Polarlichter – ein beeindruckendes Schauspiel am Himmel

Polarlichter gibt es sowohl in der Nord- als auch in der Südhemisphäre, wissenschaftlich werden sie als Aurora Borealis im Norden bzw. als Aurora Australis im Süden bezeichnet.
Ausgelöst werden diese bunten Leuchterscheinungen am nächtlichen Himmel durch energiereiche Sonnenwindpartikel (Plasma), die durch Eruptionen auf der Sonnenoberfläche mit hohen Geschwindigkeiten ins Weltall geschleudert werden und auf das Erdmagnetfeld treffen. Die Feldlinien des Erdmagnetfeldes (siehe auch DWD-Lexikon-Eintrag zur Magnetosphäre) führen an den magnetischen Polen zur Erde hin und dort können auch die Sonnenwindpartikel dann auf die Erdatmosphäre treffen. In der oberen Erdatmosphäre kollidieren die energiegeladenen Elektronen des Plasmas mit Sauerstoff- und/oder Stickstoffmolekülen der Atmosphäre, es findet eine Energieübertragung auf die atmosphärischen Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle (Ionisierung) statt. Diese Energie wird in der weiteren Folge dann auch wieder abgegeben und dann in Form von Licht sichtbar. Dieser Prozess wird als Fluoreszenz bezeichnet.

Da wie erwähnt die Magnetfeldlinien gen Nord- und Südpol gerichtet sind und die Elektronen des Sonnenwindes an diesen Linien entlang gen Pol in die Erdatmosphäre eindringen können, ergibt sich ein meist ovaler Bereich, in dem Polarlichter sichtbar sind. Das Zentrum dieses Ovals sind die magnetischen Pole der Erde. Bei starken geomagnetischen Sonnenstürmen wird das Erdmagnetfeld derart deformiert, dass sich der “normalerweise” ovalförmige Bereich vom Pol her ausdehnt und so Polarlichter auch weiter südlich des Pols und teilweise bis in mittlere Breiten sichtbar werden können. Entscheidende Faktoren für die Sichtbarkeit von Polarlichtern in unseren Breiten sind somit die Teilchendichte – wie viele Elektronen stehen zur Energieübertragung an die Moleküle der Erdatmosphäre zur Verfügung, die Sonnenwindgeschwindigkeit – mit wie viel Energie treffen die Sonnenwindpartikel auf die atmosphärischen Moleküle und wie stark wird das Erdmagnetfeld deformiert.
So, nun fast genug der Theorie. In den vergangenen beiden Nächten konnten zumindest in Teilen Deutschlands Polarlichter beobachtet werden. Dies war vor allem in der Nordhälfte Deutschlands der Fall, wobei insbesondere in der vergangenen Nacht dann doch recht viele Wolken die Sicht behinderten. Abbildung 1 zeigt eine Folge von Webcam-Bildern der Kamera auf dem Peilturm am Kap Arkona auf Rügen von gestern Abend (27.02.2023, 21:50 bis 22:22 MEZ).

DWD Polarlichter ein beeindruckendes Schauspiel am Himmel

Die Farbe der beobachteten Polarlichter kann unterschiedlich sein. Werden vor allem Sauerstoffmoleküle ionisiert, ergibt sich je nach Entstehungshöhe eine grünliche oder rötliche Färbung. Für die Ionisierung von Stickstoffmolekülen sind sehr hohe Energien und somit starke magnetische Störungen notwendig, dort ergibt sich eine violette bis blaue Lichtfarbe. Hinzu kommt, dass das menschliche Auge empfindlicher für grünes Licht ist, so dass die meisten, mit bloßem Auge beobachteten Polarlichter, grün sind. In unseren mittleren Breiten kommt hinzu, dass sich die Polarlichter nur selten in tieferen Atmosphärenschichten ereignen und sich somit häufig rötliche Formen zeigen. Dies zeigt zum Beispiel auch Abbildung 2, die eine Aufnahme der DWD-Webcam aus Falkenberg (Brandenburg, südöstlich von Berlin) aus der Nacht zum gestrigen Montag zeigt.

DWD Polarlichter ein beeindruckendes Schauspiel am Himmel scaled

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die besten Beobachtungsbedingungen in hohen, polaren Breiten zu finden sind, zudem werden wolkenarme Wetterbedingungen benötigt und es muss zudem möglichst dunkel sein. Daher sind weitere Faktoren, die die Sichtbarkeit beeinflussen die Mondphase, die umgebende Lichtverschmutzung durch z. B. nahe (Groß-) Städte oder auch die Mitternachtssonne im Polarsommer. Insgesamt ist die fotografische Sichtbarkeit durch die Möglichkeit langer Belichtungszeiten größer als die visuelle Sichtbarkeit durch das menschliche Auge.

Dipl.-Met. Sabine Krüger
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.02.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Hoch HAZAL beschert uns eine trockene, aber verbreitet sonnige Woche

Am vergangenen Wochenende ging es beim Wetter mitunter turbulent zu. Steife und stürmische Böen wurden an der Küste gemessen, an exponierten Küstenabschnitten und in den Hochlagen der Mittelgebirge waren es teils sogar schwere Sturmböen – wie z. B. auf dem Fichtelberg, der bis zum Sonntagvormittag mit 94 km/h die höchste Wochenendwindgeschwindigkeit für sich verbuchen konnte. Aber nur, bis er im Verlauf des Sonntags vom Feldberg im Schwarzwald überflügelt wurde. Dort waren es bis zum Abend in der Spitze 104 km/h, in der Nacht schwang sich der Wind dort dann mit 118 km/h sogar ganz knapp bis in den Orkanbereich auf.

Mit von der Partie war dabei nicht nur ein Schwall Kaltluft, sondern sehr verbreitet auch Schnee – wenn auch nicht gleichmäßig verteilt. In Abbildung 1 ist der 3-tägige Niederschlag vom Freitag, 24.2.2023, 01 MEZ bis zum Montag, 27.2.2023, 01 MEZ auf Basis von Radardaten dargestellt. Aus der Farbtabelle kann abgeleitet werden, dass sich die Landschaft meist nur angezuckert präsentierte mit Neuschneemengen um 1 cm. Mehr Schnee kam in einigen Mittelgebirgslagen zusammen, insbesondere aber am Erzgebirge und südlich der Donau. Über 20 bis 50 cm Neuschneeauflage können sich in den bayrischen Alpen die Liftbetreiber freuen, in Sachsen liegen die entsprechenden Werte immerhin im niedrigen zweistelligen Bereich. In Abbildung 1 lassen sich auch der Thüringer Wald, die Rhön, der Schwarzwald und die Schwäbische Alb als Arbeitsschwerpunkte von Frau Holle ausmachen.

