Angewandte atmosphärische Vertikalsondierung
Ein durch das Gutenberg Lehrkolleg (GLK) gefördertes, innovatives Lehrprojekt.
Das Wettergeschehen lässt sich nur mit präzisen Messungen atmosphärischer Zustandsänderungen verstehen. Radiosonden-Aufstiege mit Wetterballons sind eine einfache und kostengünstige Methode, diese Zustände mittels meteorologischer Sensoren zu detektieren. Der neuartige und angewandte Ansatz dieses GLK Lehrprojekts "Der fliegende Hörsaal" am Institut für Physik der Atmosphäre erlaubt unseren Studierenden, selbsttätig akkurate Vertikalsondierungen von Temperatur, Druck und Feuchte durchzuführen. Die Studierenden bestreiten die Vorbereitungen, Planungen und Durchführungen der Ballonaufstiege, und sie führen die Datensicherung und -auswertung durch. Ziel dieses GLK-Projektes ist, die Studierenden anhand der selbst erlangten Daten zu lehren, Kenntnisse zur vertikalen Schichtung und zu thermodynamischen Prozessen in der Atmosphäre abzuleiten, was anhand von Gruppen-Berichten zum Ende des Sommersemesters 2022 dargelegt wird.
Das Projekt wird durchgeführt von Dr. Ralf Weigel, von Univ. Prof. Dr. Peter Spichtinger und von Univ. Prof. Dr. Holger Tost, unter Mitwirken von Luis Valero Tuya, Luca K. Eichhorn und Alina L. Otto sowie von den Mitarbeitern unserer Werkstätten, Harald Rott, Martin Maurer, Christian von Glahn und Klaus Dieter Wilhelm.
Das Lehrprojekt wird unterstützt durch Univ. Prof. Dr. Peter Hoor, Dr. Philipp Reutter, Matthias Voigt, Rainer Dominik und VAISALA sowie durch den DFG-geförderten Sonderforschungsbereich (TRR 301) "TPChange".
Die "Temps" der Radiosondenaufstiege des IPA im Sommersemester 2022
IPAMZ29: Am 29. Juli machen wir noch einmal bei anständigem Wetter einen Sondenaufstieg, anstatt zu viele Ballons bei brütender Hitze in den wolkenlosen, blauen Himmel zu entlassen. Für 1500 Uhr nachmittags (1300Z) sieht die Vorhersage und das Bild des Niederschlagsradars vielversprechend aus, um eine Radiosonde direkt in der Konvektion aufsteigen zu lassen. Die größten Wolkentürme ziehen zwar nördlich und südlich am Ballon-Startplatz vorbei, aber mit Aufstieg erwischen wir noch eine der größeren Haufenwolken über der Startzone. Zwischen 3,7 km und 5,8 km wird diese Wolke passiert, einer der großen Wolkentürme ist es leider nicht. Die Atmosphäre ist deutlich überadiabatisch geschichtet, im Profil erreicht das CAPE fast 2000 J/kg, was nur geringfügig von der Konvektivhemmung ("CIN") abgeschwächt wird. Oberhalb von etwa 8,5 km wird die Atmosphäre wirklich trocken. Wenn es durch die instabile Schichtung zu einem konvektiven Auftürmen unserer Wolke gekommen wäre, hätte die Wolkenobergrenze nur bis 8,5 km Höhe gereicht, weil darüber die Feuchte für Wolkenbildung vermutlich nicht mehr ausgereicht hätte. Die Tropopause wird bei etwa 11,6 km überschritten. Über alle Höhen hinweg herrscht eine Anströmung aus südwestlicher, bodennah auch westlicher Richtung mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 40 m/s.
IPAMZ28: Im Verlauf des Mittags des 20. Juli hat sich eine mittelhohe Wolkendecke über den Startplatz geschoben. Das Wolken-/Niederschlagsradar kündigt den Durchgang der ersten Gewitterzellen an. Dank des Entgegenkommens der Leitstelle des Mainzer ADAC-Rettungshubschraubers sowie der Luftraumkontrolle des Airfield WI-Erbenheim (VIELEN DANK !) wird kurzerhand um 1700 Lokalzeit (1500Z) eine weitere Sondierung nachgelegt. Zwischen 3,2 km und 6,5 km Höhe wird die dichte Wolkenschicht durchquert. Anhand der Aufstiegsrate (hier nicht gezeigt) und der vertikalen Mächtigkeit der Wolkenschicht wird die eigentliche Gewitterzelle verpasst - über Wiesbaden aufziehende Gewitterwolken waren während der Startvorbereitungen zu beobachten. Oberhalb von 6,5 km Höhe und bis zur Tropopause in etwa 12 km schließt sich eine trockene Schicht an, die in 9 - 10 km durch ein lokales Feuchtemaximum unterbrochen ist. In diesem Höhenbereich erhöhter Feuchte könnte es erneut zu Wolkenbildung gekommen sein, wobei die Messungen auf keine gesättigten Bedingungen hindeuten - es wurde also keine Wolke durchflogen. Das konvektive Potential - ausgedrückt durch den "CAPE"- Index - ist mit über 2200 J/kg wieder hoch, und es wird durch die Konvektivhemmung ("CIN") von etwa -90 J/kg nur geringfügig vermindert. Während vom Boden bis etwa 2 km Höhe der Wind aus unterschiedlichen Richtungen weht, dreht er oberhalb von 2 km auf vorwiegend südiche Anströmrichtung und erreicht dann auch Geschindigkeiten jenseits der 20 m/s.
