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Statische Stabilität und Labilität

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Der Begriff der statischen Stabilität bzw. der statischen Labilität spielt in der Meteorologie eine wichtige Rolle. Er ist besonders im Zusammenhang mit der Wolkenbildung von Interesse.

Der Begriff der statischen Stabilität der Atmosphärenschichtung spielt in vielen Zusammenhängen eine wichtige Rolle. Man meint damit den Zustand der Atmosphäre, bei dem die vertikale Temperaturabnahme in nicht feuchtegesättigter Luft kleiner ist als es der Trockenadiabate entspricht, also geringer als 1°C pro 100 Meter Höhendifferenz.

Foto: Bei einer gewittrigen, labilen Wetterlage haben sich einige mächtige Haufenwolken gebildet.
Cumulus congestus im Abendlicht

Ein fiktives Luftpaket als Eselsbrücke

Wird ein Luftpaket bei statischer Stabilität aus seinem Ausgangszustand vertikal angehoben, so bleibt es immer kälter als die Umgebungsluft und sinkt dadurch wieder ab. Umgekehrt ist es beim Absteigen immer wärmer als die Umgebungsluft und steigt damit wieder auf. Das Luftpaket würde also bei einer erzwungenen Auslenkung harmonisch und mit kleiner werdender Amplitude (kleiner werdend wegen der Reibung!) um seine Ausgangsposition schwingen. Dies ist eine Anwendung des physikalischen Auftriebsgesetzes.

Eine andere Situation liegt vor, wenn die Temperaturabnahme mit der Höhe in nicht feuchtegesättigter Luft größer ist als es der Trockenadiabate entspricht, also größer als 1°C pro 100 Meter Höhendifferenz. Dann wird das Luftpaket bei einer Auslenkung nach oben stets wärmer als seine Umgebungsluft sein und steigt beschleunigt weiter auf. Die Situation wird als statisch labil bezeichnet.

Falls die Atmpsphäre weder stabil noch labil geschichtet ist (also genau trockenadiabatisch), dann nennt man sie neutral geschichtet. Ein Luftpaket, dass in einer neutralen Luftschicht aus seiner Ausgangslage ausgelenkt, bliebt einfach da, wohin es verschoben wurde.

Und bei feuchter Atmophäre?

Wichtig ist noch, daß bei vorhandener Luftfeuchte irgendwann das Luftpaket nicht mehr trockenadiabatisch, sondern feuchtadiabatisch aufsteigt und sich folglich nur noch mit einer geringeren Rate abkühlt. Die obigen prinzipiellen Überlegungen lassen sich aber in völliger Analogie auf feuchtadiabatische Prozesse übertragen. Man spricht dann einfach von feuchtstabilen bzw. feuchtlabilen Schichtungen.

Ein interessanter Spezialfall ist die bedingte Labilität. Hier bildet eine Temperaturschichtung der Atmosphäre die Grundlage, die genau so aussieht, daß sie in Bezug auf einen trockenadiabatischen Aufstieg stabil ist, jedoch bei einem feuchtadiabatischen labil. Dies ist häufig an warmen Sommertagen interessant, bei denen man nicht mit letzter Genauigkeit sagen, ob Kondensation einsetzten wird oder nicht. Setzt keine Kondensation ein, dann passiert gar nichts. Setzt jedoch Wolkenbildung erst einmal ein, dann wachsen diese Wolken rasch zu Gewittern heran, da die Atmosphäre in Bezug auf feuchtadiabatische Aufstiege labil geschichtet ist.

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