DWD Hoch HAZAL beschert uns eine trockene aber verbreitet sonnige Woche

Auch wenn der Schnee erstmal liegen bleibt und somit nicht abfließt, so kann der Süden den Niederschlag nicht nur zum Skifahren, sondern auch klimatologisch gut gebrauchen. Denn in diesem Jahr ist das Gebiet südlich der Donau bisher beim Niederschlag deutlich “schlechter” weggekommen, als dies im vieljährigen Mittel der Fall ist. Das zeigt die Abbildung 2, in der die prozentualen Niederschlagssummen bis in die Nacht zum vergangenen Freitag (und damit genau bis zum Beginn des Zeitraums von Abbildung 1) zu erkennen sind. In Oberschwaben, aber auch im Bayerischen Wald erreichen die akkumulierten Niederschlagsmengen bisher regional nur 10 bis 20 Prozent des Durchschnitts. Regionen, die in den ersten beiden Monaten des Jahres mit 20 bis 40 Prozent des vieljährigen Niederschlages ebenfalls als deutlich zu trocken bezeichnet werden müssen, finden sich z.B. in der Westpfalz und an der Saar, vom Bodensee bis in den Kraichgau, in Mittelfranken, rund ums Vogtland sowie an der Unstrut. Dabei zeigen sich beim Blick auf die prozentualen Jahresniederschlagssummen auch Gebiete, in denen die “atmosphärische” Wasserversorgung aktuell “gut funktioniert”, etwa vom Erzgebirge bis in die Uckermark sowie z. B. in Ostfriesland.

DWD Hoch HAZAL beschert uns eine trockene aber verbreitet sonnige Woche 1

 

DWD Hoch HAZAL beschert uns eine trockene aber verbreitet sonnige Woche 2

Wer jetzt hofft, dass die Atmosphäre in den kommenden Tagen beim Niederschlag noch eine “Schippe” drauflegt, der wird leider enttäuscht. Und den Grund dafür findet man über Schottland. Das großräumige Hoch HAZAL schiebt trockene Luft nach Mitteleuropa. Die Frontensysteme, die in Abbildung 3 für die Nacht zum morgigen Dienstag dargestellt sind, gruppieren sich um das Hoch herum und halten somit auch von Deutschland einen Respektabstand. Das deutet eher auf trockene als auf feuchte Bedingungen in den kommenden Tagen hin.

DWD Hoch HAZAL beschert uns eine trockene aber verbreitet sonnige Woche 3

Diese Aussage untermauert die Abbildung 4. Sie stellt die akkumulierten Niederschlagsmengen des DWD-Europamodelles ICONEU und des amerikanischen Modells GFS gegenüber, und zwar für das Zeitfenster der vergangenen Nacht bis in die Nacht zum kommenden Samstag. Beide Modelle simulieren an den Alpen und in Ostbayern etwas Schnee, ebenso wie in Mitteldeutschland und von dort bis nach Brandenburg. Die verbreitet blasse Grünfärbung in den zuletzt genannten Gebieten lässt darauf schließen, dass die Niederschlagsmengen, ebenso wie an den Küsten, kaum nennenswert sind. Hinzu kommt: Einen Großteil dieser Niederschläge haben die Modelle für den heutigen Montag eingeplant. Diese sind also zu dem Zeitpunkt, an dem Sie das Thema des Tages lesen, teilweise schon gefallen. Und dann bleibt für den Rest der Woche natürlich kaum mehr etwas übrig.

Für die Hydrologen in den trockenen Gebieten ist dies ganz sicher kein Wunschszenario. Für Sonnenanbeter schon. Denn Hoch HAZAL sorgt, auch wenn über den Norden zeitweise dichte Wolken ziehen, verbreitet für Sonnenschein.

 

Dipl.-Met Martin Jonas
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 27.02.2023

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Ein Sturm, der immer wiederkehrt

In Anlehnung an das gestrige Thema des Tages, in dem näher auf die Bedeutung, Historie und Auswirkungen der Windgeschwindigkeiten mithilfe der Beaufort-Skala eingegangen wurde, beleuchten wir heute einmal spezielle Windphänomene anhand der aktuellen Wetterlage genauer.
Bise
Verbleiben wir zunächst in Deutschland. Zwischen dem kräftigen Hoch HAZAL über Schottland, das aktuell mit über 1030 hPa (und in der kommenden Woche mehr als 1040 hPa erreicht) über Schottland thront sowie dem kräftigen Mittelmeertief ZAKARIYYA (nicht zu verwechseln mit dem Schweizer Nationalspieler Denis ZAKARIA, der letzten Winter von der Gladbacher Borussia zu Juventus Turin gewechselt ist und inzwischen an Chelsea London verliehen wurde) besteht ein gewaltiger Luftdruckgegensatz. Ganz frisch hat es vom Spanischen Wetterdienst AEMET auch einen internationalen Namen bekommen: JULIETTE. Dieses liegt derzeit mit knapp 990 hPa über dem Ligurischen Meer. Das macht in Summe rund 40 hPa Unterschied auf circa 1500 Kilometern Distanz, wobei sich der “Löwenanteil” auf die südlichsten 500 Kilometer beschränkt.

DWD Ein Sturm der immer wiederkehrt

Anhand der oberen Grafik sieht man eindrucksvoll, wie sich die Linien gleichen Luftdrucks vor allem im Bereich des Alpenbogens stark drängen. Die Luftmassen, die mit der nordöstlichen Strömung (im Uhrzeigersinn um das Hoch herum) permanent gegen die Alpen gedrückt werden (Massenüberschuss), können in tiefen Luftschichten weitgehend nur durch den Oberrheingraben, Oberschwaben und nachfolgend über das Schweizer Mittelland und das Rhonetal abtransportiert werden. Die Anordnung der Gebirgsketten von Alpen, Jura, Schwarzwald und Schwäbischer Alb fungiert nun als eine Art Leitplanke für den Wind, der nun auch aus leicht abweichenden Richtungen in diesen “Trichter” geführt wird und sich dadurch verstärkt (Kanalisierung, Düseneffekt).
Daraus resultiert ein stark böiger und im Winterhalbjahr teils schneidend kalter Nordostwind, der vor allem in der Schweiz unter dem Namen “Bise” bekannt ist. Die genaue Herkunft des Wortes ist bis heute nicht komplett geklärt. Im Bereich des Genfersees sind Sturmböen und schwere Sturmböen zwischen 80 und 100 km/h im Zusammenhang mit ausgeprägten Bisenlagen eher Regel als Ausnahme – so auch diesmal. Hierzulande erreicht er sein Maximum oft rund um den Bodensee, wo nicht selten Geschwindigkeiten von 50 bis 70 km/h in Böen erreicht werden. Entsprechende Warnungen laufen. Trotz strahlenden Sonnenscheins und angenehmer Temperaturen heißt es für Wassersportler und Urlauber dann im Sommer, den See schnellstmöglich zu verlassen. Auf den Schwarzwaldgipfeln muss bei derartigen Lagen mit schweren Sturmböen bis 100 km/h, in Einzelfällen auch mit Orkanböen bis 120 km/h gerechnet werden.

