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Labilität

Hier ist die Labilität der Luftschichtung in der Atmosphäre gemeint. Die Atmosphäre ist dabei labil geschichtet, wenn sich ein Luftpaket nach einer kleinen Auslenkung aus seiner Ausgangslage immer weiter von dieser entfernt.

Dies ist zum Beispiel in einer nicht feuchtegesättigten Luft dann der Fall, wenn die gemessene Temperaturabnahme der Luft mit der Höhe größer ist als die trockenadiabatische Temperaturabnahme (-0.98°C/100m). Denn da angenommen wird, dass das aus seiner Ausgangslage verschobene Luftpaket seine Temperatur trockenadiabatisch ändert, wäre es bei einem Aufstieg stets wärmer (mit der Höhe sogar zunehmend) als die Umgebungsluft und würde daher wie ein Heißluftballon immer rascher aufsteigen. Würde es umgekehrt absinken, so wäre es stets kälter als seine Umgebung und würde immer weiter absinken. Wäre die Schichtung dagegen genau adiabatisch, dann bliebe das Luftpaket einfach dort, wo es ist bzw. wo es gezwungenermaßen hin verschoben wird. Im Grunde handelt es sich hier um eine Anwendung des Auftriebsgesetzes.

Will man nun in der Praxis herausfinden, ob (und falls ja, bis in welche Höhe) die Atmosphäre labil geschichtet ist, dann muss auch die Luftfeuchte berücksichtigt werden. Da oberhalb des Kondensationsniveaus erhebliche Mengen an latenter (Kondensations-)wärme frei werden, muss anstelle eines durchgehend trockenandiabatischen Aufstieges ab dem Kondensationsniveau ein feuchtadiabatischer Aufstieg betrachtet werden. Für die Labilität wirkt sich die freiwerdende Kondensationswärme immer verstärkend aus.

In der Praxis findet man meist keine mächtigere trockenlabile Luftschicht vor, sondern häufig wird die Schichtung sogar erst dann labil, wenn Kondensation einsetzt. Wertvolle Hilfe bei der Beurteilung der Schichtungsstabilität liefern thermodynamische Diagrammpapiere.

Ein Besonderheit ist die potentielle Instabilität. Damit ist die Situation gemeint, dass die Luftschichtung nur dann instabil würde, wenn aus irgendwelchen Gründen (z.B. durch nahende Fronten) nicht einzelne Luftpakete, sondern ganze Luftschichten gehoben werden. Potentielle Instabilität besteht häufig dann, wenn eine feuchtwarme unter einer trockenkalten Luftschicht lagert. Bei einer Hebung der gesamten Luftsäule setzt in der unteren, feuchtwarmen Luftschicht rasch Kondensation ein und es wird latente Wärme frei. In der darüberliegenden trockenen Schicht setzt dagegen keine oder erst viel später Kondensation ein, so dass sich diese Luftschicht lange Zeit trockenadiabatisch abkühlt.

Dadurch ergeben sich mit zunhemender Hebung immer stärkere Temperaturgradienten mit der Höhe, was einer fortschreitenden Labilisierung der gesamten Luftsäule im Hinblick auf die obigen Aussagen gleichkommt. Potentielle Instabilität ist besonders bei der Prognose von Gewittern eine wichtige Größe.

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