche Art von Luftmasse entsteht, wenn eine Luftmenge einige Tage über dem äquatorialen Pazifik sitzt? Was ist das Symbol für diese Art von Luftmasse?
2. Welche Bedingungen müssen vorhanden sein, damit die Luft lange genug über einem Ort sitzt, um die Eigenschaften des Bodens oder Wassers darunter zu erhalten?
3. Wie beeinflusst der Breitengrad die Bildung von Luftmassen in tropischen, gemäßigten und polaren Zonen?
4. Warum sind die Bewegungsrichtungen der Fronten in der südlichen Hemisphäre ein Spiegelbild der Bewegungsrichtungen der nördlichen Hemisphäre?
5. Wie unterscheidet sich eine stationäre Front von einer Kalt- oder Warmfront?
6. Was für ein Wetter wirst du erleben, wenn eine Kaltfront über dich hinwegzieht?
7. Was für ein Wetter wirst du erleben, wenn eine Warmfront über dich hinwegzieht?
8. Wie entsteht eine Okklusion?
9. Welche Situation erzeugt eine kalte Okklusion und was erzeugt eine warme Okklusion?

Weiterführende Literatur / Ergänzende Links

• Cold Front Animation, Goddard Space Flight Center: http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a002200/a002203/index.html
• Der Online-Leitfaden der Universität von Illinois zu den Grundlagen des Wetters: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gl%29/guides/mtr/af/frnts/wfrnt/prcp.rxml

Zu berücksichtigende Punkte

• die verschiedenen Arten von Fronten führen zu verschiedenen Arten von Wetter?
• Warum sind einige Regionen anfällig für bestimmte Arten von Wetterfronten und andere Regionen anfällig für andere Arten von Wetterfronten?
• Warum ändert sich das Wetter manchmal so schnell und bleibt manchmal für viele Tage sehr ähnlich?