DWD Ein Sturm der immer wiederkehrt 1

Mistral/Tramontane/Cers
Weiter stromab schließt sich das nächste regionale Windsystem an, dessen Wirkungsmechanismen ganz ähnlich funktionieren. Es handelt sich um den berühmt-berüchtigten Mistral, bei dem die Windkanalisierung durch das Rhonetal mit der westlichen Barriere des Zentralmassivs seine Fortsetzung findet. Da er entweder Anteile der sich aufgebauten Bise in sich vereint oder aber durch den Tramontane (kalter Fallwind vom Zentralmassiv) oder Cers (Kanalisierung zwischen Pyrenäen und Zentralmassiv) weiter westlich gerade beim Zusammenströmen über dem Löwengolf noch verstärkt werden kann, sind die Spitzenböen im Vergleich zur Bise durchaus nochmal “einen Zacken schärfer” und erreichen nicht selten über Land, erst Recht über der offenen See, Orkanstärke. Da das Hoch in diesem Falle aber weit im Norden über Schottland und nicht über der Biskaya ist, spielen Cers und Tramontane eher eine untergeordnete Rolle. Auch in Katalonien, insbesondere im Tal des Ebros samt seinen Nebenflüssen, ist der kräftige Nordwestwind als Cerc bekannt.
Schirokko
Auf der anderen Seite der Mittelmeerküste ist dagegen ein heißer Wüstenwind bekannt, der aus Süd bis Südost staublastige Saharaluftmassen teils weit bis nach Mitteleuropa transportiert. Auch wenn der Höhepunkt im Ionischen Meer und der südlichen Adria in diesem Zusammenhang schon überschritten ist, treten an der griechischen und albanischen Küste noch verbreitet Sturmböen auf.
Bora
Während es dazu in Albanien auf der warmen Seite mit teils über 20 Grad fast schon frühsommerlich warm für die Jahreszeit ist, setzt der kroatischen Küste die Bora zu. Dieser kalte Fallwind mit lokalen Böen jenseits von 140 km/h, in Einzelfällen bis zu 250 km/h, ist ebenso berüchtigt und hat über der nördlichen Adria schon etliche Schiffe zum Kentern gebracht. Mit Einsetzen kann das Thermometer in Windeseile von teils zweistelligen Plusgraden in den Frostbereich absinken und selbst an der Küste zur Ausprägung einer Schneedecke führen. Der kroatische Wetterdienst warnt bis zum Abend auf den Inseln vor Orkanböen bis 150 km/h und im Dinarischen Gebirge vor Neuschneemengen bis 20 Zentimeter und vereisten Straßen.
Von all diesen Turbulenzen, die zum Wochenstart weiter zwischen Italien und den Balearen toben (Sturm und teils heftige, gewittrige Regenfälle), bekommen wir bei uns – wie eingangs erwähnt – nur in abgeschwächter Form im Südwesten etwas mit. In den nächsten Tagen dominiert am Rande HAZALs ruhiges und meist schwachwindiges Hochdruckwetter. Zur Wochenmitte ist dann auch die Bise kein großes Thema mehr.

Dipl.-Met. Robert Hausen
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 26.02.2023
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Frühling in den Startlöchern

Die oft zweistelligen Temperaturen der vergangenen Tage, viel Sonnenschein und eine pro Tag 3 bis 4 Minuten zunehmende Tageslänge ließen und lassen bei vielen schon Frühlingsgefühle aufkommen. Zwar klopft mit Tief YIGIT an diesem Wochenende noch einmal der Winter an, letztlich ist der Frühling aber nicht mehr lange aufzuhalten. Wann der Frühling eigentlich beginnt, darauf gibt es prinzipiell vier Antworten.
Antwort 1 ist trivial und wird von den Meteorologen geliefert. Für diese beginnt die neue Jahreszeit am kommenden Mittwoch, also am 1. März 2023 um 0 Uhr UTC und dauert wie alle anderen Jahreszeiten genau drei Monate.

Antwort 2 kommt aus der Astronomie. Der astronomische (auch kalendarische) Frühlingsanfang ist der Bevölkerung am geläufigsten und richtet sich nach dem Sonnenstand. Da die Erde zur Sonne geneigt ist, “wandert” der Punkt, an dem die Sonne mittags senkrecht auf die Erde scheint, im Laufe des Jahres durch die Umrundung der Erde um die Sonne von Süden nach Norden und umgekehrt. Steht die Sonne nun genau über dem Äquator senkrecht (“Äquinox” oder “Tag- und Nachtgleiche”), dann ist entweder Frühlings- oder Herbstanfang. In diesem Jahr wird das am Montag, dem 20. März 2023 um 22:25 Uhr MEZ sein.

Warum aber haben Meteorologen einen anderen Frühlingsbeginn festgelegt als den astronomischen? Diese Einteilung wurde vor Beginn des Computerzeitalters im 20. Jahrhundert getroffen, da sich ganze Monate statistisch einfacher auswerten lassen. Darüber hinaus stellte man im Laufe der Zeit aber auch fest, dass die meteorologischen Jahreszeiten die klimatische Situation der Jahreszeiten besser widerspiegeln als die astronomischen.

Antwort 3 wiederum ist in der Natur zu finden. In der Phänologie werden die im Jahresablauf periodisch wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen der Pflanzen betrachtet und in Phasen eingeteilt. Nach der phänologischen Uhr gibt es im Frühling drei Phasen: Vor-, Erst- und Vollfrühling. Ihren jeweiligen Beginn kann man durch sogenannte Leit- bzw. Ersatzphasen ermitteln. Als Leitphase für den Vorfrühling dient dabei der Blütenbeginn der Hasel, für den Erstfrühling der Blütenbeginn der Forsythie und für den Vollfrühling der Blütenbeginn der Apfelbäume. Für die jeweiligen Phasen konnte aus Beobachtungen in den letzten Jahren ein mittleres Eintrittsdatum gefunden werden. Demnach beginnt der Vorfrühling durchschnittlich am 10. Februar, der Erstfrühling am 25. März und der Vollfrühling am 26. April.

DWD Fruehling in den Startloechern

In diesem Jahr hat die Natur aufgrund des wieder einmal zu milden Winters erneut einen weiten Vorsprung. So begann der Vorfrühling bereits am 17. Januar (!) und damit satte 24 Tage vor dem vieljährigen Mittel. Diesen Vorsprung hat die Natur aufgrund der anhaltend milden Witterung seitdem auch gehalten. So wird der Beginn der Forsythienblüte bei einem Meldeaufkommen von allerdings bisher nur 6 % aktuell ebenfalls etwa 24 Tage vor dem mittleren Eintrittsdatum erwartet. Hochgerechnet auf den Erstfrühling würde dieser bei vollem Meldeaufkommen von 100 % also passend zum meteorologischen Frühlingsanfang am 1. März beginnen (weitere Informationen und aktuelle Daten zum Thema Phänologie finden Sie unter ).

