Eine Front ist die Grenze unterschiedlicher Luftmassen in Form einer schmalen Übgergangszone (10 bis 30 km breit). Fronten sind typische Erscheinungen der außertropischen Westwindzone und dort jeweils an ein wanderndes Tiefdruckgebiet (Zyklone) gebunden. In ihnen werden horizontale Temperaturunterschiede umgesetzt. Sie sind in der Regel mit ausgeprägten Wettererscheinungen verbunden und daher wichtig für die Wettervorhersage. In der Regel unterscheidet man zwischen 3 Arten von Fronten: (Ana- oder Kata-)Kaltfront (KF), (Ana-)Warmfront (WF) und (kalte oder warme) Okklusionsfront.
Um die 3-dimensionale Dynamik von Frontensystemen besser deuten zu können, wurde das "Conveyor Belt" Paradigma eingeführt. In den 1980er erkannte man, das die polwärtigen Flüsse von sensibler und latenter Wärme sowie westlichen Impuls im Bereich von extratropischen Zyklonen in konzentrierten Starkwindbändern (Geschwindigkeit: 25-40 m/s, Breite: 200-500 km, Höhe: 2-3 km) stattfinden. Das wichtigste niederschlagswirksame Transportband ist "warm conveyor belt" im Warmsektor. Vor der Warmfront befindet sich der "cold conveyor belt" und Kaltfronten werden in der Höhe von trockenen Luftströmungen überfahren, welche die potentielle Instabilität erhöhen.
Um die 3-dimensionale Dynamik von Frontensystemen besser deuten zu können, wurde das "Conveyor Belt" Paradigma eingeführt. In den 1980er erkannte man, das die polwärtigen Flüsse von sensibler und latenter Wärme sowie westlichen Impuls im Bereich von extratropischen Zyklonen in konzentrierten Starkwindbändern (Geschwindigkeit: 25-40 m/s, Breite: 200-500 km, Höhe: 2-3 km) stattfinden. Das wichtigste niederschlagswirksame Transportband ist "warm conveyor belt" im Warmsektor. Vor der Warmfront befindet sich der "cold conveyor belt" und Kaltfronten werden in der Höhe von trockenen Luftströmungen überfahren, welche die potentielle Instabilität erhöhen.
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| © Kurz (1990) |
Bei der Anawarmfront kreuzt der "warm conveyor belt" aufsteigend die Bodenwarmfront und biegt dann antizyklonal nach rechts ab. Hier strömt er parallel zur Achse des zur Frontalzone gehörenden Strahlstroms. Der "cold conveyor belt" sinkt zunächst unter Austrocknung gegen die Warmfront ab, biegt dann frontparallel um, steigt an und wird durch fallenden Niederschlag angefeuchtet.
Obwohl auch in der Kaltluft teilweise eine aufwärts gerichtete Vertikalbewegung zu verzeichnen ist, ist diese in der Warmluft stärker. Die sich bildende tiefe Bewölkung in der angefeuchteten und aufsteigenden Kaltluft verschmilzt mit dem Wolkensystem der Warmluft. Im Sommer gibt es eine maskierte Warmfront nach Einfließen maritimer wolkenreicher Luftmassen.
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| © Kurz (1990) |
Bei der Anakaltfront besitzt der "warm conveyor belt" im Relativsystem eine kleine (teilweise ageostrophische) Komponente senkrecht zur Kaltfront. Er kreuzt aufsteigend in sehr flachem Winkel die Bodenkaltfront. Wegen der Bodenreibung steht der unterste Teil der Kaltfront sehr steil. In diesen untersten 2-3 km ist die Hebung der Warmluft maximiert (~m/s). Die weitere Hebung über dem Kaltluftdom ist gering (cm/s). Bei der Anakaltfront treten die Niederschläge postfrontal auf. An der Kaltfront kann es bei potenziell instabiler Schichtung zu Schauern und Gewittern kommen. Die Front hat den Charakter einer vertikal gespiegelten Anawarmfront. Das Wolkensystem ist aber schmaler und weniger hochreichend. Der Niederschlag fällt in die absinkende Kaltluft und kompensiert die Erwärmung. Anakaltfront ist daher im bodennahen Temperaturfeld scharf ausgeprägt und im Relativsystem mit ostseitig konfluenten Trögen verbunden. Sie verlagern sich langsam und neigen zur Wellenbildung. Ein Teil der Anakaltfront wird dann zur Anawarmfront, der andere wandelt sich in eine Katakaltfront um.