IPAMZ27: Über den Mittag des 20. Juli hinweg ist es bei bodennaher Windstille im Vergleich zum Morgen spürbar drückender. Zur Startzeit ist der Himmel über dem Startplatz immer noch weitgehend wolkenfrei mit der Ausnahme vereinzelter hoher Cirren. In westliche Richtung sind immer noch die konvektiven Wolkentürmchen zu erkennen, die aber immer wieder in sich zusammenfallen. Zum Horizont ist der Dunst in der Atmosphäre merklich dichter als am Morgen. Die Sonde steig nahezu senkrecht auf und wird erst oberhalb von 2 km Höhe nach Norden getrieben. Der konvektive Index (CAPE) ist mit Werten von mehr als 2500 J/kg stattlich und deutet auf die überadiabatische (instabile) Schichtung der Atmosphäre hin - so würde oberhalb von 2 km Höhe eine Luftmassenhebung zum ungehinderten weiteren Anstieg der Luftmasse und zu massiver Wolkenbildung führen. In einer solchen Situation können sich die Gewitterwolkentürme mit vertikaler Erstreckung bis zur Tropopausenregion ausbilden. Das Potential zur Gewitterbildung ist angekündigt, aber zur Zeit der Sondierung ist davon noch nichts zu sehen. Die Tropopause liegt bei etwa 12 km.
IPAMZ26: Anhaltend hohe Temperaturen in der Region: auch am Morgen des 20. Juli sind die Nachwirkungen der Hitze des Vortages noch zu spüren. Zur Startzeit um 0800 Lokalzeit (0600Z) liegen die bodennahen Temperaturen bereits bei etwa 25 °C. Anhand des Vertikalprofils der Temperatur liegen noch wärmere Luftmassen oberhalb von 600 m Höhe mit einem lokalen Maximum von fast 29 °C in etwa 1 km Höhe. Über dem Startplatz ist der Himmel wolkenlos. Zum Horizont hin nimmt der Dunst zu und verschleiert den Kleinen Feldberg und auch die Frankfurter Wolkenkratzer. Nach Westen sind erste konvektive Wolkentürme auszumachen. Die sehr ruhigen Windbedingungen am Boden setzen sich bis in etwa 4,5 km Höhe fort. Darüber nehmen die Windgeschwindigkeiten auf etwa 5 m/s aus südlichen Richtungen zu. Zwei Luftschichten mit jeweils erhöhter Feuchte liegen bei 5,1 - 5,9 km Höhe sowie bei 7,5 - 9 km Höhe, jedoch ohne Sättigung zu erreichen. Die Tropopause ist bei etwa 12,4 km Höhe auszumachen. Die Flugbahn der Sonde geht vom Startpunkt über Hartenberg-Münchfeld und Amöneburg, über die Wiesbadener Innenstadt nach Niedernhausen. Von dort wechselt die Sonde ihren Kurs nach Ost, wobei der Ballon auf halbem Weg nach Taunusstein in etwa 26,4 km Höhe platzt. Die abgleitende Radiosonde vollzieht über Taunusstein einen neuerlichen Kurswechsel in nördliche Richtungen, und sie landet etwa bei Löhnberg.
IPAMZ25: Zum erwarteten Höhepunkt des Hitzetages 19. Juli um das Hoch "Jürgen" starten wir die Radiosonde um 1700 Uhr Lokalzeit (1500Z) bei Temperaturen am Startplatz von mehr als 35 °C. Die Sperrschicht vom Morgen hat sich deutlich gehoben (auf etwa 2,3 km Höhe) und abgeschwächt. Im Höhenbereich von 6,8 km ist die Luftschicht im Vergleich zum Morgen (IPAMZ24 von 0900Z) sogar noch feuchter geworden, aber erst in etwa 11 km Höhe werden Feuchtigkeiten bis zu Sättigung möglich, wodurch sich hier Cirrus-Wolken bilden können. In etwa 11,3 km Höhe liegt die Tropopause. Die vertikale Verteilung des allgemein schwachen Windes (< 18 m/s) weist auf eine vollständige Umkehr der Anströmung hin, aus zunächst westlichen (< 3,3 km Höhe) über nördliche (3,3 - 6 km Höhe) zu schließlich östlichen Richtungen (> 6 km Höhe). Der Flugpfad der Sonde geht über Gonsenheim, Budenheim und über den Rhein hinweg, und die Sonde pendelt zwischen der Wiesbadener Innenstadt und etwa Hofheim in verschiedenen Flughöhen dreimal hin und her, bevor sie im Abstieg einen Flugweg über Hofheim, Bad Soden und Königstein im Taunus einschlägt und schließlich in der Nähe der Gipfels des Kleinen Feldbergs landet.