Antwort 4 auf die eingangs gestellter Frage lässt sich aus statistischen Betrachtungen finden. Dazu hat der Autor dieses Textes (recht willkürlich) einen „statistischen Frühlingsbeginn“ definiert, wobei an drei aufeinanderfolgenden Tagen mindestens an zwei Tagen eine Höchsttemperatur von über 15 Grad erreicht werden soll und es dabei vorherrschend trocken und heiter sein soll. Schaut man sich die vergangenen 18 Jahre an, so begann der Frühling diesen Kriterien nach im Norden (repräsentiert durch Hamburg) durchschnittlich am 29. März und im Süden (vertreten durch München) am 14. März.

Von drei Tagen mit solch frühlingshaftem Geschehen sind wir durch die kommende Abkühlung vorerst wieder ein gutes Stück entfernt, zudem droht auch eine kalte erste Märzhälfte ( Die Auswirkungen der Stratosphärenerwärmung). Früher oder später wird er aber kommen, der Frühling, versprochen!

Dipl.-Met. Simon Trippler
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 24.02.2023
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Die Beaufort-Skala

Die Tiefs YIGIT und ZAKARIYYA sorgen in Deutschland aktuell nicht nur für Schnee, sondern gebietsweise auch für Schneeverwehungen (im Bergland), sprich für einen mitunter kräftigen Wind. Konkret bedeutet dies u.a., dass im Norden heute ein Mittelwind der Stärke 5 bis 6 wehen soll. In Böen führt dies dann zu Windstärke 7, und in den sogenannten “exponierten Lagen“, also unmittelbar an den Küsten und in den höheren Lagen der Mittelgebirge, zu Windstärke 8. Vereinzelt sind die heftigsten Böen auch noch stärker, so werden auf dem Fichtelberg (am heutigen Samstag, den 25.02.23) oder auf dem Feldberg im Schwarzwald (am morgigen Sonntag, den 26.02.23) sogar Böen der Stärke 10 erwartet.

Zugegeben, eine konkrete Vorstellung lässt sich mit den Zahlen der so genannten Beaufort-Skala, die die Windstärke angeben und letztendlich für die Windgeschwindigkeit stehen, nicht verbinden. Außer der Vermutung, dass mit der Größe der Zahl die Geschwindigkeit des Windes ansteigt. Etwas aussagekräftiger ist da schon eine sprachliche Umschreibung der Windstärken. “Frisch“, “Stark“, “Steif“ und “Stürmisch“ lauten die Adjektive, die, in dieser Reihenfolge, für die Stärken 5 bis 8 stehen. Und “Schweren Sturm“ nennt man das, was auf dem Fichtelberg und dem Feldberg im Schwarzwald nicht nur den Schnee, sondern mitunter auch die Ausflügler verweht. Siehe

Auffällig ist bei genauerem Hinsehen auf die Beaufort-Skala, dass die Geschwindigkeitsintervalle der verschiedenen Windstärken nicht gleich groß sind. Der Grund dafür liegt in der Historie begründet. Denn ursprünglich lag der Einteilung der Windgeschwindigkeit der Versuch zu Grunde, die im 16ten und 17ten Jahrhundert rasch anwachsende Seefahrt mit Informationen über günstige Handelsrouten zu versorgen. Erst in zweiter Linie waren die Windgeschwindigkeiten an Land von Interesse. In beiden Fällen aber versuchte man, über die Auswirkungen des Windes dessen Stärke zu ermitteln. Ohne moderne Hilfsmittel eine verständliche, aber schwierige Vorgehensweise. Dieses Vorgehen erklärt dabei nicht nur das “schiefe“ Bild der Skala, sondern auch, warum die höchste Stufe der Beaufort-Skala, die Stufe 12, nach oben offen ist. Man müsste sich nämlich nicht nur die Frage stellen, ob eine Steigerung der ab etwa 120 km/h beobachteten schweren Verwüstungen (“schwerste“ Verwüstungen) an Land sinnvoll ist und wie man diese exakt definiert soll. Und in früherer Zeit konnte auch kaum ein Kapitän von seinen Erfahrungen mit Stürmen der Stärke 12 berichten – meist sind Schiffe in diesen Stürmen nämlich einfach gesunken.

Erfreulich für uns: Von solchen Windgeschwindigkeiten bleibt Deutschland auch in den nächsten Tagen verschont. Zwar wird es am morgigen Sonntag im Südwesten teils ruppig zur Sache gehen mit steifen und stürmischen Böen teils bis in tiefe Lagen und stürmischen Böen, Sturmböen und besagten schweren Sturmböen in den Hochlagen. Entsprechend sind die Auswirkungen auch mit bloßem Auge leicht zu beobachten. Äste schwanken, teils brechen Zweige und Äste, und das Gehen fällt nicht immer leicht. Aber schlimmer sollte es nicht werden – und abgesehen vom Südwesten präsentiert sich der Wind auch insgesamt in einer eher moderaten Form.

Zum Beginn der kommenden Woche lässt der Wind dann insgesamt noch weiter nach. Schon am Montag, wenn sich im Südwesten noch die Äste bewegen, wackeln im Nordosten nur noch die Blätter, was der Windstärke 3 und damit der schwachen Brise entspricht. Und am Dienstag und Mittwoch beruhigt sich der Wind auch im Südwesten zusehends.

Dipl.-Met. Martin Jonas
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.02.2023
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Die Auswirkungen der Stratosphärenerwärmung

Laut amerikanischem und japanischem Wetterdienst wurde um den 16.Februar 2023 ein so genanntes Major-Warming (SSW) in der mittleren und oberen polaren Stratosphäre registriert. Die meteorologische Definition beschreibt hierbei neben einem starken Temperaturanstieg (über 25 Grad in wenigen Tagen) in der oberen und mittleren Stratosphäre über dem Nordpol auch eine vollständige Windumkehr, d.h. der hier normal vorherrschende westliche Wind im Einflussbereich des Stratosphärischen Polarwirbels (SPV) im Nordhemisphärischen Winter (zonal gemittelt, hier auf einem Breitengrad von 60 Grad Nord zirkumpolar) reversiert in 10 hPa (in etwa 31 km Höhe) komplett auf Ostwinde.

Hintergrund der Definition für ein Major-SSW ist eine markante (und möglichst nachhaltige) Schwächung des stratosphärischen Polarwirbels (SPV), die in der Regel zeitlich und räumlich versetzt auch eine großräumige Veränderung troposphärischer Zirkulationsmuster nach sich zieht (bevorzugt im Nordatlantisch-Europäischen Raum).

Nach einem Major-SSW setzt sich die Störung (Erwärmung und Ostwinde, also Temperatur und Geopotenzial) mit der Zeit dynamisch von der oberen und mittleren bis in die untere Stratosphäre, schließlich bis in die Troposphäre durch (kanonisch mit der Folge hohen Luftdrucks bzw. entsprechend hohen Geopotenzials in 500 hPa im Arktisumfeld,
z.B. Grönland-Blocking, oft als synoptische Entwicklung, ausgehend vom Skandinavien- oder Ostatlantik-Blocking in hohen Breiten).

