Vertikalprofil (Meteorologie)

Der Taupunkt ist ein Maß für die absolute Feuchte. Möchte man die absolute Feuchte in einer bestimmten Höhe wissen, so sucht man jene Sättigungskurve, die durch den Taupunkt (grüner Punkt) in dieser Höhe geht.

Die relative Feuchte lässt sich aus dem Abstand zwischen der Taupunktkurve (grüne Punkte) und der Umgebungstemperaturkurve (rote Punkte) ablesen. Die Taupunktdifferenz, auch „Spread“ genannt ist nämlich ein direktes Maß für die relative Feuchte. Beträgt sie Null – in anderen Worten: Berühren sich beide Kurven, dann beträgt die Luftfeuchtigkeit 100 %. Die Luft ist gesättigt. In der Regel schneiden sich die Kurven nicht, da die überschüssige Feuchtigkeit in Form von Nebel auskondensiert, so dass keine Übersättigung auftritt.

Hier im Beispiel beträgt die Temperatur am Boden 95 °F = 34 °C bei einem Taupunkt von 65 °F = 18 °C. Die Taupunktdifferenz beträgt also 16 K. Daraus ergibt sich eine relative Luftfeuchtigkeit von ca. 40 %.[3]

Die Lufttemperatur nimmt mit steigender Höhe meist ab. Ist das Gegenteil der Fall, spricht man von einer Inversion. Sie lässt sich im Vertikalprofil sehr leicht erkennen, nämlich wenn die Temperaturkurve deutlich nach rechts geneigt ist. (Im Beispiel ist keine Inversion vorhanden.)

Wenn die Temperatur mit steigender Höhe langsamer abnimmt als der trockenadiabatische Temperaturgradient, also wenn die Temperaturkurve steiler ist als die Hilfslinien der Trockenadiabaten, spricht man von einer stabilen Schichtung, im umgekehrten Fall von einer labilen Schichtung. (Falls es zur Kondensation kommt, sind stattdessen die Feuchtadiabaten zu verwenden.) Im Falle der labilen Schichtung könnte ein Luftpaket, dessen Temperatur nur geringfügig größer ist als die Umgebungstemperatur, ohne Energiezufuhr aufsteigen. Im Diagramm würde es dann der Trocken- bzw. Feuchtadiabaten folgen, bis seine Temperatur durch adiabatische Expansion mit der Umgebungsluft übereinstimmt. Eine labile Schichtung würde also den vertikalen Austausch von Luftmassen erleichtern. Eine stabile Schichtung und insbesondere eine Inversion würde diesen Aufstieg aber sehr schnell bremsen.

In der Abbildung sieht man das in dem rosa markierten Bereich: Die Umgebungstemperatur fällt zwischen ca. 2000 und 12000 m schneller ab als die Feuchtadiabate.

Cumulus-Wolken entstehen, wenn sich feuchte aufsteigende Warmluft so weit abkühlt, bis Sättigung erreicht wird und die enthaltene Feuchtigkeit auskondensiert. Dies geschieht genau unter folgender Bedingung: Man denke sich ein Luftpaket am Boden von bestimmter Temperatur (hier 93 °F) und folge dessen Trockenadiabaten einerseits und andererseits der Sättingskurve, die durch den Taupunkt dieses Luftpakets (65 °F) geht, bis sich beide Linien schneiden (blaues Dreieck). In dieser Höhe (schwarz gestrichelte Linie) und bei dieser Temperatur (ca. 15 °C) beginnt die Feuchtigkeit zu kondensieren. Diese Höhe (ca. 2000 m) stellt also den unteren Rand der Wolken – die Wolkenbasis – dar.

Die Luft kann danach noch weiter steigen (s. Luftschichtung), folgt aber dann der Feuchtadiabaten, bis sie wiederum Umgebungstemperatur erreicht. Für die Ausbildung hoher Wolken und damit die Ausbildung von Gewittern ist also eine hohe Labilität und eine hohe absolute Feuchtigkeit in der Bodenluft Voraussetzung, wie in diesem Beispiel zu sehen. Es können sich Cumulonimbus-Wolken mit einer Wolkenbasis von 2000 m bilden, die bis in über 10 km Höhe reichen.

Wird feuchte Luft durch ein Gebirge nach oben abgelenkt, so kann es zur Wolkenbildung kommen. Der Aufstieg erfolgt also zunächst trockenadiabatisch, bis die Luft ihr Sättigungsniveau erreicht, und dann feuchtadiabatisch. Durch den Niederschlag wird der Luft Wasser entzogen. Wenn die Luft anschließend auf der Leeseite des Gebirges absinkt, wird sie dabei komprimiert und erwärmt sich, diesmal jedoch trockenadiabatisch. Die Luft erwärmt sich also beim Absinken schneller, als sie sich zuvor beim Aufsteigen abgekühlt hat. Die Temperatur ist nach dem Überströmen des Gebirges daher höher als davor. Dieser heiße, trockene Wind macht sich als Föhn auf der Leeseite des Gebirges bemerkbar.