IPAMZ24: Hitzetag über Mainz - die durch das Hoch "Jürgen" begünstigte Zuführung besonders heißer Luftmassen aus Südeuropa und Nordafrika wollen auch wir mit der Sondierung am 19. Juli verfolgen. Den ersten Aufstieg machen wir um 1100 Uhr Lokalzeit (0900Z), also vor dem erwarteten Hitzehöhepunkt, bei wolkenlosem, blauem Himmel. Die Sonde steigt zunächst nahezu senkrecht über dem Startplatz auf, schlägt aber im weiteren Aufstieg bis 4 km Höhe einen Kurs auf Finthen ein. Dort dreht der Wind, und oberhalb von 6,5 km kehrt sich die Flugrichtung der Sonde um. Bei weiterem Aufstieg fliegt die IPAMZ24 über die Mainzer Innenstadt in Richtung Kostheim und dreht über Hochheim, Bischofsheim, Gustavsburg auf einen Kurs zurück über die Mainzer Innenstadt bis Gonsenheim (wo der Ballon in etwa 28.8 km Höhe platzt), und schließlich bis zum Landepunkt in Budenheim - wahrlich, ein Mainzer Vertikalprofil! Die bodennahe Sperrschicht (bei etwa 600 Meter Höhe) in Verbindung mit Windstille begünstigt die bodennahe Anreicherung von Luftschadstoffen. Auch die Inversion mit Feinstrukturen im Temperaturprofil zwischen 1,6 km und 2,8 km Höhe riegelt die vertikale Durchmischung der unteren Luftschichten mit der darüber liegenden Luft ab. Zwischen 6,7 km und 7,6 km ist eine Luftschicht auszumachen, die deutlich feuchter ist als die Luft darunter. Die Tropopause ist scharf durch die Gradientänderung des Temperaturprofils und durch die deutlich abfallende Feuchtigkeit in etwa 12,5 km zu erkennen, auch die thermische Tropopause (also der Punkt der kältesten Temperatur) liegt in etwa der gleichen Höhe (12,8 km). Der Wind bleibt insgesamt relativ schwach und bei Geschwindigkeiten von meist unter 10 - 12 m/s.
IPAMZ23: Bei fast vollständiger, hoher Wolkenbedeckung (7/8 alto stratus) erfolgt der Start um 1100 Uhr Lokalzeit (0900Z) am 13. Juli 2022 bei nahezu Windstille am Boden. Die Fernsicht wird durch Dunst eingeschränkt, die Frankfurter Wolkenkratzer sind gerade noch zu erkennen. Zunächst steigt die Sonde in relativ trockener Luft auf. Die Wolkenbasis ist bei etwa 3,8 km erreicht - bis etwa 4.6 km Höhe ist die Luft in Sättigung, und darüber nimmt die Feuchtigkeit stetig ab. Oberhalb des Wolkenniveaus folgt der vertikale Temperaturverlauf bis ca. 8 km Höhe genau der Feuchtadiabate, erst über 8 km weicht der Gradient der Temperaturabnahme von dem der Feuchtadiabate ab, bis die Tropopause in etwa 12,7 km Höhe erreicht wird. Ein zweites Gradient-Merkmal ist im Temperaturprofil bei 13,8 km Höhe zu erkennen, hier liegt die Tropopause anhand des gemessenen Temperaturminimums. Der bodenah aus südwestlicher Richtung wehende, schwache Wind nimmt in der Höhe etwas an Fahrt auf, er bleibt jedoch stets unter 30 m/s Geschwindigkeit, und er treibt die Ballonsonde vorwiegend aus westlichen Richtungen (West und West-Nordwest) an. Über Dieburg ist die Platzhöhe des Ballons in etwa 27,7 km erreicht, und die nach Signalabbruch geschätzte Landezone der Sonde befindet sich irgendwo zwischen Eschau und Mönchberg.
IPAMZ22: Für die zweite Sondierung dieses Tages (07. Juli 2022) hat die Bewölkung kaum abgenommen - nahezu vollständig (8/8) ist der Himmel durch mittelhohe, stratiforme Bewölkung verdeckt. Weiterhin ziehen Regenfelder über den Taunus in Richtung des Kleinen Feldberg. Bodennah hat der Wind in Böen merklich zugenommen, was die Ballonbefüllung erschwert. Mit Aufstieg erreicht die Sonde bei etwa 910 hPa das Hebungskondensationsniveau, wo sich die Luft zwar ausgesprochen feucht aber noch untersättigt gibt. Die Wolkenschicht wird klar bei 2,1 km Höhe passiert. Über der Wolkenschicht nimmt die Lufttemperatur steil um mehrere °C zu, und sie wird auch schnell deutlich trockener. Der Wind dreht in diesem Übergang auch auf vorwiegend Nord als Hauptanströmung. Oberhalb von 9,5 km werden wieder 50 m/s überschritten. Bei 11,7 km Höhe liegt die Tropopause.
IPAMZ21: Die Vorderseite eines Hochdruckrückens, der sich langsam von der Biskaya ostwärts auf den Kontinent verlagert, bringt am 07. Juli 2022 den Polarjet mit vorwiegend nördlicher Strömungskomponente in die Reichweite der Startzone. Zur Startzeit ist der Himmel nahezu vollständig bedeckt - dunkle und schwere Bewölkung verdeckt die Sicht auf den Feldberggipfel. Die Wolkenkratzer Frankfurts sind im Dunst nur schwer auzumachen. Sichtbar reihen sich Niederschlagsgebiete in Serien von Westen her in Richtung Feldberg entlang der Taunushänge nacheinander auf - der Startplatz liegt bis auf kurzen Niesel im Trockenen. In etwa 1 km Höhe (900 hPa) decken sich das Hebungskondensationsniveau und der Sättigungspunkt - die Lufttemperatur entspricht nahezu der Taupunkttemperatur. Vertikal erstreckt sich diese Sättigungszone bis etwa 3,5 km. Darüber nimmt die Feuchtigkeit der Luft deutlich ab, und bei 3,7 - 4,3 km Höhe scheint eine Sperrschicht den vertikalen Austausch zwischen der nahezu gesättigten Luft (< 3,7 km) und der sehr trockenen Luft (> 3.7 km) zu verhindern. In der trockenen Schicht nimmt im verikalen Verlauf die Windgeschwindigkeit deutlich zu und übersteigt in Spitzen 50 m/s.
