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'''Convective Available Potential Energy''' ('''CAPE'''), also die „für [[Konvektion]] potentiell zur Verfügung stehende Energie“ oder auf Deutsch '''Labilitätsenergie''',<ref>Glossar auf [http://www.diplomet.info/CAPE.html diplomet.info]</ref><ref>Helmut Kraus: ''Die Atmosphäre der Erde - Eine Einführung in die Meteorologie'', S. 187, ISBN 3-540-20656-6, Springer-Verlag Berlin / Heidelberg, 2004</ref> ist ein Maß für die [[Energie #Spezifische Energie|Spezifische Energie]] in [[Luftmasse (Meteorologie)|Luftmassen]]. Sie wird daher in J/kg ([[Joule]] pro [[Kilogramm]]) angegeben und dient in der [[Meteorologie]] zur Abschätzung von [[Gewitter]]<nowiki/>potentialen.

Der CAPE-Wert berücksichtigt über alle Höhenschichten hinweg die [[Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre|Instabilität]] der [[Troposphäre]] insgesamt und wird daher heute als zuverlässigster Indikator hierfür verwendet.<ref>Jeff Haby: A look at LI auf [https://www.theweatherprediction.com/habyhints/300/ TheWeatherPrediction.com]</ref><ref>David O. Blanchard: ''Assessing the Vertical Distribution of Convective Available Potential Energy'' NOAA National Severe Storms Laboratory, 1998 ([https://journals.ametsoc.org/downloadpdf/journals/wefo/13/3/1520-0434_1998_013_0870_atvdoc_2_0_co_2.pdf journals.ametsoc.org], PDF).</ref>

== Kontext ==
Die in einer bestimmten Luftmasse (einem [[Luftpaket]]) für die vertikale Bewegung der Luft ([[Natürliche Konvektion|Konvektion]] genannt) zur Verfügung stehende [[Energie]] steht in direktem Zusammenhang mit der maximal möglichen [[Geschwindigkeit]] der vertikalen Luftmassenbewegung. Der CAPE-Wert zeigt also an, wie viel Auftrieb ein Luftpaket erhalten kann. Er ist umso größer, je wärmer das aufsteigende Luftpaket im Vergleich zur jeweiligen Umgebungsluft ist oder je höher der bodennahe [[Wasserdampfgehalt]] des Luftpakets ursprünglich war.

Je schneller und höher eine feuchtwarme Luftmasse aufsteigen kann, desto größere Gewitterwolken ([[Cumulonimbus]] genannt) bauen sich auf und desto heftiger würde ein daraus entstehendes Gewitter werden. Das Aufsteigen von Luftmasse(n) ist allerdings nur eine der drei Voraussetzungen für ein Gewitter,<ref>F. Welzenbach auf [http://www.wetteran.de/gewitter/vorhersage wetteran.de]</ref> die anderen beiden sind CIN ([[Konvektionshemmung]]) und EHI (''Energy Helicity Index''). Die CAPE-Werte sind also nur relevant für die Vorhersage der Intensität von Gewittern, nicht jedoch für ihre [[Wahrscheinlichkeit]]. Erst in Verbindung mit den o. g. weiteren Parametern kann eine vollständige und zuverlässige Gewitter[[prognose]] erstellt werden.

== Berechnung ==
[[Datei:Beispiel für CAPE und CIN in einem skewT-logP Diagramm.jpg|mini|CAPE und CIN in einem vereinfachten skew''T''-log(''p'')- Diagramm]]
Ermittelt wird der CAPE-Wert mit dem [[Vertikalprofil (Meteorologie)|skew''T''-log(''p'')-Diagrammen]] oder folgender Formel:<ref>Marc Puskeiler: ''Radarbasierte Analyse der Hagelgefährdung in Deutschland'', Institut für Meteorologie und Klimaforschung
am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), S. 8–11, KIT Scientific Publishing, 2013, ISBN 978-3-7315-0028-5</ref><ref>James R. Holton: ''Encyclopedia Of Atmospheric Sciences'', S. 553, Academic Press, London / San Diego, 2003, ISBN 0-12-227090-8</ref>

:<math display="block">\mathrm{CAPE} = g \cdot \int_{z_\mathrm{LFC}}^{z_\mathrm{EL}} \left( \frac{T_\mathrm{v,parcel}}{T_\mathrm{v,env}}- 1 \right) \, dz</math>

mit
* der Vertikalkoordinate (d. h. Höhe) <math>z</math>
** dem ''level of free convection'' <math>z_\mathrm{LFC}</math> oder auf Deutsch [[Niveau der freien Konvektion]] (NFK)
** dem ''equilibrium level'' <math>z_\mathrm{EL}</math> oder ''neutral buoyancy'' (LNB) oder auf Deutsch ''Gleichgewichtsniveau''<ref>CAPE auf [http://www.diplomet.info/CAPE.html diplomet.info]</ref>
* der [[Normfallbeschleunigung]] <math>g</math>
* der [[virtuelle Temperatur|virtuellen Temperatur]] <math>T_\mathrm{v,parcel}</math> des betrachteten Luftpakets
* der virtuellen Temperatur <math>T_\mathrm{v,env}</math> der Umgebungsluft.
Diese Werte werden wiederum bestimmt aus den von [[Radiosonde]]n beim Aufsteigen kontinuierlich ermittelten Parametern [[Temperatur]], [[Luftdruck]] und [[Luftfeuchte]].