Damit einher geht oft (statistisch gesehen in knapp 70 Prozent der markanten Stratosphärenerwärmungen) ein deutlich negativer Index der Arktischen und Nordatlantischen Oszillation (AO bzw. NAO, siehe Link Wetterlexikon:), wobei dann bei vermehrt meridionalen Strömungsmustern arktische Luftmassen weit nach Süden vordringen können (z.B. über Nord- nach Mittel- und Westeuropa, mitunter auch zeitlich und räumlich versetzt über Teilen Osteuropas).

Im Thema des Tages vom 09.02.2023 wurde bereits ausführlich über das zu dieser Zeit noch bevorstehende Ereignis berichtet (). Dort wurde auch darauf verwiesen, dass in der Regel einige Zeit vergehen muss, bis sich die polare stratosphärische Störung auch in der Troposphäre bemerkbar macht.

Nun, der spätwinterliche arktische Kaltlufteinbruch am kommenden Wochenende (25./26.02.23) kann in der Tat mit der markanten Stratosphärenerwärmung vom 16.02.23 in Verbindung gebracht werden, wobei vor allem der NAO-Index von neutral bis leicht negativ prognostiziert wird, d.h. auch die troposphärische Zirkulation der mittleren und hohen Breiten wirkt zunehmend gestört (). Die entsprechende synoptische Konstellation dafür am kommenden Wochenende (25./26.02.23) ist ein blockierendes Hochdruckgebiet über dem nördlichen Ostatlantik, demgegenüber herrscht tiefer Luftdruck über Nordosteuropa. So können arktische Luftmassen in einer nördlichen Strömung relativ ungehindert über Skandinavien bis nach Mitteleuropa vordringen.

Interessant erscheint derweil eine weitere und von den Globalmodellen (EZMWFGFS) mittlerweile konsistent simulierte markante Störung des Stratosphärischen Polarwirbels (SPV) am Ende des Monats (Februar). Dadurch ergibt sich nach dem Minor-Warming von 26.Januar 2023 (siehe )und dem Major-Warming vom 16. Februar 2023 eine doch recht nachhaltige Störung des SPV, die im weiteren Verlauf zu länger andauernden Störungen der großräumigen troposphärischen Strömungsmuster im atlantisch-europäischen Raum führen könnte (im Monat März). Die Rede ist von einem Zeitraum von bis zu zwei Monaten nach dem MajorSSW, häufig aber zumindest von zwei bis vier, manchmal auch sechs Wochen.

Aktuell ist diese neuerliche markante Störung in der mittleren und oberen polaren Stratosphäre mit einem weiteren Abfall des NAO-, später auch des AO-Indexes in der ersten und zweiten Märzwoche verbunden. Die Ensemble-Member bzw. gruppierten Cluster des EZMWF-Modells zeigen im aktuellen Lauf (23.02.2023, 0 UTC) ähnliche synoptische Muster als troposphärische Reaktion (wie weiter oben beschrieben) für diesen Zeitraum.

Interessant sieht in diesem Zusammenhang auch die Ensemble-Prognose des EZMWF-Modells für die erweiterte Mittelfrist (Woche vom 06.-13.03.2023) bezüglich der mittleren wöchentlichen Abweichung der 2m-Temperatur aus, siehe Grafik unten. Hier ist eine teils deutlich negative Anomalie dieses Parameters für Bereiche des östlichen Nordatlantiks, Skandinaviens, Nordwest-Russlands sowie Mittel- und Westeuropas zu erkennen.

DWD Die Auswirkungen der Stratosphaerenerwaermung

Eine spannende Entwicklung der mittel- und langfristigen Wettervorhersagen scheint vorprogrammiert, auch als Evaluierung der Auswirkungen dieser markanten Schwächung (-en) des SPV in diesem Spätwinter sowie im ersten meteorologischen Frühjahrsmonat März.

Gerade die Auswirkungen eines Major-SSW über die Mittelfrist hinaus bis in den subsaisonalen Bereich machen meteorologische Forschungen und Anwendungen im Bereich der Stratosphäre so schmackhaft für die Wettervorhersage.

Dr. rer. nat. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 23.02.2023
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FREDDY: Der Langstreckenläufer unter den tropischen Wirbelstürmen

Am gestrigen Dienstagnachmittag, den 21. Februar 2023, traf der tropische Zyklon FREDDY mit seinem Kern auf die Ostküste Madagaskars. Die Menschen dort fürchten nun sintflutartige Regenfälle, Überschwemmungen und Sturm. Dass FREDDY zu diesem Zeitpunkt bereits ein außergewöhnlich langes, bewegtes Leben wie kaum ein anderer tropischer Wirbelsturm zuvor hinter sich gebracht hat, werden wohl die wenigsten wissen.

Die Geschichte des tropischen Wirbelsturms FREDDY nahm bereits Anfang Februar seinen Lauf. Über dem Seegebiet zwischen Indonesien und Westaustralien konnte sich das tropische Tief in den Frühstunden des 6. Februars zu einem Sturm verstärken. Zu diesem Zeitpunkt war noch nicht absehbar, dass es sich bei dem gerade geborgen Zyklon – so nennt man tropischen Wirbelstürme über dem Indischen Ozean – um einen echten Langstreckenläufer handeln wird.

DWD FREDDY Der Langstreckenlaeufer unter den tropischen Wirbelstuermen

Zwischen dem 6. Februar und dem heutigen, 22. Februar, überquert FREDDY den Indischen Ozean einmal komplett von Osten nach Westen und legte insgesamt rund 8000 km zurück. Er ist damit bereits einer der langlebigsten tropischen Zyklone der Geschichte. Das System unterlief dabei insgesamt 4 plötzliche, sogenannte “rapide” Intensivierungen – so viele, wie noch nie ein Wirbelsturm der südlichen Hemisphäre zuvor. Er erreichte mehrfach die Stärke, die vergleichbar ist mit einem Hurrikan der höchsten, 5. Kategorie auf der Saffir-Simpson-Skala.

DWD FREDDY Der Langstreckenlaeufer unter den tropischen Wirbelstuermen 1

Lebensdauer ist das eine, die Intensität das andere. Um ein möglichst ganzheitliches Maß der Stärke des Sturms zu erhalten, kann man sich der sogenannten “Akkumulierten Zyklonenenergie” (im Englischen: Accumulated Cyclone Energy, kurz ACE) bedienen. Die ACE gibt an, wie viel Energie ein tropischer Sturm über seine komplette Lebensdauer umgesetzt hat. Sie berücksichtigt also nicht nur die momentanen Intensitäten, sondern auch die Andauer des Sturmes. Der Wert berechnet sich aus der Summe der Quadrate der Maximalwindgeschwindigkeit (in Knoten) in 6-Stundenintervallen. Heraus kommt eine Größe mit der Einheit Knoten². Für leichtere Handhabung teilt man die Zahlen durch 10000 und lässt die Einheit weg. So kommt FREDDY am 22. Februar auf eine ACE von 68, Prognosen gehen davon aus, dass er die 70 noch knapp erreichen könnte. Auch das stellt einen neuen Höchstwert für die Südhemisphäre dar, der alte Rekord von 53 aus dem Jahre 2016, aufgestellt von Zyklon FANTALA, wurde regelrecht pulverisiert. Selbst über dem Atlantik gibt es nur 2 Hurrikans mit höherer ACE, nämlich Hurrikan THREE mit 73,6 im Jahr 1899 und Hurrikan IVAN mit 70,4 im Jahr 2004. Die höchste ACE von 82 wurde bei Hurrikan IOKE im Jahr 2006 beobachtet. Zum Vergleich: Die ACE der gesamten 2014er Hurrikan-Saison über dem Atlantik lag nur bei 67!

