Die Höhenkonvektion ist ein Phänomen der atmosphärischen Konvektion, bei der die aufsteigenden Säulen den Boden nicht verlassen. Im Englischen wird dieses Phänomen als erhöhte Konvektion bezeichnet . Es materialisiert sich oft zuerst durch Altocumulus castellanus , der schmale Türme bildet und dessen Basis sich in der mittleren Ebene der Atmosphäre befindet. Diese Wolken können sich in Altocumulonimbus (inoffizieller Begriff) verwandeln und Gewitter mit erheblichen Niederschlägen verursachen. Obere Konvektion tritt oft nachts dort auf, wo sich abkühlende Wolkenspitzen eine Destabilisierung einer oberen Wolkenschicht ermöglichen, insbesondere in den Great Plains , während des Durchgangs einer Warmfront oder einer Kaltfront .
Die konvektive Aufwärtsbewegung wird durch den Temperaturunterschied eines Luftpakets verursacht, das von einer bestimmten Höhe und einer kälteren Umgebung in der Höhe angehoben wird. Tatsächlich kühlt sich die Kurve mit steigender Temperatur ab , jedoch entsprechend dem adiabatischen Temperaturgradienten , dh in instabilen Fällen niedriger als die Temperatur der Umgebung. Es ist daher weniger dicht als die Umgebung und erfährt einen archimedischen Aufwärtsschub. Dieser Unterschied ist die verfügbare Konvektionspotentialenergie (EPCD). Wichtiger wird es, wenn durch die Kondensation des in der Parzelle enthaltenen Wasserdampfs latente Wärme freigesetzt wird. Es ist auch möglich, eine schräge Konvektion in einer Zone bedingter symmetrischer Instabilität zu erhalten, die sich nur in einer gegenüber der herkömmlichen hydrostatischen Konvektion geneigten Ebene manifestiert.
Es wird oft angenommen, dass die Konvektion von der Oberfläche ausgeht, aber tatsächlich kann das Paket von jedem Niveau der Atmosphäre angehoben werden, wo es wärmer als die Umgebung wird, selbst wenn die Luft unterhalb dieses Niveaus stabil ist. Konvektion in der Höhe ist somit eine Teilmenge der atmosphärischen Konvektion. Die nebenstehende Abbildung zeigt ein Skew-T- Diagramm , das Temperatur und Feuchtigkeit (in Schwarz) gegen den Druck (entspricht der Höhe) aufträgt, wenn die Luft in Bodennähe aufgrund einer Temperaturinversion stabil ist. Ein vom 800 hPa- Niveau angehobener Plot folgt jedoch der hellblauen Linie und ist daher wärmer als die Umgebung in Schwarz. Da die Luft in diesem Paket gesättigt ist, ermöglicht diese Bewegung die Bildung einer konvektiven Wolke .
Diese Wolken können so gutartig sein wie Altocumulus oder Cirrocumulus , wenn die instabile Schicht dünn ist und es sich dann um eine eingeschränkte Konvektion handelt . Wenn sich die instabile Schicht andererseits über eine große Dicke erstreckt, wird sie eine tiefe Konvektion verursachen, die zuerst durch Altocumulus castellanus und dann durch potenziell heftige Wolken wie Cumulonimbus der Höhe materialisiert wird .
Der Begriff der Höhenkonvektion wurde in Europa lange vernachlässigt, weil zum einen dieses Phänomen im maritimen Klima oft mit anderen vermischt wird und zum anderen der Begriff in Nordamerika oft nur eingeschränkt für den Mechanismus zur einen nächtlichen Sturm auf mittlerer Höhe der Atmosphäre (tiefe Konvektion) auslösen, der für die Vorhersage in Europa weniger bedenklich ist.
Der englischsprachige Name des Phänomens ist erhöhte Konvektion, die vom kanadischen Wetterdienst als "Konvektion in der Höhe" übersetzt wurde. Es sollte beachtet werden, dass die Übersetzung von erhöhter Konvektion durch hohe Basiskonvektion falsch ist, da in ariden Umgebungen wie Arizona Cumulonimbus-Wolken während Luftmassengewittern ihre Basis in 4 km Höhe haben können, während Aufwinde vom Boden ausgehen. Dies liegt daran, dass die sehr trockene Luft im amerikanischen Westen während der Tageskonvektion sehr hohe Wolkenuntergrenzen ermöglicht.
