LFC und EL entstehen erst aus dem gemeinsamen Verlauf von Parcel und Umgebung.
Unterhalb des LCL folgt das ungesättigte Parcel näherungsweise dem trockenadiabatischen Pfad. Oberhalb des LCL verwendet dieses Kapitel den pseudoadiabatischen Flüssigwasserpfad aus M4K5. Die Umgebung besitzt dagegen ihr eigenes Temperatur- und Feuchteprofil.
Entscheidend ist deshalb nicht nur Tp−Te, sondern der virtuelle Temperaturkontrast. Wasserdampf verändert die Dichte beider Zustände und damit das Vorzeichen des Auftriebs.
Am LFC wird der Parcelauftrieb im betrachteten gesättigten Pfad erstmals positiv.
Für die soundingartige Konvention dieses Kapitels wird ab dem LCL nach der ersten Auftriebsnullstelle gesucht, an der B von nichtpositiv zu positiv wechselt. Liegt bereits am LCL positiver Auftrieb vor, fällt das LFC mit dem LCL zusammen.
Oberhalb dieses Niveaus braucht das idealisierte Parcel keine weitere äußere Hebungsarbeit, um in der unmittelbar folgenden positiven Auftriebsschicht weiter zu beschleunigen. Reale Konvektion bleibt trotzdem von Impuls, Mischung und dreidimensionaler Dynamik abhängig.
Sättigung und freie Konvektion beantworten zwei verschiedene Fragen.
Am LCL gilt eine Feuchtebedingung: der aktuelle Dampfdruck erreicht die Sättigungsgrenze. Am LFC gilt eine Kraftbedingung: der Parcelzustand wird gegenüber der Umgebung positiv auftriebsfähig. Zwischen beiden Niveaus kann ein gesättigtes Parcel weiterhin negativen Auftrieb besitzen.
Genau diese mögliche Schicht zwischen LCL und LFC wird später für CIN wichtig; die Flächenintegration selbst folgt aber erst in M4K8.
Das EL ist die erste obere Nullstelle nach einer positiven Auftriebsschicht.
Steigt das Parcel durch die positiv auftriebsfähige Schicht, kann ein stabileres Umweltprofil seinen thermodynamischen Vorteil wieder abbauen. Das EL ist die erste Höhe oberhalb des LFC, an der B von positiv zu nichtpositiv zurückkehrt.
Das EL ist kein mechanischer Deckel. Ein Parcel mit endlicher Vertikalgeschwindigkeit kann aufgrund seiner Trägheit über das thermodynamische Gleichgewichtsniveau hinausschießen. Die Overshoot-Dynamik ist daher nicht mit der Definition des EL identisch.
Parcel- und Umweltprofil gemeinsam verändern und die Nullstellen direkt verfolgen.
Das Lab verwendet ein bewusst reduziertes Zweischicht-Umweltprofil: einen unteren und einen oberen Temperaturgradienten mit frei wählbarer Übergangshöhe. Die Umweltfeuchte bleibt bei 50 % RH; das Parcel startet bei 1000 hPa und 20 °C Umgebungstemperatur mit wählbarem Temperaturkontrast und eigener relativer Feuchte.
Nicht jedes Profil enthält beide charakteristischen Niveaus.
Bleibt B oberhalb des LCL überall nichtpositiv, existiert im betrachteten Höhenbereich kein LFC. Wird B positiv, kehrt aber bis zur Modellobergrenze nicht wieder auf null zurück, liegt das EL oberhalb des betrachteten Profils. Beide Fälle sind physikalisch zulässige Diagnosen und keine Rechenfehler.
Reale Soundings können mehrere positive und negative Auftriebsschichten enthalten.
Inversionen, trockene Zwischenschichten und komplexe Feuchteprofile können mehrere B=0-Durchgänge erzeugen. Dann hängt die meteorologische Interpretation von Parcelwahl, Auslöseweg und zusammenhängender Auftriebsschicht ab. Das Lab verwendet absichtlich nur ein Zweischicht-Umweltprofil und meldet den ersten LFC/EL-Paarungsbereich oberhalb des LCL.
Die Nullstellen sind nur so realistisch wie Parcel- und Umweltmodell.
Das Lab setzt ein festes zweischichtiges Temperaturprofil, 50 % Umwelt-RH, hydrostatischen Druck, sofortige Druckanpassung und pseudoadiabatische Kondensatentfernung voraus. Entrainment, Niederschlagsbeladung, dynamischer Druck, Eis- und Mischphasenphysik sowie Windschub fehlen. Unter 0 °C bleibt der Parcelpfad eine unterkühlte Flüssigwasser-Näherung.
M4K4 bestimmte das LCL aus dem isolierten trockenadiabatischen Parcelpfad. M4K6 integriert den gemeinsamen Druck dagegen hydrostatisch aus dem vorgeschriebenen Umweltprofil. Bei identischem Parcel-Startzustand können sich die diagnostizierten LCL-Höhen deshalb um wenige Meter unterscheiden; die zugrunde liegende Sättigungsphysik e = e_sw(T) bleibt identisch.
CAPE und CIN werden hier bewusst noch nicht integriert. K6 lokalisiert nur die relevanten Nullstellen; die Flächen beziehungsweise Energieintegrale folgen in M4K7 und M4K8.
LCL, LFC und EL bilden eine Abfolge aus Feuchte- und Auftriebsdiagnostik.
Das Parcel erreicht Sättigung; über das Vorzeichen von B ist damit noch nichts entschieden.
Oberhalb des LCL beginnt die erste positiv auftriebsfähige Schicht.
Die erste positive Schicht endet an der oberen Rückkehr zu B = 0.
Die Nullstellen werden aus Tv,p und Tv,e, nicht nur aus T bestimmt.
Es können LFC oder EL fehlen; reale Soundings können zusätzliche Nullstellen besitzen.
M4K7 integriert die positive Auftriebsschicht zwischen LFC und EL als CAPE.
Cross-References
Wie wird aus der positiv auftriebsfähigen Schicht zwischen LFC und EL eine spezifische Energie für konvektive Beschleunigung?