Die klassische „Polarfronttheorie“ – das klassische „norwegische Modell“
Die bekannte Polarfronttheorie nach Bergeron, Bjerknes und Solberg beschreibt die Entwicklung extratropischer, synoptischer Tiefdruckwirbel mit ihren Wetterfronten „Kaltfront“, „Warmfront“ und „Okklusionsfront“ vom frühen Wellenstadium bis zum finalen Okklusionsspiralstadium.
Die Idee hinter diesem Kapitel ist nicht, den komplexen theoretischen mathematischen Hintergrund darzustellen, sondern den Prozess zu beschreiben, der die Grundlage für mehrere konzeptionelle Modelle in diesem Satellitenhandbuch bildet.
Abbildung 1: Vier Stufen der klassischen Polarfronttheorie
Eine kleinskalige Störung im Luftstrom kann einen Zyklogeneseprozess auslösen, der mit der Entwicklung eines niedrigen Zentrums in niedrigen Schichten der Troposphäre beginnt. Folglich beginnt sich kalte Luft gegen den Uhrzeigersinn gegen warme und die warme Luft gegen den Uhrzeigersinn gegen die kalte Luft zu bewegen. Die kalte Luft kriecht nach unten und hebt dadurch die warme Luft an, die warme Luft gleitet auf der kalten Luft auf. Dies führt zur Entwicklung von Wetterfronten, die barokline Grenzen darstellen. Die vertikalen Aufwärtsbewegungen an diesen Grenzen sind für die Entwicklung von Bewölkung und Kondensation verantwortlich und so erscheinen die Wolkenbänder der „Kaltfront“ (CF) und „Warmfront“ (WF). Zwischen beiden Fronten befindet sich die wärmste Luft, die diesem Gebiet den Namen „Warmer Sektor“ (WS) gibt. Um das Tiefzentrum herum entwickelt sich eine Wolkenwölbung. Diese Entwicklungsstufe wird als „Wellenstufe“ bezeichnet.
Die Polarfronttheorie besagt weiter, dass sich die Kaltfront schneller bewegt als die Warmfront, was dazu führt, dass der warme Sektor immer enger wird und die Wölbung der Bewölkung um das niedrige Zentrum größer und dicker wird. Dies wird als „entwickeltes Wellenstadium“ bezeichnet.
Infolge der sich schneller bewegenden Kaltfront unterschneidet die kalte Luft die warme Luft und hebt sie dadurch an und verstärkt die Kondensation.
Zu einem späteren Zeitpunkt beginnen sich die angehobene warme Luft sowie das verbundene Wolkenband um das niedrige Zentrum zu bewegen und bilden eine Wolkenspirale. Dies wird als „Okklusionsstadium“ mit einer Okklusionsfront und dem dazugehörigen Okklusionswolkenband bezeichnet. Eine Weiterentwicklung führt zu einem „entwickelten Okklusionsstadium“ mit einem Okklusionswolkenband, das sich mehrmals um das tiefe Zentrum drehen kann.
Das Polarfrontmodell war ein grundlegender Durchbruch in der Meteorologie – doch inzwischen zeigten sich einige Schwächen der Theorie:
- Die schnellere Bewegung der kalten Luft gegen die warme Luft – wie von der norwegischen Theorie beschrieben – kann nicht immer beobachtet und zufriedenstellend erklärt werden
- Das norwegische Zyklonmodell wurde nur aus Oberflächenbeobachtungen abgeleitet, die Dynamik der oberen Luft spiegelt sich nicht zufriedenstellend wider
- Klassische Polarfrontzyklone sind häufiger in höheren Breiten – wo diese Theorie auch entwickelt wurde
Folglich alternative Theorien wie die Shapiro-Keyser-Theorie für die Entwicklung von synoptischen Skalenwolken Spiralen um Niederdrucksysteme wurden entwickelt. Sie werden – da Satellitenbilder viel dazu beigetragen haben – im CMs dieses Satellitenhandbuchs erwähnt.