IPAMZ20: Die Sondierung am späteren Nachmittag des 06. Juli 2022 zeichnet sich durch sehr scharfe Konturen aus. Die Grenzschicht ist anhand des Temperaturverlaufs bei 1,6 km Höhe und anhand der Windstille in dieser Höhe scharf abgeschnitten. Auch die Tropopause ist in 11,3 km Höhe als eine scharfe Gradientänderung des vertikalen Temperaturverlaufs auszumachen - in genauer Deckung liegt hier auch der kälteste Temperaturpunkt des Vertikalprofils. Dazwischen (bei etwa 6 km) ist in dem Grenzschichtresiduum auch eine erhöhte Feuchte bis fast zu Sättigung zu verzeichnen. Die Ausbildung einer Wolkenschicht in dieser Höhe ist wahrscheinlich, obgleich die Sonde hier keine Wolke passiert hat. Darunter ist die Luft deutlich trockener, weist dafür bei 2 - 5,5 km aber vertikale Feinstrukturen auf, die oberhalb von 6 km und unterhalb von 1,5 km gar nicht zu erkennen sind. Vieles deutet auf mindestens drei verschiedene, übereinander liegende Luftschichten hin. Der Aufsteig war anhand der Vorhersage für den Zeitpunkt vor einem Warmfrontdurchgang geplant worden. Die Windrichtung ist vorwiegend Ost bis Nordost über alle Höhen mit Geschwindigkeit von selten mehr als 20 m/s.
IPAMZ19: Bei schönstem Sommerwetter mit Schönwetter-Bewölkung wird die Sondierung des 05. Juli vorbereitet. Das Hebungskondensationsniveau wird in einem Druckniveau von etwa 830 hPa bestimmt, die sichtbare Cumulusbewölkung liegt indessen bei 2,3 km Höhe, wo auch ein lokales Maximum der Feuchte zu verzeichnen ist, obwohl die Sättigung bei der Sondierung nicht erreicht wird. Tatsächlich bahnt sich die Sonde bei Aufstieg ihren Weg vorwiegend durch die Wolkenlücken. Der bodennahe, leichte Wind aus Ost nimmt mit der Höhe bei gleichbleibender Richtung an Geschwindigkeit zu. Die Tropopause liegt bei etwa 10,8 km.
IPAMZ18: Auch zum dritten Aufstieg des Tages (01. Juli 2022) bleibt die dichte und niedrige Bewölkung erhalten. Sowohl der Feldberggipfel als auch die Frankfurter Wolkenkratzer hüllen sich in Wolken. Kurz vor Start herrscht bodennah fast Windstille, und der Ballon steigt fast senkrecht über dem Startplatz auf. Unterhalb der Grenzschichtoberkante ( ~ 3,5 km) dominieren Windrichtungen aus Ost. Geringfügige Instabilitäten sind im Temperaturprofil zu erkennen, die bleiben aber ohne nennenswerte Auswirkung. Oberhalb der Grenzschicht dreht der Wind wieder mit zunehmenden Geschwindigkeiten auf Süd und bleibt die vorherrschende Windrichtung bis etwa 14 km Höhe. Eine ausgesprochen trockene Luftschicht liegt zwischen 3,6 und 6 km Höhe. Darunter gibt es mindestens zwei Wolkenschichten (bei ~ 1 km und ~ 3,2 km). In einer Höhe von etwa 7,4 km ist anhand der Taupunkttemperatur eine weitere Wolkenschicht wahrscheinlich. Die Tropopause liegt bei etwa 9,6 km Höhe.
IPAMZ17: Bei noch anhaltender aber zunehmend lückenhafter Schichtbewölkung (Feldberggipfel weiterhin in Wolken) steigt die zweite Sonde des Tages (01. Juli 2022) auf. Direkt über der Startzone eröffnet sich eine Wolkenlücke und verschiedene, übereinander liegende Wolkenschichten sind sichtbar. Die Grenzschicht-Oberkante hat sich auf etwa 1,5 km Höhe gehoben. Die Sonde erreicht zwar immer noch das Kondensationsniveau in vergleichsweise niedrigen Höhen (922 hPa), allerdings reicht die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit erst oberhalb von 3 km Höhe für die Ausbildung einer Wolkenschicht von etwas 1,5 km vertikaler Mächtigkeit; darüber bleibt die Luft zunächst anhaltend feucht. Erst oberhalb von etwa 8,8 km wird die Luft deutlich trockener. Die Tropopause liegt anhand der markanten Gradientänderung des Temperaturprofils bei 10,2 km Höhe. Wie am Morgen dreht die anfängliche Anströmung aus Ost auf Süd, allerdings erst oberhalb von 3 km Höhe. Auf dem 100 hPa-Niveau dreht der Wind wieder auf eine Anströmung aus Ost.