== Beispiele ==
[[Datei:Beispiel von CAPE-Werten am Hoch- und Oberrhein.png|mini|CAPE-Werte vom 11. Juli 2023 am Hoch- und Oberrhein]]
CAPE-Werte und ihre Auswirkungen:
* unter 100 J/kg: deuten auf flache Konvektion hin (z. B. [[Cumulus|Quellbewölkung]])
* über 300 J/kg: können für die Bildung von [[Schauer]]n oder Gewittern ausreichen.
* über ca. 1.000 J/kg: auch [[Hagel]][[unwetter]] können entstehen.
* um 2.000 J/kg: typische CAPE-Werte für ein heftiges Gewitter in Mitteleuropa
* um 5.000 J/kg: hier liegen die höchsten in Mitteleuropa beobachteten CAPE-Werte. Wird bei einer solchen Ausgangslage Konvektion ausgelöst, so können sich schwerwiegende Hagelunwetter mit großen Hagelkörnern etwa in Tennisballgröße bilden.<ref>[https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?nn=103346&lv2=100510&lv3=100534 DWD Wetter- und Klimalexikon]</ref><ref>Meteorologische Fachbegriffe auf [https://www.unwetterzentrale.de/uwz/335.html UnwetterZentrale.de]</ref>

== Ähnliche Parameter ==
CAPE hatte etliche Vorgänger, die jeweils unterschiedliche Höhenschichten und Parameter berücksichtigten;
* Der Showalter-Index (SI)<ref>A. K. Showalter: ''A Stability Index for Thunderstorm Forecasting.'' Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS), Vol. 34, Juni 1953</ref> nutzte für Aussagen über die Stabilität der Schichtung in der Atmosphäre bereits 1953 die Temperaturdifferenz zwischen dem [[Hauptdruckfläche #Hauptdruckflächen|500 hPa-Druckniveau]] und einem (errechneten) [[Atmosphärischer Temperaturgradient #Trockenadiabatischer Temperaturgradient|adiabatisch]] dorthin gehobenen Luftpaket aus der Höhenschicht mit 850 [[hPa]] (also rund 1.500 m).
* Der ''Lifted Index'' (LI)<ref>Joseph G. Galway: ''The lifted index as a predictor of latent instability'', Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS), Vol. 37, Dezember 1956, S. 528–529</ref> berücksichtigte 1956 dann dieselbe Temperaturdifferenz in der Höhenschicht mit 500 hPa [[Luftdruck]], ging beim (errechneten) adiabatisch dorthin gehobenen Luftpaket jedoch von 3000 [[Fuß (Einheit)|ft]] Höhe (also rund 900 m) aus.
* Der [[Boyden-Index]] (BI) wurde 1963 von dem britischen Meteorologen C. J. Boyden für [[Front (Meteorologie)|Frontensysteme]] eingeführt, die über die [[Britische Inseln|Britischen Inseln]] zogen. Er basierte auf der Temperatur des 700 hPa-Druckniveaus sowie der Höhendifferenz zur Schicht mit 1.000 hPa Luftdruck.
* Der [[Konvektion]]s-Index [[K-Index]] berücksichtigt Parameter auf drei Luftdruckschichten:<ref name="UniKoeln">Volker Ermert (Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität zu Köln): [https://www.uni-koeln.de/math-nat-fak/geomet/meteo/winfos/radiosonden/Europa/radiosondengrafiken.pdf Erklärungen zu Radiosondendiagrammen], Absatz 2: Stabilitätsindizes, (PDF-Datei; 57 kB); abgerufen am 31. Juli 2023</ref>
** bei 850 hPa und bei 700 hPa jeweils Temperatur und [[Taupunkt]]
** bei 500 hPa nur die Temperatur.
* Der [[Konvektiv-Index]] oder KO-Index<ref>KO-Index auf [https://www.wetter3.de/koind_dt.html wetter3.de]</ref><ref name="UniKoeln"/> nutzt auf vier Luftdruckschichten (1000 hPa, 850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) jeweils nur die [[pseudopotentielle Temperatur]].

== Literatur ==
* {{Literatur|Autor=Michael Hantel|Titel=Einführung Theoretische Meteorologie|Verlag=Springer|Ort=Berlin / Heidelberg|Datum=2013}}
* {{Literatur|Autor=Roger Graham Barry, Richard J. Chorley|Titel=Atmosphere, Weather and Climate|Verlag=Routledge|Datum=1998}}
* {{Literatur|Autor=Stefan Emeis|Titel=Meteorologie in Stichworten|Verlag=Borntraeger|Ort=Berlin / Stuttgart|Datum=2000|ISBN=978-3-443-03108-4}}

== Weblinks ==
* [https://www.wetterlexikon.eu/:/ wetterlexikon.eu] Das Wetter- und Klimalexikon des DWD
* [https://glossary.ametsoc.org/wiki/Special:Categories glossary.ametsoc.org] Glossar der ''American Meteorological Society'' (AMS)
* [https://forecast.weather.gov/glossary.php forecast.weather.gov] Glossar der ''National Oceanic and Atmospheric Administration'' (NOAA)
* [https://weather.cod.edu/sirvatka/si.html Stability Indices] auf weather.cod.edu
* [https://earth.nullschool.net/#current/wind/surface/level/overlay=cape/orthographic=-334.53,41.36,632 CAPE-Layer] Visualisierung auf earth.nullschool.net

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Meteorologische Größe]]
[[Kategorie:Meteorologisches Konzept]]
[[Kategorie:Gewitter]]

Convective Available Potential Energy - Versionsgeschichte

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