DWD FREDDY Der Langstreckenlaeufer unter den tropischen Wirbelstuermen 2

FREDDY überquert Madagaskar heute westwärts. Die heftigen Regenfälle dürften auf den zum Teil bereits wasser-gesättigten Böden für große Überschwemmungen sorgen. Bedingt durch die Reibung über Land schwächte sich FREDDY vorübergehend ab und wird nur noch als Tropischer Sturm geführt. Wenn er am Abend die Straße von Mosambik erreicht, beginnt allerdings eine neuerliche Phase recht deutlicher Intensivierung. Eventuell erreicht er sogar nochmal eine Stärke, äquivalent zu einem Kategorie-1-Hurrikan. Das sind keine guten Nachrichten für Mosambik! Dort würde er am Freitagmorgen (24. Februar) dann nämlich als starker Zyklon irgendwo an der Küste der Provinz Inhambane an Land gehen. Er verlangsamt dabei deutlich seine Zuggeschwindigkeit, sodass über einen längeren Zeitraum hinweg sintflutartige Regenfälle und schlimme Überschwemmungen zu befürchten sind.

Kein schönes Ende eines ansonsten bemerkenswerten Sturmes!

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 22.02.2023
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Letzte Februarwoche startet mild und endet spätwinterlich

Frühlingshafte 15 bis 17 Grad wurden gestern im Alpenvorland sowie entlang des Rheins von Basel bis nach Koblenz gemessen und sorgten dort bei strahlendem Sonnenschein für Kaiserwetter bei den Rosenmontagsumzügen. Ähnliche Werte werden in diesen Gebieten auch heute nochmals erwartet; und auch, wenn es im Rest des Landes nicht ganz so warm wird – meist 10 bis 14 Grad (im Küstenumfeld darunter) – ist von Winter vorerst keine Spur. Grund dafür ist das Zusammenspiel von Tief XERXES nördlich der Britischen Inseln und Hoch GABRIELA über Mitteleuropa, die sehr milde Luftmassen heranführen.
Am Mittwoch liegt Deutschland quasi zwischen den Stühlen: Von Finnland bis zur Ostsee thront ein kräftiges Hoch, während sich von Westen ein Tiefausläufer nähert. Ähnlich unentschlossen zeigt sich das Wetter mit einem Mix aus Sonne und Wolken. Lediglich im äußersten Norden, von Schleswig-Holstein bis zur Uckermark, überwiegen deutlich die wolkigen Anteile. Erste Tropfen im Nordwesten und Westen sind Vorboten für das, was in der Nacht kommt, bleiben aber noch die Ausnahme. Erneut wird es sehr mild bei 10 bis 15 Grad, an den Küsten und im Nordosten liegen die Höchstwerte bei 5 bis 9 Grad.
In der Nacht zum Donnerstag ziehen von Westen Regenwolken auf und breiten sich tagsüber bis in den Osten und Süden aus. Mit großen Summen werden die Regentonnen allerdings nicht gefüllt. Die Sonne macht sich eher rar mit einer Ausnahme: Ab dem Nachmittag setzt sie sich von der Nordsee her durch! Die Temperaturen werden mit 7 bis 13 Grad nur etwas weniger mild.
Erst ab Freitag wird das Wetter hierzulande wieder interessanter und könnte bei dem ein oder anderen Winterfreund für glänzende Augen sorgen. Während sich ein Hoch bei den Britischen Inseln aufbaut und die Strömung auf nördliche Richtung dreht, zieht eine Kaltfront mit Niederschlägen von Nord nach Süd. In den mittleren Landesteilen sinkt dabei die Schneefallgrenze auf 300 bis 600 m, bei stärkeren Schauern kann es aber durchaus auch mal bis in tiefe Lagen weiß werden (dort bleibt der Schnee allerdings nicht liegen). Im Süden ist die Schneefallgrenze anfangs mit ca. 800 m noch etwas höher.
Auch am Samstag könnte es regional wieder ein paar Flocken geben, bevor sich ab Sonntag Hochdruckeinfluss mit mehr Sonnenschein durchsetzt. Nachts wird es zwar frostig, die ganz große Kälte ist bei Tageshöchstwerten zwischen 1 und 7 Grad aber nicht zu erwarten.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach
Offenbach, den 21.02.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Ein Polarwirbel in der Troposphäre und die eisige Überraschung

In Zeiten der fortschreitenden Veränderung des Klimas sind Wärme- bzw. Hitzerekorde mittlerweile eine traurige Routine geworden. Umso mehr fallen jedoch Ereignisse auf, die mit sehr kalten und nicht selten auch rekordverdächtigen Werten einhergehen.

So geschehen Mitte/Ende Januar 2023 in Teilen Asiens, wo eisige Werte gemessen wurden. Tongulah (Sibirien, Russland) vermeldete -62.7 Grad (Rekord), Mohe (China) -53 Grad (nationaler Rekord) oder Nokkundi in Pakistan rund -10 Grad. Im Dezember 2022 erfolgte zum Monatesende über den USA ein heftiger Kaltluftausbruch mit einigen Rekorden. Diese Aufzählung ist natürlich unvollständig, kann jedoch Jahr für Jahr in der Vergangenheit zurückverfolgt werden. Schaut man sich geschichtliche Ereignisse an, die vom Wetter beeinflusst wurden, dann kann man als Grund u.a. auch den Einfluss eines Polarwirbels in der Troposphäre ausmachen. Ein Beispiel stellt der eisige Winter 1941/42 in Teilen Skandinaviens und Russlands dar, der damals z.B. im kälteresistenten Schweden für einen neuen winterlichen Maßstab sorgte und auch maßgeblich den Angriffskrieg der Deutschen beeinflusste. Die entsprechenden beeindruckenden Anomalien als Beispiel vom 24. Januar 1942 sind in Bild 1 zu sehen.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung

Mittlerweile haben schon viele den Begriff “Polarwirbel” vernommen, nachdem dieser während eines massiven Kaltluftausbruchs in den USA im Jahre 2014 von nordamerikanischen Medien aufgegriffen und in der Folge auch von der internationalen Presse verwendet wurde. Doch leider, wie so oft, werden wissenschaftliche Begriffe und Definitionen in der Mühle der Massenmedien verfälscht bzw. ungenau oder gar falsch weitergegeben, sodass als Folge häufig eine verwirrende Vermengung der Begrifflichkeiten erfolgt.