Der Konvektion in der Höhe geht oft das Vorhandensein von Castellanus voraus, das per Definition eine Konvektionswolke ist, deren Aufwinde nicht vom Boden ausgehen (Scorer, Corfidi). Scorer führte den Begriff des Castellatus ein, der für Konvektion in der Höhe charakteristisch ist, ohne diesen Begriff ausdrücklich einzuführen.
Das Konzept der Höhenkonvektion wurde vor etwa 30 Jahren formalisiert. Colman führte den Begriff der erhöhten Konvektion in einem Vortrag ein, den er auf einer NATO- Konferenz im Juli 1982 in Bonas hielt . Branick beschrieb den physikalischen Mechanismus, ohne ihn explizit zu benennen. Corfidi hat zu diesem Thema maßgebliche Arbeiten veröffentlicht, in denen er die Verbindung zwischen oberer Konvektion und Wolken vom Castellanus-Typ deutlich aufzeigt.
Es ist mittlerweile bekannt, dass Konvektion in der Höhe nicht nur in den Great Plains, sondern auch in Europa oder anderswo auftritt, wenn die erforderlichen Bedingungen erreicht sind. Eine 2012 durchgeführte Studie über ein mesoskaliges Konvektionssystem vom 24. Juni 2005 bestätigt, dass in Europa Konvektion in der Höhe auftritt. Dieser stürmische Komplex trat am Morgen auf, was das Vorhandensein einer tiefen Konvektion in der Höhe bestätigt. Von Kelvin-Helmholtz - Wirbel unter dem altocumulonimbus vorhanden war , die Wirkung betrachten kann , verlassen Druckbohrung .
Das Phänomen der Höhenkonvektion ist in Großbritannien noch relativ unbekannt . So erklärte Storm Dunlop 2014:
" Die Wolken der Gattungen Cumulus und Cumulonimbus werden durch Thermik erzeugt, die von der warmen Oberfläche von Land aufsteigt, BESONDERS das von der Sonne erhitzt wurde . "
Französische Übersetzung: „ Wolken vom Typ Cumulus oder Cumulonimbus werden durch thermische Aufwinde erzeugt, die von der heißen Oberfläche aufsteigen, insbesondere wenn der Boden von der Sonne erwärmt wurde. Diese Aussage ist bestenfalls mehrdeutig.
Konvektion in der Höhe kann zu Wolken von großer vertikaler Ausdehnung führen : Altocumulus castellanus oder sogar Altocumulonimbus. Es erfordert dann eine potenziell sehr instabile Wolkenschicht über einer Oberflächentemperaturinversion. Entweder nächtliche Abkühlung der Gipfel oder durch den Auftrieb durch das Vorbeiziehen einer Front oder eines anderen Auslösers, die Luft der Wolkenschicht wird sehr instabil und es bilden sich Konvektionstürme, die eine große Höhe erreichen.
Ein mesoskaliges konvektives System, das durch Instabilität in mittlerer Höhe erzeugt wird, erzeugt eine Masse von Altocumulonimbus. Dies kann der Ursprung von Unwetter sein, wie es am 6. Juni 1993 im Mississippi-Tal passierte, als sintflutartige Regenfälle auf Missouri fielen . Die atmosphärische Sondierung (bei Monett) in Abbildung 5 des Papiers von Rochette, 1999, zeigt eine potentielle verfügbare Konvektionsenergie von 2 258 Joule /kg .