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| © Kurz (1990) |
Bei der Katakaltfront weist der "warm conveyor belt" eine nach vorne und aufwärts gerichtete Lage auf. In der Höhe wird die Bodenkaltfront von einer frontrückseitig über dem Kaltluftdom absinkenden und daher trockenen Luft überfahren. Diese obere Relativströmung steigt vor der Front an und bildet in der Höhe eine Höhenkaltfront/Feuchtefront. Hier kann potentielle Labilität erlöst werden. Bei der Katakaltfront fallen die Niederschläge vor der Front. Durch die postfrontale Subsidenz ist die Kaltluft erwärmt, daher erfolgt kein Temperaturrückgang, im Winter sogar eine Erwärmung (maskierte Kaltfront). Katakaltfronten sind schnellziehend und häufig, jedoch sind sowohl die Höhen- als auch die Bodenkaltfronten häufig nur "Feuchtefronten (θ_w-Fronten)".
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| © Kurz (1990) |
Durch Horizontalkonvergenz und Hebung der warmen Luft schmilzt der durch die Warm- und Kaltfront aufgespannte Warmsektor immer mehr, bis beide Fronten verschmelzen (Okklusionsprozess). Liegt die kältere Luft hinter der Okklusionsfront, so spricht man von einer Kaltfrontokklusion, sonst von einer Warmfrontokklusion. Die Warmfrontokklusion ist nach vorne geneigt und Bewölkungsund Niederschlagsgebiet liegen vorderseitig. Sie entstehen durch Hebung der vorderseitigen Kaltluft im frontparallel ansteigenden "cold conveyor belt" und im "warm conveyor belt" darüber. Beide sind zyklonal gekrümmt, jedoch biegt der obere Teil des "warm conveyor belt" zuweilen antizyklonal ab. Die zyklonal gekrümmten Teile sind die bekannten spiralförmigen Wolkenbänder, die typisch für Okklusionsfronten sind. Biegt der obere Teil des „warm conveyor belt“ antizyklonal ab, zeigt sich im Satellitenbild eine zyklonale Wolkenspirale geringerer Mächtigkeit und ein antizyklonal aufgewölbter Cs-Schirm etwa vorderseitig des Okklusionspunktes.
Schnitt durch eine nach Westen ziehende Warmsektorzyklone (gestrichelte Linie):
Zugrichtung/Neigung: Richtung der Isobaren im Warmsektor, Neigung WF/KF 1:100/1:60, Erstreckung WF: bis 1000 km.
Luftdruck: Ausgedehntes Fallgebiet vor der WF mit stärksten Tendenzen in Frontnähe, nach WF leicht fallend, nach KF stark ansteigend.
Luftdruck: Ausgedehntes Fallgebiet vor der WF mit stärksten Tendenzen in Frontnähe, nach WF leicht fallend, nach KF stark ansteigend.
Wind: Zyklonale Windsprünge an WF und KF, Böigkeit an KF.
Temperatur: Zur WF ansteigend (im präfrontalen Regengebiet Abkühlung und Taupunktsanhebung), im Warmsektor gleichbleibend, nach der KF fallend, wegen Absinkens z. T. erst allmählich, dann aber Taupunktsrückgang.
Temperatur: Zur WF ansteigend (im präfrontalen Regengebiet Abkühlung und Taupunktsanhebung), im Warmsektor gleichbleibend, nach der KF fallend, wegen Absinkens z. T. erst allmählich, dann aber Taupunktsrückgang.
Wolken/Sicht: 500-800 km vor der WF Cirrus und Cirrostratus, dann Altostratus, später Nimbostratus. Die Sicht verschlechtert sicht. Im Warmsektor Stratocumulus, Aaltostratus und Altocumulus und mäßige Sicht. An der KF Cumulonimben, kurzfristig schlechte, dann sehr gute Sicht. Nach postfrontaler Subsidenz, Rückseitenwetter mit Schauerzellen/-straßen.
Niederschlag: Vor der WF Landregen oder länger anhaltender Schneefall (200-400 km breit), im Sommer bei Freisetzung potentieller Instabilität auch WF-Gewitter, im Warmsektor Sprühregen, an der KF oft Schauer oder Gewitter, postfrontal Schauer. Im Sommer KF meistens inaktiv, vorlaufende Konvergenzlinie.
Referenzen:
Fink, A. (2012): Synoptische Meteorologie. Vorlesungsskript, Universität zu Köln.
Kurz, M. (1990): Synoptische Meteorologie. Deutscher Wetterdienst.
Fink, A. (2012): Synoptische Meteorologie. Vorlesungsskript, Universität zu Köln.
Kurz, M. (1990): Synoptische Meteorologie. Deutscher Wetterdienst.