Wenn man vom Polarwirbel spricht, dann eigentlich im Kontext des „Polarwirbels in der Stratosphäre“, der durch den Polarnachtjet abgegrenzt und durch ein winterliches Strahlungsdefizit angetrieben wird. Daher ist dieses Phänomen auch auf die winterlichen Monate beschränkt (mit zeitlichen Unschärfen im Herbst und Frühling, je nach Intensität des Wirbels). Dieser Wirbel kann als Folge komplexer Wellendynamik teils geschwächt werden und auch ggf. mit der Troposphäre interagieren – ein Thema, das momentan wieder aktuell ist.

Dann gibt es noch den Polarwirbel in der Troposphäre, der das ganze Jahr über existiert, jedoch keiner einheitlichen Definition unterworfen ist. Vorhandene Erklärungen beschreiben im Endeffekt keine einzige und zusammenhängende, globale Zirkulation in den jeweiligen Hemisphären, wie es in der Stratosphäre der Fall ist. Daher ist anstatt des Begriffs eines Polarwirbels eher die variable Wellenzahl z.B. von planetaren Wellen zu verwenden, die mit dem Jetstream in der Troposphäre verknüpft ist (sei es der Polarfront- oder der Subtropenjet).

Zuletzt kommen wir zum Begriff eines sogenannten „tropopause polar vortex, abgekürzt TPV“, der im heutigen Thema des Tages unser eigentliches Hauptinteresse darstellt, wobei man nun erkennt, dass dieser Name doppeldeutig verwendet wird.
Nach der Definition handelt es sich hierbei um ein sub-synoptisch skaliges System, das durch ein starkes Absinken der Tropopause gekennzeichnet ist und das durch den arktischen Jet begrenzt wird. Innerhalb eines TPV sinkt die potenziell wärmere, trockenere und stabil geschichtete Luft aus der Stratosphäre sehr weit nach unten in die Troposphäre und wird besonders aggressiv beim Überstreichen (relativ gesehen) warmer Meeresoberflächen “diabatisch” angegriffen/geschwächt. Dabei treten solche „Wirbel“ nicht selten wiederholt über bestimmten Regionen auf, wie z.B. über Kanada, die dann entsprechende Namenszusätze erhalten (hier z.B. der “kanadische TPV“). Die kontinental geprägte und durch fortwährende Auskühlung geprägte Luftmasse im Umfeld eines TPV sorgt für teils intensive Kaltluftausbrüche, die weit in die Außertropen vorstoßen können. Komplexer wird das Ganze noch dadurch, dass dieser TPV ggf. mit dem Polarwirbel in der Stratosphäre interagieren kann. Zudem können gleichzeitig mehrere solcher TPV´s zirkumpolar auftreten, die Lebenszeiten von Tagen bis Monaten aufweisen. Beim Erreichen der Außertropen werden die TPV´s nicht selten von extremen Folgeerscheinungen wie intensiven Zyklonen begleitet, da sich beim Vermischen der kalten und z.B. maritim geprägten milderen Luftmassen extreme Temperaturgegensätze aufbauen, die den Nährboden für kräftige Tiefdruckentwicklungen darstellen.

Doch die Darlegung der unterschiedlichen Definitionen ist das eine, die Verwendung eines Beispiels aus der Realität ist das andere. Daher schauen wir uns in der Folge einen TPV an, der Anfang Februar 2023 den Osten Kanadas und den Nordosten der USA heimgesucht hat.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung 1

In Bild 2 links erkennt man die Darstellung des TPV an Hand der isentropen potenziellen Vorticity, was grob gesagt vom Aussehen her nichts anderes ist als die Darstellung des Geopotenzialfeldes, nur mit einer detaillierteren Auflösung. Höhere Werte der IPV (die das Einbeziehen stabil geschichteter wärmerer Luftmassen aus der Stratosphäre andeuten) erstrecken sich von Kanada ausgehend bis in den Nordosten der USA, wobei die Verwendung dieses Parameters auch für die Definition eines TPV herangezogen wird. Dies wird hier nicht weiter vertieft, soll jedoch als Hinweis dienen, wieso hier nicht auf das Geopotenzial zurückgegriffen wurde.
Rechts im Bild 2 wurde die Temperatur in 850 hPa eingetragen, also in rund 1.3 bis 1.5 km Höhe über Grund. Man sieht, dass den TPV eine bitterkalte Luftmasse mit Werten von deutlich unter -30 Grad begleitet hat, die direkt in Richtung Nordatlantik gelenkt wurden. Handelt es sich (wie bei diesem Ereignis) um einen rasch ziehenden TPV, dann ist der “Kältespuk” schnell wieder vorbei. Anders jedoch sieht es aus, wenn sich so ein TPV über längere Zeit vor Ort einnistet, was u.a. häufig über Kanada der Fall ist. Die Folge sind dann langanhaltende, eisige Bedingungen.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung 2

Solch ein TPV ist nicht selten von einem sehr kräftigen arktischen Höhenjet begleitet, der dank der extremen Temperaturgegensätze diesen in der oberen Troposphäre flankiert. In unserem Beispiel erreichte der Höhenwind östlich des TPV (mit dem Subtropenjet verschmelzend) Windgeschwindigkeiten von über 350 km/h – wirklich extreme Werte und auch klimatologisch außergewöhnlich. Entsprechend dynamisch gestaltete sich das Wetter in Form rasch fallenden Luftdrucks am Rand des Jets, was in diesem Fall für die Bildung eines 960 hPa Sturmtiefs in der Nähe von Neufundland sorgte. Wie wir noch sehen werden verursachten die extreme Kälte und die angesprochenen Windgeschwindigkeiten imposante Temperaturwerte bei der gefühlten Temperatur.

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Die Dynamik dieses Sturmtiefs ist auch vom Satelliten aus sehr gut zu erkennen. In Bild 4 werden dabei die variablen Luftmassen und Höhenbereiche farblich unterschiedlich eingezeichnet. Zum Beispiel erkennt man schön, wie von Süden über den Nordatlantik warme Luftmassen nordwärts geführt werden (grünliche Einfärbung), während von Westen eine besonders in der Höhe sehr trockene Luftmasse den Nordatlantik erreicht hat (trocken, da es sich hier zum Teil um eine Luftmasse aus der Stratosphäre gehandelt hat). Die zellenartige Wolkenstruktur deutet zudem das Überstreichen eisiger Luftmassen über dem vom Golfstrom erwärmten Meer an, während der Gradient von hoher weißer Bewölkung hin zu brauner Einfärbung die Position des Jets darstellt.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung 4