IPAMZ16: Die Sondierung am Morgen des 01. Juli 2022 erfolgt auf der Rückseite einer in der Nacht durchgezogenen Front. Der Gipfel des Kleinen Feldberg (Taunus) ist in einer dichten (7/8), stratiformen Wolkenhülle nicht auszumachen. Das Kondensationsniveau wird bereits in geringer Höhe (972,7 hPa) erreicht. Die Gradientänderung der Temperatur deutet die Oberkante der Grenzschicht bei etwa 1 km Höhe an. Das Profil der Taupunkttemperatur weist auf mehrere Wolkenebenen hin ( ~ 2,3 km; ~ 3,2 km; ~ 5 km), das Temperaturprofil zeigt im vertikalen Verlauf multiple Strukturen. Die Kaltpunkt-Tropopause ist klar bei etwa 11,4 km abgebildet, mit deutlichem Temperaturanstieg oberhalb der Tropopausenhöhe, mit deren Überquerung die Luft schlagartig sehr trocken wird. Während bodennah die Ballonsonde nach Westen hin vom Startplatz abhebt, nimmt oberhalb von ~ 1,5 km die Südkomponente des Windes zu. Fast während des gesamten Aufstieges oberhalb von 2 km Höhe wird die Sonde in Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 40 m/s vorwiegend nach Norden getrieben.
IPAMZ15: Die abschließende Sondierung des Tages (23. Juni) wird unter zunehmend quellenden Bedingungen durchgeführt. In der Umgebung des Startplatzes sind zahlreiche, sich aufbauende Wolkentürme auszumachen, die teilweise wieder zusammenfallen. Über den Tag sind die Bedingungen spürbar drückender geworden. Von morgentlich 23 °C, über ca. 27 °C am Mittag, liegen die Bodentemperaturen nun bei über 30 °C. Der Konvektionsindex "CAPE" übersteigt 1400 J/kg und damit mehr als das 10-fache des Wertes vom Morgen (IPAMZ13). Die Tropopausenhöhe liegt anhand der markanten Gradientänderung im Temperaturprofil bei 10,1 km. Die Lufttemperatur nimmt oberhalb der Tropopause weiter ab und unterläuft -50 °C bei etwa 12 km, darüber kühlt die Luft weiter ab, jedoch mit weniger steilem Gradienten. Knapp unterhalb der Tropopause wird eine Luftschicht mit deutlich erhöhter Feuchtigkeit verzeichnet. Auch die vertikale Verteilung der Windrichtungen wird durch die Tropopause scharf getrennt: oberhalb strömt die Luft aus südwestlichen bis westlichen Richtungen, unterhalb der Tropopause treibt der Wind die Radiosonde aus südöstlichen bis südlichen Richtungen an. Zum Ende der Sondierung sorgen zwei Regengebiete für kurze Schauer über der Startzone, um etwa 1930 Uhr (LT).
IPAMZ14: Für die zweite Sondierung des Tages (23. Juni) hat sich die bodennahe Sperrschicht auf etwa 850 hPa (1,5 km Höhe) gehoben. Da sich hier Taupunkttemperatur und Lufttemperatur sehr nahe kommen, ist der Durchflug durch ein Wolkenlevel angezeigt. Die im Vergleich zum Morgen zunehmend dichtere Quellbewölkung ist vom Startplatz aus erkennbar, ein direkter Wolkendurchflug der Radiosonde wird bei Aufstieg jedoch nicht beobachtet. Oberhalb von 850 hPa (1,5 km Höhe) gibt sich das Temperaturprofil erneut überadiabatisch, und insgesamt wird ein Wert des Konvektionsindex "CAPE" von über 1000 J/kg erreicht. Die Tropopause wird anhand der "lapse-rate" - Definition mit 11 km angesetzt. Oberhalb von 11 km Höhe bleibt die Temperatur über mehr als einen Höhenkilometer hinweg nahezu konstant (der Temperaturverlauf läuft von 11 km bis 12 km entlang der -50 °C Isotherme). Erst über 12,2 km sinkt die Temperatur stetig weiter. Die Ostkomponente der horizontalen Anströmung ist nur in den untersten 3 km über dem Boden mit weniger als 10 m/s gegeben, oberhalb von 3 km bis etwa 9,5 km wird die Radiosonde vorwiegend aus Süd, und weiter oberhalb aus südwestlichen Richtungen mit Spitzen von bis zu 20 m/s getrieben.
IPAMZ13: Über den Tag des 23. Juni hinweg ist die Startzone in Reichweite der Ausläufer eines Biskaya-Tiefs, trotz des allgemeinen Hochdruckeinflusses in der Startregion. Die Vorhersage deutet auf zunehmende Konvektion im Verlauf des Tags hin - eine geeignete Lage, um wiederholte Profilmessungen nachträglich mit den Reanalysdaten zu vergleichen. Daher sind gleich drei Sondierungen angesetzt, ein Dank für die Erlaubnis an die Luftraumkontrolle in Wiesbaden-Erbenheim sowie an die Rettungleitstelle an den JGU Unikliniken. Bei etwa 920 hPa (ca. 800 Meter Höhe) ist eine Inversion zu erkennen, oberhalb der sich die Schichtung bis etwa 800 hPa (bis ca. 2 km) leicht überadiabatisch (feucht-neutral bis -labil) darstellt. In der bodennahen Inversion ist die Feuchte zwar erhöht, reicht entlang des Sondenfluges aber nicht zur Sättigung. Oberhalb von 2 km Höhe ist die Schichtung stabil, und das Temperaturprofil weist Strukturen auf, die mit stetig trockener werdender Luft aber keinen Einfluss haben. Die Tropopause ist anhand der markanten Änderung des Temperaturgradienten bei 10,7 km Höhe zu erkennen, darüber bleibt die Temperatur über einen Höhenkilometer hinweg nahezu konstant, bzw. nimmt mit zunehmender Höhe weiterhin leicht ab. Eine besondere Eigenheit dieses Fluges ist zudem die Anströmung aus Süd oberhalb von 2 km Höhe, die zwischen 7 km und 10 km sogar eine deutliche Ost-Komponente aufweist.