Die Umfrage links in Topeka bestätigt die Umfrage in Monett . Anzumerken ist, dass die Konvektion auf dem Niveau von 670 hPa , also ungefähr in einer Höhe von 3.300 Metern, eingeleitet wurde . Außerdem steigen die Luftpakete auf das Niveau von 150 hPa , also etwa 13 km oder 43.000 Fuß . Folglich hatte der Altocumulonimbus am Ursprung dieser Sintflut eine vertikale Ausdehnung von 10 km , wobei sich diese Wolken von 3 km auf 13 km Höhe entwickelt hatten. Allerdings war die Luft am Boden am frühen Nachmittag mit einer Temperatur zwischen 12 °C und 16 °C kühl. Diese Frischluftmasse wurde daher zu angeblich jede konvektiven Entwicklung zu hemmen; daher hatten die Prognostiker keine nennenswerten Regenfälle erwartet. An diesem Tag fielen jedoch 150 mm Regen auf die Region. Beachten Sie, dass sich eine stationäre Front viel weiter südlich befand.
Es wurde festgestellt , dass es in den Great Plains spät in der Nacht und am frühen Morgen eine Zunahme der Gewitteraktivität gibt . Um dieses Phänomen besser zu verstehen, wurde vom 1. Juni bis 15. Juli 2015 in Kansas eine Studie mit erheblichen Ressourcen durchgeführt und der offizielle Name der Studie lautet Plains Elevated Convection At Night (PECAN).
Die Datenanalyse ist noch im Gange, aber atmosphärische Simulationen scheinen zu bestätigen, dass dieses Wiederauftreten nächtlicher Gewitter auf einen Druck-Gezeiten- Effekt ( auf Englisch Bor genannt ) zurückzuführen ist, der mit einem Jetstream in niedriger Höhe verbunden ist . Tatsächlich hat sich gezeigt, dass die obere Konvektion durch die Gezeitenbohrung und die Entwicklung eines starken, niedrigen Jetstreams von Süden her verstärkt wird. Diese Jets werden auf die gleiche Weise wie in der Höhe gebildet, entweder als Ergebnis einer Schichtung der Temperaturen mit der Höhe, aber in diesem Fall geschieht dies unter der nächtlichen Temperaturinversion und nicht entlang einer baroklinen Zone . Der Strahl endet knapp unter dem Niveau der Spitze der Inversion.
PECAN-Messungen bestätigen, dass ein nächtlicher Jetstream in niedriger Höhe und seine Gezeitenströmung Gewitter in einer instabilen Schicht in der Höhe aushält, wobei ihr Luftauftrieb in der stabilen Schicht als entkoppelter Auslöser für die Konvektion in der Höhe dient. Die durch diese nächtlichen Gewitter induzierten kalten Tropfen verursachen oft Gegendruck-Gezeitenbohrungen und Einzelwellen in der Inversionsschicht, die die Wirkung des Jetstreams verstärken und einen zusätzlichen Auftriebsbeitrag zu den Gewittern ermöglichen und sie am Ende der Nacht verschlimmern. .
Dieser Effekt kann verallgemeinert werden, da er die Bildung organisierter Konvektionswolken begünstigt. Low-Level-Jets und damit verbundene Gezeitenbohrungen sind daher wichtige Elemente bei der Bildung von Böenlinien , mesoskaligen Sturmkomplexen und nächtlichen Derechos .
In Abbildung 5 von Corfidi befinden wir uns in der Gegenwart von Cumulus congestus mit einer hohen Basis am frühen Morgen. Atmosphärische Sondierungen zeigen deutlich, dass Aufwinde nicht vom Boden ausgehen können. Wenn der Himmel am frühen Morgen mit großen Cumuluswolken beladen ist, gibt es also wahrscheinlich Konvektion in der Höhe. Das Vorhandensein von Stratocumulus vesperalis bei Sonnenuntergang kann auch ein Hinweis auf bevorstehende nächtliche Gewitter sein. Ebenso verhält es sich mit Altocumulus castellanus am Himmel, der dazu neigt, sich in Altocumulonimbus zu verwandeln .
Es besteht auch ein hohes Maß an Konvektionsverdacht in der Höhe, wenn ein Nimbostratus regelmäßig regnet und plötzlich eine Sintflut hereinbricht. Das bedeutet, dass im Nimbostratus eine Konvektionszelle eingebettet ist, die vom Boden aus unsichtbar ist.