Von Regenbekleidung und Gewitterenergie

Ein Blick auf die Wettervorhersage: Die App der Wahl - im besten Fall natürlich unsere WarnWetter-App - zeigt an, dass mit einem Schauer oder Gewitter gerechnet werden muss. Die Entscheidung lautet, das Regencape mitzunehmen. Wie sich herausstellt eine gute Wahl, denn tatsächlich regnet es zeitweise und in der Ferne ist sogar ein Blitz zu sehen. Abends wird aus reiner Neugierde ein bisschen zur Gewittervorhersage herumgestöbert und plötzlich springt das Wort "CAPE" ins Auge. Huch, was hat denn nun mein Regenschutz mit Gewittern zu tun? Die Antwort ist natürlich: Eigentlich gar nichts außer der gleichen Buchstabenkombination.

In der Meteorologie ist CAPE nämlich die Abkürzung für "Convective Available Potential Energy", zu deutsch "Konvektiv Verfügbare Potentielle Energie". Konvektiv bedeutet hierbei, dass es zu vertikalen Luftbewegungen, wie zum Beispiel in einem Gewitter kommt. Beim Aufsteigen eines Luftpakets dehnt es sich aus und kühlt dabei ab. Wenn es dann im Vergleich zu der umgebenden Luft immer noch wärmer ist, dann beschleunigt es und steigt schneller auf. CAPE beschreibt nun für solche Fälle die maximale zur Verfügung stehende Energie, die in der Atmosphäre "gespeichert" ist. Mathematisch wird das durch ein Integral über die Höhe beschrieben. Es beginnt am sogenannten Niveau der freien Konvektion, ab dem die Umgebungstemperatur kleiner ist als die des betrachteten gesättigten Wolkenteilchen. Endpunkt ist der Gleichgewichtspunkt, an dem die Temperaturen wieder gleich sind. Im Integral selbst fließt der Quotient der virtuellen Temperatur des Luftpartikels zu der der Umgebung ein. Was komplex und verwirrend zu beschreiben ist, lässt sich anhand eines Radiosondenaufstiegs ganz einfach graphisch interpretieren. Denn in einem Radiosondenaufstieg entspricht das CAPE ganz einfach der Fläche, die in der Skizze (Bild 1) rot gestreift ist. Die gelbe Fläche ist sozusagen der Gegenspieler des CAPEs und wird CIN (Convective INhibition, zu deutsch konvektive Hemmung) genannt. Dieses gibt die Energie an, die erst überwunden werden muss, damit ein Luftteilchen von alleine aufsteigt und es zur Wolken-/Gewitterbildung kommen kann.

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Abb. 1: Skizze zur graphischen Bestimmung von CAPE (und CIN) anhand eines Radiosondenaufstieges. Quelle: Wikimedia Commons

Das CAPE ist stark abhängig von der Bodentemperatur und dem bodennahen Feuchtigkeitsgehalt. Das heißt, wie auch unsere Erfahrungswerte schon vermuten lassen, je heißer und schwüler die Luft, desto größer das CAPE und desto stärker können sich ausbildende Gewitter werden. Ganz grob lässt sich eine Einordnung wie folgt vornehmen.

Jedoch ist CAPE nur eine "Zutat", die Gewitter benötigen, um sich ausbilden und entwickeln zu können. Doch das ist eine Geschichte für ein andermal.