IPAMZ12: Einmal mehr liegt die Startzone am Flugtag (15. Juni 2022) unter Hochdruckeinfluss, was einen weiteren "Schönwetter"-Flug garantiert. Während der Startvorbereitungen sind vereinzelte Cirren-Felder und einige, über Minuten stabile Kondensstreifen auszumachen. Die Sicht auf den Feldberg ist klar. Sehr schwacher Wind erreicht den Startplatz aus unterschiedlichen Richtungen. Das Profil gibt die bodennah sehr ruhigen Windverhältnisse wieder, auch darüber bleiben die Windgeschwindigkeiten deutlich unter 20 m/s. Das Temperaturprofil weist im vertikalen Verlauf einige Strukturen auf, eine bodennahe Grenz- oder Sperrschicht ist indessen nicht deutlich ausgeprägt. Die Erhöhung der Taupunkttemperatur bei etwa 2 km reicht nicht aus, dass die Luft in den Bereich von Sättigung als Voraussetzung für Wolkenbildung kommt. Darüber liegt eine deutlich trockenere Luftschicht. Erst bei 8-9,5 km ist die Luft feuchter, ohne dass sich Wolken auf natürlichem Weg bilden. Gleichwohl ist durch diese Bedingungen die Bildung von Kondensstreifen in dieser Höhe begünstigt. Die Tropopause ist scharf bei ca. 11,8 km (anhand der "lapse-rate"- Definition) bzw. bei ca. 11,9 km (anhand des Temperaturminimums) abgebildet.
IPAMZ11: Die Kaltfront, die nach der Analyse für den Morgen des 08. Juni noch über der Westküste Frankreichs lag (siehe Text zu IPAMZ10), ist weiter nach Osten in Richtung Startgebiet vorgerückt. Dennoch liegt der Startplatz zur geplanten Aufstiegszeit (1500 LT) immer noch vor der nahenden Front. Der Himmel ist vollständig bewölkt, aber Frankfurt und der Feldberg sind gut zu erkennen. Über dem Taunus ist Niederschlag auszumachen. Während der Vorbereitung fällt auch am Startplatz kurzzeitig leichter Regen. Das Vertikalprofil der Temperatur läßt auf eine stabil geschichtete Atmosphäre schließen. Der Aufstieg erfolgt außerhalb von Wolken bis in ca. 2 km Höhe. Zwischen 2 km und 7,4 km Höhe sind anhand der Sondenmessungen nahezu durchgehend gesättigte Bedingungen vorzufinden - mit Ausnahme einer Schicht zwischen 4,4 km und 5,6 km Höhe, in der leichte Untersättigung detektiert wird. Oberhalb von 7,4 km findet sich kein Indiz mehr für das Auftreten von Sättigung. Die Tropopause ist distinkt bei 10,8 km Höhe wiedergegeben. Windgeschwindigkeiten von 20-30 m/s werden nur knapp unterhalb der Tropopause bestimmt.
IPAMZ10: Am 08. Juni spielen zwei Tiefdruckgebiete über den britischen Inseln und über dem Skagerrak dem Startgebiet einige Wetterwechsel zu. Für den Start am Vormittag (1100, LT) gibt sich der Gipfel des Feldbergs in Wolken, Frankfurt ist im Dunst verschleiert. Der Lerchenberg sowie Wiesbaden sind klar auszumachen. Während der Startvorbereitung herrscht Quellbewölkung vor. In Richtung West-Nordwest nimmt die sich vertikal aufbauende Bewölkung erkennbar zu. Zwischen den Quellwolken ist Alto-Cumulus sowie auch Cirrus-Bewölkung auszumachen, in Richtung Osten hingegen wenig Bewölkung und "Schönwetter". Der Wind kommt sehr schwach aus wechselnden Richtungen. Zur Startzeit hin wird der Wind böig, die Quellbewölkung baut Amboss-Strukturen aus. Das Temperaturprofil deutet oberhalb von 1 km auf eine stabile Schichtung hin, unterhalb von 1 km verläuft das Temperaturprofil nahezu auf der Trockenadiabate, was eine trocken-neutrale Schichtung wiedergibt. In etwa 1 km Höhe wird Sättigung erreicht, wo sich auch die unterste Wolkenschicht bildet. Unterhalb einer stark ausgeprägten Sperrschicht bei ca. 3 km Höhe wird ein zweites Mal eine ca. 250 m hohe Wolkenschicht durchquert. Bei ca. 6,5 km könnte sich eine weitere Wolkenschicht andeuten, wobei die Sonde aber keine gesättigten Bedingungen detektiert. Die Tropopause ist bei 11 km Höhe scharf abgezeichnet (übereinstimmend nach Gradientkriterium und Temperaturminimum). Der Konvektionsindex ("CAPE") ist unauffällig, horizontale Windgeschwindigkeiten bleiben vorwiegend unter 20 m/s.
