In der vergangenen Woche wurde aus gegebenem Anlass im Thema des Tages auf den Einfluss des menschengemachten Klimawandels auf Hitze, Dürre und Vegetationsbrände eingegangen. Der heutige Beitrag widmet sich einer etwas spezielleren Veränderung in der Atmosphäre infolge der gestörten Energiebilanz des Erdsystems.

"Big whirls have little whirls,
That feed on their velocity;
And little whirls have lesser whirls,
And so on to viscosity."

So lautet das – zumindest in der Meteorologie – berühmte Zitat des britischen Meteorologen Lewis Fry Richardson. Richardson beschäftigte sich unter anderem ausgiebig mit dem Phänomen der Turbulenz, worauf sich auch das obige Zitat bezieht. Frei übersetzt beschreibt das Gedicht das Konzept turbulenten Zerfalls atmosphärischer Strömungen aufgrund von Instabilitäten. Dabei übertragen zunächst große Wirbel ihre Bewegungsenergie auf immer kleinere Wirbel. Dieser Prozess setzt sich über eine Vielzahl von Größenskalen fort und wird als Energiekaskade bezeichnet. Erst auf den kleinsten Skalen, auf denen die viskosen Kräfte dominieren, wird die ursprünglich geordnete Bewegungsenergie der Strömung durch molekulare Reibung schlussendlich in innere Energie, sprich Wärme umgewandelt.

Für das Auftreten atmosphärischer Turbulenz gibt es eine Vielzahl bekannter und mathematisch beschriebener Instabilitäten. Das Konzept der Instabilität beschreibt dabei eine Zusammensetzung von Strömungsparametern, in denen eine kleine Störung in der Strömung - beispielsweise die Auslenkung einer Luftmasse in der Vertikalen oder in der Horizontalen - immer