Kelvin-Helmholtz-Wellen

Voraussetzung für KHW sind eine Zunahme des Windes mit der Höhe sowie Dichteunterschiede zweier Medien, etwa wärmere Luft über kälterer Luft.

eigene Beispiele

KHW an Stratocumulus über Wien, fotografiert im Abstieg vom Leopoldsberg am 27.Oktober 2013
KHW an Stratocumulus über dem Hochschwab, fotografiert vom Aibelkogel (1394m) am 28.Februar 2015
KHW an Altocumulus am Alpenostrand während Westföhn, fotografiert in Wien-20 am 04. Februar 2011
Anninger, 19. November 2021 während einer ausgeprägten Föhnlage
KHW über dem Ötscher (1893m) am 3. August 2024
Alpenostrand (Rax) am 16. Dezember 2013 mit Westföhn

KHW als Verursacher von Nieselregen bei Hochdruckeinfluss

Wetterballonaufstieg vom 30.November 2011, 01 MEZ

Der Radiosondenaufstieg vom 30.11.11, 00 UTC, Kümmersbruck (Ostbayern) zeigt bodennahen Südostwind mit 5 Knoten und eine scharfe Temperaturinversion, die gesättigt-kalte Luft (418m: -1°C) von trocken-warmer Absinkluft (868m: +8°C) trennt. Über der Inversion verstärkt sich der Westwind auf 25 bis 30 Knoten.

Durch die warme Nase mit positiver Lufttemperatur wird unterkühltes Flüssigwasser produziert. Da die Frostluft nur wenige Dekameter dick ist, gelangen die unterkühlten Regentropfen in flüssiger Form auf den gefrorenen Boden und produzieren Glatteisregen.

Problem: Die gesättigte Luftschicht ist nur rund 400 m dick.

Bei Niederschlagsbildung durch Koagulation muss nämlich eine genügend große

  • kolloide Labilität vorhanden sein, d.h. Wolkenluft, deren Tröpfchenspektrum auch große Tropfen (d > 3, 6 * 10-3 cm 1) umfasst. Erst diese unterscheiden sich in ihrer Sinkgeschwindigkeiten bei Wolken ohne Aufwind (bzw. Steiggeschwindigkeit bei Wolken mit Aufwind) so deutlich von der Vielzahl kleinerer Tröpfchen, dass bei Bewegungen innerhalb der Wolke die Wahrscheinlichkeit für Zusammenstöße groß genug ist, sodass ein genügend großer Tropfen entsteht, der die Verdunstung beim Fallen bis zum Erdboden überlebt.
  • Koagulationsstrecke vorhanden sein, d.h. die Wolkenschicht vertikal mächtig genug, mindestens 1000 m 1, damit die größeren Tröpfchen beim Sinken mit genügend kleineren Wolkentröpfchen zusammenstoßen.

Lösung: Kelvin-Helmholtz-Wellen am Oberrand der Absinkinversion sorgen in sonst aufwindlosen Schichtwolken für kleinskalige Vertikalbewegungen, durch die vermehrt Wolkentröpfchen zusammenstoßen und anwachsen können, bis sie schwer genug sind, um aus der Nebelwolke auszufallen. Dadurch kann es auch bei vertikal kaum mächtigen Schichtwolken soweit messbaren Niederschlag geben, dass Glatteisgefahr besteht.

Riesige Kelvin-Helmholtz-Wellen in Bodennähe

(Alabama, USA – 16. Dezember 2011)

Das Video wurde um die Mittagszeit (ca. 19 UTC) aufgenommen und zeigt gigantische Kelvin-Helmholtz-Wellen nur wenige Meter über Grund, die sich aus tiefen Fractuswolken entwickelt haben.

Radiosondenaufstieg vom Folgetag, 00 UTC

BMX Shelby County Airport ist dabei der Flughafen von Birmingham, Alabama.

Man sieht eine sehr feuchte Bodenschicht, die Wolkenbildung und damit die Visualisierung der Wellen erlaubt. Die Inversion befindet sich in rund 800 m, was auch zum optischen Eindruck der Wolkenobergrenze passt. Vom Boden bis über die Inversion hinaus nimmt der Wind um etwa 15 Knoten zu, d.h. eine vertikale Windscherung, wenn auch nicht sehr stark, ist gegeben. Möglicherweise waren die Bedingungen zwischen 19 und 00 UTC noch etwas günstiger.