Verstehen und Berechnen der konvektiven verfügbaren potentiellen Energie (CAPE)

Verständnis-von-Konvektiv-Verfügbare-Potenzielle-Energie-(CAPE)

Die-Konvektiv-Verfügbare-Potenzielle-Energie-(CAPE)-ist-in-der-Meteorologie-entscheidend-für-die-Vorhersage-der-Stärke-von-Stürmen,-einschließlich-Gewittern-und-Tornados.-CAPE-quantifiziert-den-Auftrieb-in-der-Atmosphäre-und-hilft-Meteorologen,-die-atmosphärische-Instabilität-zu-verstehen.-Die-CAPE-Formel-beinhaltet-mehrere-Parameter,-die-jeweils-wichtig-sind,-um-atmosphärische-Bedingungen-zu-beschreiben.

Details-zur-CAPE-Formel:

Die-Formel-für-CAPE-ist-wie-folgt:

• LFC-=-Niveau-der-freien-Konvektion-(Meter)
• EL-=-Gleichgewichtsniveau-(Meter)
• g-=-Beschleunigung-aufgrund-der-Schwerkraft-(~9,81-m/s²)
• θv-=-Virtuelle-potentielle-Temperatur-(Kelvin)
• Tv-=-Virtuelle-Temperatur-des-Luftpakets-(Kelvin)
• Tvp-=-Virtuelle-Temperatur-der-umgebenden-Umgebung-(Kelvin)
• dZ-=-Kleines-vertikales-Inkrement-(Meter)

Verständnis-der-Variablen

Das-Verständnis-der-Variablen-ist-unerlässlich,-um-die-Bedeutung-von-CAPE-zu-erfassen:

• Niveau-der-freien-Konvektion-(LFC):-Die-Höhe,-in-der-ein-aufsteigendes-Luftpaket-zunächst-wärmer-und-weniger-dicht-wird-als-die-umgebende-Luft-und-somit-frei-steigen-kann.
• Gleichgewichtsniveau-(EL):-Die-Höhe,-in-der-das-aufsteigende-Luftpaket-nicht-mehr-auftriebfähig-ist-und-ein-Gleichgewicht-mit-der-Umgebungstemperatur-erreicht-wird.
• Virtuelle-potentielle-Temperatur-(θv):-Es-ist-die-Temperatur,-die-ein-Luftpaket-hätte,-wenn-es-adiabatisch-auf-einen-Referenzdruck-expandiert-oder-komprimiert-würde.
• Virtuelle-Temperatur-(Tv):-Berücksichtigt-die-Feuchtigkeit-in-der-Pakettemperatur-und-gibt-ein-genaueres-Maß-für-den-Auftrieb.
• Beschleunigung-aufgrund-der-Schwerkraft-(g):-Eine-Konstante-bei-etwa-9,81-m/s².

Aufschlüsselung-der-Integration

Die-Integration-von-LFC-bis-EL-repräsentiert-die-Summe-der-kleinen-Scheiben-der-Auftriebsenergie-über-das-vertikale-Profil.-Der-Term-(g/θv)-(Tv---Tvp)-zeigt,-wie-der-Auftrieb-mit-Temperaturunterschieden-und-dem-Einfluss-der-Schwerkraft-variiert.

Echtweltbeispiel:-Berechnung-von-CAPE

Um-dies-greifbar-zu-machen,-gehen-wir-durch-ein-hypothetisches-Beispiel:

Angenommen:

• LFC-=-1000-Meter
• EL-=-4000-Meter
• θv-=-300-Kelvin-(durchschnittliche-virtuelle-potentielle-Temperatur)
• Tv---Tvp-=-5-Kelvin-(durchschnittlicher-Temperaturunterschied)
• dZ-=-1-Meter-(Integrationsschritte-zur-Vereinfachung)

Zur-Vereinfachung-nehmen-wir-an,-dass-der-Temperaturunterschied-und-die-virtuelle-potentielle-Temperatur-über-die-Höhe-gleichmäßig-sind,-wodurch-sich-die-CAPE-Berechnung-vereinfacht:

Zusammenfassung

CAPE-misst-die atmosphärische Instabilität und ist entscheidend für die Vorhersage von Unwettern. Durch das Verständnis seiner Variablen und Formel können Meteorologen Wettermuster genau vorhersagen und präventive Maßnahmen ergreifen.

Tags: Meteorologie, Atmosphärische Wissenschaften, Wettervorhersage