• Was sind Atmospheric Rivers?
  • Wie können wir sie messen und beschreiben?
  • Welche Bedeutung haben sie für unser Wetter?

Atmospheric Rivers sind schmale Regionen in der unteren Troposphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit. Sie sind etwa 400 km breit und mehrere 1000 km lang und sind für den Großteil des Wassertransportes aus den äquatornahen Regionen in mittlere Breiten, also auch zu uns, verantwortlich. Atmospheric Rivers sind keine ungewöhnlichen Phänomene, zu jeder Zeit befinden sich etwa von 5 von Ihnen in der Atmosphäre. Atmospheric Rivers entspringen meist in Ozeanen nahe am Äquator, wo große Wassermengen verdampfen. Von dort aus ziehen sie Richtung Nordosten bis sie auf Land treffen und zu ergiebigem Niederschlag führen. So sind sie die Hauptursache für extreme Niederschlagsereignisse an den Westküsten von Kontinenten, also zum Beispiel in Westeuropa, Großbritannien und an der amerikanischen Westküste. Großbritannien etwa ist 9 bis 11 mal pro Jahr von Atmospheric Rivern betroffen.

 

Atmoshperic River über dem Atlantik Bildquelle: National Weather Service Ocean Prediction Center

 

Ein Beispiel für ein derartiges Extremwetterereignis ist der Sturm Desmond, der im Dezember 2015 Teile Großbritanniens und Irlands verwüstete. Der Sturm selbst zog weiter nördlich an den britischen Inseln vorbei, leitete jedoch einen Atmospheric River aus der Karibik direkt auf sie zu. Dort führte er zu massiven Niederschlägen, so wurde zum Beispiel der 24 Stunden Niederschlagsrekord von Großbritannien am 5. Dezember mit 341,4mm gebrochen. Durch den starken Regen kam es schließlich zu zahlreichen Überflutungen und einem Gesamtschaden von bis zu 700 Millionen Euro.

 

Sturm Desmond führte unter anderem zu starken Überflutungen wie hier in der nordenglischen Stadt Carlisle Bildquelle: Rose and Trev Clough

 

Um Atmospheric Rivers zu beschreiben verwendet man zwei verschiedene Maße für die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit, Integrated Water Vapor (IWV) und Precipitable Water (PW). Integrated Water Vapor ("integrierter Wasserdampf") beschreibt wieviel Wasserdampf sich über einem Quadratmeter Boden befinden. Gemessen wird diese Menge in Kilogramm, als Einheit ergibt sich daher kg/m2, aufgrund der Dichte von Wasser von etwa 1 Kilogramm pro Liter entspricht einem IWV von 1 kg/m2 ebenfalls 1 l/m2.

$$IWV = \int_{0}^{\infty}\rho_W(z) dz$$

Precipitable Water ("Ausfällbares Wasser") misst die Luftfeuchtigkeit in Millimetern, dies ist so zu verstehen: Würde der gesamte Wasserdampf in der Luft auskondensieren und zu Boden fallen, wie hoch würde dann das Wasser stehen? Die Antwort darauf liefert der Wert von PW! Zwischen IWV und PW kann man umrechnen indem man den IWV durch die Dichte von Wasser dividiert, dann erhält man den entsprechenden Wert für PW.

$$PW = \frac{IWV}{\rho_{wasser}}$$

Im Rahmen einer Master Arbeit wurde am Wegener Center das erste Mal mit Hilfe der Radiookkultationsmethode das Vorkommen von Atmospheric Rivers in der Atmosphäre untersucht. Mit ihr kann die Luftfeuchtigkeit mit hoher Genauigkeit in unterschiedlichen Höhen gemessen werden. Der in der Luft enthaltene Wasserdampf in verschiedenen Höhen aufsummiert ergibt dann den IWV, bzw weitergerechnet den PW. Das folgende Video zeigt den Sturm Desmond als Atmospheric River auf die Küste Großbritaniens und dahinter Skandinavien auftreffen. Die RO-Daten wurden auf einen Gitter von 2.5° x 2.5° gerechnet.

 

 

Die horizontale Auflösung von RO-Daten ist leider nicht so gut. Die vertikale Auflösung dafür sehr gut. Deswegen bietet es sich an mittels RO-Daten die Struktur des Atmospheric Rivers mit der Höhe anzuschauen. Im unteren Bild wird der Sturm Desmond an der Küste Englands über den Zeitraum von mehreren Tagen gezeigt. Man kann gut erkennen, dass die Sturmfront am 7. November ankommt und die Luftfeuchtigkeit sich einerseits insgesamt erhöht, und andererseits bis in höhere Lagen reicht.

 

Luftfeuchtigkeit während des Sturms Desmond Bildquelle: Wegener Center 2018, Arbeitsgruppe ARSCliSys

 

Aufgabe:

  • Bei der Angabe von Niederschlagsmengen werden oft die Einheiten Millimeter mm und Liter pro Quadratmeter l/m2 verwendet. Die erste gibt an wie hoch das Wasser stehen würde, wenn nichts abfließt, die zweite wieviele Liter Wasser pro Quadratmeter insgesamt niedergehen. Rechne um wievielen Litern pro Quadratmeter ein Millimeter Wasser entsprechen würde.
  • Die Werte für den precipitable water (PW) wurden auf einen räumlichen Gitter von 2.5° x 2.5° gerechnet. Was bedeutet das eigentlich überhaupt? Wie viele PW-Werte ergeben sich daraus global auf der Erde bzw wie viele PW-Werte pro Tag zeigt das obere Video?

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