IPAMZ9: Zwei Tiefdruckgebiete, eines über den britischen Inseln und Skandinavien, das andere über den Azoren - dem gegenüber der Rücken eines Hochs über dem Mittelmeer: diese bewirken, dass das Startgebiet am 1. Juni in einer beruhigten Wetterzone liegt. Zum Zeitpunkt des Startes wird nahezu Windstille und eine Cumulusbewölkung beobachtet, welche sich im Profil am ehesten im Bereich zwischen 1,5 und 2 km darstellt, wobei durch die Sonde keine Sättigung detektiert wird. Im vertikalen Temperaturverlauf ist eine vorwiegend stabile Schichtung abgebildet, dennoch werden hier zahlreiche Strukturen wiedergegeben, wie etwa bei 2 km, 4 km, 5 km sowie bei etwa 6,5 km. Solche Strukturen deuten auf Schichten hin, die eine vertikale Durchmischung bremsen oder verhindern, sogenannte Sperrschichten. Oberhalb von 3,5 km nehmen die Windgeschwindigkeiten aus vorwiegend West deutlich zu und überschreiten in Spitzen Geschwindigkeiten von 40 m/s. Dadurch wird die Sonde sehr weit getragen, und sie findet sich in Thüringen, im südlichen Saale-Orla-Kreis nahe der Ortschaft Schlegel, wieder
IPAMZ8: In der Nacht zum 25. Mai ist eine Front mit Niederschlag über das Startgebiet gezogen, der Aufstieg erfolgt nach einem Luftmassenwechsel. Die Achse eines Tiefdrucktroges mit Zentrum über Island verläuft westlich der Startzone über den BeNeLux-Staaten. Während der Vorbereitungen zum Start um 1100 (LT) herrscht ein leichter Wind aus westlicher bis südwestlicher Richtung. Ringsum sind zahlreiche Cumuli (Quell- bzw. Schönwetterwolken) zu sehen. Das Temperaturprofil weist eine sehr stabile Schichtung aus - sowohl Trocken- also auch Feuchtadiabaten zeigen höhere Abkühlraten pro Höhenintervall als die aktuelle Temperaturmessung abbildet. Das Niveau der Quellbewölkung ist anhand der Profildaten bei etwa 1,2 km Höhe auszumachen. Darüber divergieren Taupunkt- und Lufttemperatur schnell mit der Höhe, oberhalb von 3 km bleibt die Luft generell zu untersättigt für Wolkenbildung. Der Wind treibt den Ballon bis in 6,5 km Höhe vorwiegend aus westlicher Richtung an, darüber dreht der Wind auf nördliche Richtungen, wo die Geschwindigkeiten auch bis 30 m/s erreichen, über 12 km dreht der Wind wieder auf West. Die Tropopausenhöhe liegt bei ca. 11 km.
IPAMZ7: Endlich Wetter! Die Grenze zwischen dem Hochdruckrücken und dem Tiefdruckgebiet westlich der britischen Inseln hat sich etwas verschoben. Damit kommt die Startzone spürbar in Reichweite der Tiefdruckausläufer. Die Anströmung passiert aus nördlicher bis nordwestlicher Richtung. Von dort sind in ca. 20 km Entfernung während der Vorbereitung zur Startzeit um 1430 (LT) die Fallstreifen aufziehenden Niederschlags auszumachen. Deutlich ist die konvektive Hebung der Luft anhand der Wolkenformationen ringsum visuell wahrzunehmen, der Gipfel des Feldbergs liegt in Wolken, wohingegen die Skyline Frankfurts zu erkennen ist. Der Sondenaufstieg erfolgt weitestgehend außerhalb von Wolken, zwischen 3,7 und 5 km werden vergleichsweise hohe relative Feuchten aber keine Sättigung erreicht. Die feuchtlabile Schichtung der Atmosphäre wird insbesondere in Höhen von 1 km bis 2,6 km durch den Temperaturverlauf in Bezug auf die Feuchtadiabaten deutlich. Ein Wert des Konvektionsindex ("CAPE") von fast 1500 J/kg deutet auf ein deutliches Gewitterpotential hin. Bei diesem Sondenstart wird die 30km-Höhenmarke um 500 Meter überschritten! Platzhöhe des Ballons: 30551 Meter.
IPAMZ6: Während sich ein Tiefdruckgebiet, welches ein munteres Wettertreiben versprechen würde, noch westlich der britischen Inseln befindet, lieg am 18. Mai die Startzone noch im Einfluss eines Hochdruckrückens. Der Feldberg ist gut zu sehen, während die Türme Frankfurts im Dunst verschleiert sind. Cirrus-Bewölkung sowie zahlreiche Kondensstreifen sind auszumachen. Anfänglich herrscht Windstille, während der Vorbereitungen zur Startzeit um 1100 (LT) hin lebt der Wind jedoch aus südöstlicher Richtung etwas auf. Im vertikalen Verlauf bleibt der Wind deutlich unter 20 m/s. Die Tropopause wird bei etwa 12,2 km verortet. Eine trockenstabile aber feuchtneutrale bis leicht feuchtlabile Schichtung deutet sich in dem Profil an. Der vertikale Verlauf der Lufttemperatur ist dem der Feuchtadiabaten sehr ähnlich, und der Konvektionsindex ("CAPE") ergibt von Null abweichende Werte. Gleichwohl wird Kondensation nicht ausgelöst, denn die Feuchtigkeit reicht zum Zeitpunkt des Aufstiegs für Wolkenbildung nicht aus. Auch dieses Mal wird kein Streckenrekord gebrochen, die Sonde landet südlich von Heppenheim.
