Rossby-Wellen

Es ist bekannt, dass das Geopotential in kalter Luft niedrig, in warmer Luft hoch ist. Stellen wir uns den Winter auf der Nordhalbkugel vor: Die am Nordpol laufend produzierte Kaltluft, die wegen ihrer tiefen Temperatur eine relativ hohe Dichte hat, legt sich wie ein schwerer "Pudding" über das Polargebiet. Je mächtiger er wird, um so mehr ist er bestrebt, in den unteren Schichten auseinanderzufließen, und das geht natürlich nur südwärts.

Dadurch entstehen großräumige, atmosphärische Wellen auf der synoptischen bzw. planetarischen Skala, die als sogenannte Rossby-Wellen bezeichnet werden. Mit ihren Trögen (engl.: "trough") und Rücken (engl.: "ridge") bestimmen sie die Großwetterlage und haben damit auf die Wetterentwicklung einen entscheidenden Einfluss. In einer barotropen, divergenzfreien Atmosphäre lässt sich aus dem Erhalt der absoluten Vorticity die Phasengeschwindigkeit der Rossby-Wellen herleiten (Pichler, 1986):

Daraus folgt eine kritische Wellenlänge für stationäre Wellen (c = 0):

Rossby-Wellen bewegen sich ohne Grundstrom immer von Ost nach West. Da die meisten Rossby-Wellen kürzer als die sog. kritische Wellenlänge (λ_s) sind, transportiert der Grundstrom die Wellen von West nach Ost. Zusätzlich lässt sich beobachten, dass lange Wellen die Bewegung von kurzen Wellen steuern. Häufig „reiten“ die kurzen synoptisch-skaligen Wellen auf den langwelligen, planetaren Wellen. Kurze Rossby-Wellen bewegen sich schneller gen Osten als lange Wellen, denn bei festem westlichem Grundstrom (u > 0) ist c umso größer, je kleiner die Wellenlänge λ ist. Oberhalb der kritischen Wellenlänge (λ_s) werden die Wellen retrograd (rückläufig).

Karten des Geopotentials erlauben die Ableitung des Witterungscharakters an einem bestimmten Ort. Mit Hilfe des Geopotentials lassen sich lange und kurze atmosphärische Wellen erkennen und deren Verlagerung abschätzen. Mit dem Geopotential lassen sich Kaltlufttropfen bzw. Cut-Offs identifizieren, die das Wetter maßgeblich bestimmen. Das Geopotential gibt einen Aufschluss über die Dynamik der sich darunter befindenden Luftmasse.


Quellen: Übungsskript METSYN (V. Ermert / IGM Uni Köln), Wetter und Klima (L. Krüger)