Kelvin-Helmholtz-Wellen – Wie entstehen die Wellen am Himmel?

Manchmal kann man ein besonderes Wolkenphänomen beobachten, dann sehen Wolken aus wie Wellen, die auf dem Meer zu brechen scheinen. Diese so genannten Kelvin-Helmholtz-Wellen sind nach dem britischen Physiker, Mathematiker und Ingenieur Lord Kelvin (1824-1907) und dem deutschen Mediziner, Physiker und Mathematiker Hermann von Helmholtz (1821-1894) benannt. Kelvin (1871) und Helmholtz (1868) behandelten die Entstehung der Wellen in detaillierten Abhandlungen. Häufig findet man sie unter dem Begriff Kelvin-Helmholtz-Instabilität, welcher das Phänomen besser beschreibt, denn sie entstehen durch wellenförmige Instabilitäten einer Scherströmung. Sie sind also durch Wolken sichtbar werdende Scherungswellen. Im neuen Wolkenatlas der WMO (cloudatlas.wmo.int) werden die Wolkenwellen auch als Unterart Fluctus bezeichnet.

Wenn Warmluft auf Kaltluft aufgleitet, bewegen sich die verschieden warmen und unterschiedlich dichten Luftschichten anfangs mit konstanter Geschwindigkeit gegeneinander. Wird diese Grenzfläche durch vertikale Windscherungen (zum Beispiel durch Hebung an einem Berg) gestört, wird der Strömungsverlauf instabil und wellenförmig. Durch die Windscherung werden die Wellenberge und -Täler gegeneinander versetzt, wodurch die Grenzfläche die Form einer brechenden Welle annimmt. Letztendlich sind die Kelvin-Helmholtz-Wellen also ein Zeichen dafür, dass sich die verschiedenen Luftmassen allmählich vermischen.

Normalerweise ist dieses Wolkenphänomen recht selten, aber im Gebirge ist es recht oft zu beobachten. Am häufigsten tritt es an einer tiefen liegenden Wolkendecke auf, welche am Oberrand einer Kaltluftschicht im Tal liegt. Befinden sich darunter beispielsweise Kraftwerke, kann deren warmer Wasserdampf zu Instabilitäten und manchmal auch zu Kelvin-Helmholtz-Wellen führen. Aber auch, wenn verschiedene Luftmassen sich über dem Gebirge treffen oder bei Föhnlagen sind sie manchmal am Himmel zu finden.

Text: Claudia Hinz (Fachausschuss Amateurmeteorologie)
Bilder: Tracy Kiszler