IPAMZ5: Um 1100 (LT) startet die Sonde an diesem 11. Mai bei weitestgehend wolkenlosen aber dunstigen Bedingungen auf. So ist der Taunus an diesem Morgen in einem Schleier auszumachen, wohingegen die Wolkenkratzer in Frankfurt/Main ganz vom Dunst verhüllt sind. Das Startgebiet liegt auf der Grenze zwischen einem Tiefdrucksystem, das von Island bis Grönland reicht, und einem Hochdruckgebiet zwischen iberischer Halbinsel und den Azoren. Mitteleuropa wird aus westlichen bis südwestlichen Richtungen angeströmt. Die Startzone liegt am äußersten Einfluss-Rand der nordatlantischen Tiefausläufer. Anhand des Vertikalprofils dreht der Wind mit der Höhe nahezu nicht, er kommt meist aus westlichen Richtungen und übersteigt dabei Geschwindigkeiten von 20 m/s. Die Tropopause wird nach der "lapse-rate" - Definition der WMO bei fast 12 km Höhe ausgemacht. Für die alternative Bestimmung der Tropopausenhöhe anhand des Kälteextrems im Temperaturprofil ergibt sich die thermische, oder Kaltpunkt-Tropopause bei 13,4 km.
IPAMZ4: Mitteleuropa liegt an diesem 06. Mai unter dem Einfluss eines Hochs, dessen Lage über der Startzone nur schwache Horizontalwinde ermöglicht. Zur Startzeit, um 0930 (LT), ist der Himmel über dem Startgebiet völlig klar mit Sichtweiten bis Frankfurt/Main, nur am Horizont ist ein Cirrus auszumachen. Am Boden herrscht nahezu Windstille. Anhand des Temperaturprofils ist die Sperrschicht bei etwa 2 km Höhe (800 hPa) auszumachen sowie eine schwach ausgeprägte Inversion in etwa 600 m über dem Boden. Oberhalb von 2 km sind Strukturen im Temperaturprofil zu erkennen, wahrscheinlich Grenzschichtresiduen der vorangegangenen Tage unter ähnlichem Hochdruckeinfluss. Die Beobachtung des wolkenlosen Himmels wird durch den Temp bestätigt, Sättigung wird beim Aufstieg nie erreicht. Der Sondenflug ist der mit der kürzesten Reichweite: mit dem Umweg über 28,6 km Maximalhöhe kommt die Sonde bei Mommenheim herunter.
IPAMZ3: Der 29. April beschert überwiegend ruhigen Hochdruckeinfluss in Mitteleuropa und in der Startzone. Die Frankfurter Skyline liegt um 1030 (LT) in leichtem Dunst, ist aber klar auszumachen. Nach anfänglichem Aufstieg in nordwestliche und später westliche Richtungen, dreht die Fahrtrichtung des Ballons oberhalb von 3,1 km auf östliche Richtung bei relativ schwachem Wind von selten mehr als 10 m/s. Wolken werden bei diesem "Schönwetteraufstieg" nicht angetroffen, die Lufttemperatur über das gesamte Vertikalprofil hinweg kommt der Taupunkttemperatur nicht einmal nahe. Die Tropopause liegt heute bei etwa 11 km Höhe.
IPAMZ2: Am 06. April bestimmen zwei Tiefs - nordwestlich der britischen Inseln sowie über Skandinavien - die Wetterlage über Kontinentaleuropa mit Einströmung von Westen. In den frühen Morgenstunden liegt die Startzone im Warmluftsektor zwischen den Fronten der nordatlantischen Zyklone. Zur Aufstiegszeit (0930 LT = 0730 Z) sind die untersten Luftschichten noch durch eine ausgeprägte Temperaturinversion in etwa 1,5 km Höhe vertikal abgeriegelt, gleichzeitig ist hier auch eine dünne Schicht mit Sättigungsbedingung angedeutet, während es oberhalb von 1,7 km zu untersättigt ist.
IPAMZ1: Am 31. März 2022 startet die erste RS41 vom Dach der Naturwissenschaftlichen Fakultät der JGU in Mainz. Der Aufstiegsort steht unter Einfluss zweier Tiefs, die jeweils über Finnland und über dem Golf von Genua liegen und eine Höheneinströmung von Südwesten bewirken. Bodennahe verursacht das Genuesische Tief lokale Einströmung aus Ost. Beim morgentlichen Start ist die bodennahe Sperrschicht in etwa 1 km Höhe durch eine Temperaturinversion, einhergehend mit einer Wolkenschicht bei ca. 920 hPa, auszumachen. Darüber bildet der Temperaturverlauf eine stabil geschichtete Atmosphäre ab, mit einer weiteren Wolkenschicht bei 650-720 hPa (2,5-3,4 km Höhe) und der Tropopause in etwa 11 km Höhe.