Aber nicht nur in der oberen Troposphäre, sondern auch in 2 m Höhe sackten die Temperaturwerte auf teils deutlich unter -30 Grad ab, was für viele Bereiche Kanadas die kälteste Luftmasse seit 2019 darstellte (Bild 5). Zusammen mit dem Wind wurden beeindruckende Werte der gefühlten Temperatur gemessen, die bei teils unter -40 Grad lagen. Dies sind Werte, bei denen man innerhalb kürzester Zeit Erfrierungen bekommen würde, sollte man der Kälte ungeschützt ausgesetzt sein. Den Vogel schoss jedoch der 1917 m hohe Mount Washington im US-Bundesstaat New Hampshire ab, wo bei Windgeschwindigkeiten von teils über 180 km/h und Temperaturwerten von unter -40 Grad ein Windchill von bis zu -78 Grad gemessen wurde (roter Kasten im Bild 6). Dies würde nach endgültiger Überprüfung einen neuen Rekord des Windchills für Nordamerika darstellen.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung 5

Wegen des raschen und extremen Temperaturrückgangs traten in vielen Regionen Kanadas dank des zügig gefrierenden Wassers im Erdreich sogenannte “cryoseism” (deutsch für Eisbeben) auf, die sich anfühlen und anhören wie schwache Erdbeben und letztendlich auch nichts anderes sind. Der Boden wird durch das “Schockfrosten” regelrecht aufgesprengt.

Übrigens fand dieses Ereignis in den Massenmedien eine hohe Resonanz, was vor allem an der Vermutung lag, dass der Gipfel vom Mount Washington während der Passage des TPV kurzzeitig in die Stratosphäre hineinragen könnte. Wie man sich das bildlich vorstellen kann ist, in Bild 7 grafisch dargestellt.

DWD Ein Polarwirbel in der Troposphaere und die eisige Ueberraschung 6

Dabei erkennt man in Bild 7a), dass an der Station Maniwaki der untere Bereich der Stratosphäre (flankiert von der Tropopause und rot strichliert) auf rund 800 hPa absank, im rund 550 km südlicher gelegenen Mount Washington nicht ganz so tief, sodass letztendlich der Gipfel knapp außerhalb der Stratosphäre verblieb, was auch an einem fehlenden Ausschlag der Ozonmessungen deutlich wurde, die sonst in der ozonreicheren stratosphärischen Luftmasse deutlich höhere Werte hätten anzeigen müssen.
Beim Vergleich von Bild 7a) mit 7b) erkennt man, wie massiv die Stratosphäre innerhalb eines TPV absinken und nach Durchzug des TPV wieder ansteigen kann.

Dass solche TPVs auch uns in Mitteleuropa erreichen, ist nicht unmöglich, wenngleich vieles passen muss, wie z.B. die richtige synoptische Druckkonstellation oder eine gute Schneebedeckung in Nordeuropa, um uns ungefiltert mit eisiger Polarluft zu “frosten”. Wenn man sich die aktuelle Entwicklung in der Stratosphäre anschaut, kann man nicht ausschließen, dass wir noch in diesem März in Nord- oder Osteuropa von einem solchen Ereignis sprechen könnten – wenngleich das nicht wünschenswert wäre.

Dipl. Met. Helge Tuschy
Deutscher Wetterdienst
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Offenbach, den 20.02.2023
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Reger Ballonverkehr

Vor wenigen Wochen sorgte ein in großer Höhe fliegender Ballon im Luftraum der Vereinigten Staaten für allerhand Aufsehen. Nachdem dieser am 28. Januar 2023 im Bereich der Aleuten (zu Alaska gehörende Inselkette im Nordpazifik) zum ersten Mal im US-Luftraum gesichtet wurde, endete seine Flugbahn nach einem kurzen Abstecher nach Kanada zwangsweise am 04. Februar vor der Küste South Carolinas. Im Rahmen der Berichterstattung wurden regelmäßig auch atmosphärische Begriffe verwendet, die an dieser Stelle kurz eingeordnet werden sollen.

Die Atmosphäre der Erde ist keine homogene Lufthülle, sondern weist je nach Abstand zur Erdoberfläche einige Besonderheiten auf. Den meisten ist zwar noch bekannt, dass sich die Dichte der Luft und damit auch der Luftdruck mit der Höhe kontinuierlich verringern, bei der Temperaturverteilung ist der Verlauf aber schon wesentlich komplexer und nicht jedem bekannt. Eine ganz entscheidende Sprungschicht der Temperatur ist die sogenannte Tropopause, die die darunterliegende Troposphäre von der darüber befindlichen Stratosphäre abtrennt. Bis zur Tropopause nimmt die Temperatur mit der Höhe oberhalb der Grenzschicht (unterste, ca. 1,5 km hohe Schicht) normalerweise ab, darüber nach einer isothermen Schicht wieder zu. Dadurch sind die Austauschprozesse zwischen diesen beiden Schichten deutlich eingeschränkt. Für die Wettervorhersage ist dabei entscheidend, dass die wesentlichen Wettervorgänge in der Troposphäre stattfinden. Die Höhe der Tropopause variiert zwischen etwa 8 km an den Polen und bis zu rund 17 km am Äquator. In unseren mittleren Breiten kann von einer mittleren Höhe von etwa 10 km ausgegangen werden, wobei bei gewissen atmosphärischen Konfigurationen diese durchaus etwas tiefer oder höher liegen kann.

Um besser über diese wetteraktive Schicht Bescheid zu wissen, werden vom Boden aus regelmäßig sogenannte “Radiosonden” gestartet. Diese Messeinheiten sind an aufsteigende Ballone angebracht und schicken auf ihrem Weg die gesammelten Daten der Vertikalsondierung (Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchte, sekundär auch Wind) zur Erdoberfläche zurück. Allerdings müssen sich auch diese Ballone den atmosphärischen Gesetzmäßigkeiten unterwerfen: Mit zunehmender Höhe sinkt der Umgebungsdruck, dadurch dehnt sich das Ballongas und damit auch die Ballonhülle deutlich aus. Letztendlich platzt er normalerweise in einer Höhe von etwa 20 bis 30 km und die Messeinheit fällt, (teilweise) mittels Fallschirm, auf die Erdoberfläche zurück (der Höhenrekord bei den Aufstiegen des DWD liegt bei etwa 39 km). Diese Art von Ballonen stellen im allgemeinen Sprachgebrauch die sogenannten “Wetterballone” dar.

Der abgeschossene Ballon war dagegen ein sogenannter “Höhen- oder Stratosphärenballon” und deutlich größer als die Radiosondenballone. Diese operieren, wie der Name schon sagt, in der Stratosphäre in einem Höhenbereich von ca. 18 bis 37 km. Die Höhenrekorde sind mit etwa 53 km überliefert (zum Vergleich: Felix Baumgartner sprang bei seinem Stratosphärensprung im Jahr 2012 aus eine Höhe von knapp 39 km). Ganz prinzipiell können auch diese Ballone wichtige meteorologische Werte erfassen, denn die stratosphärischen Prozesse und deren Auswirkungen auf das Wetter in der Troposphäre sind noch nicht komplett erforscht und befinden sich deshalb im wissenschaftlichen Fokus. Allerdings unterliegen die aufgefundenen Trümmerteile den Untersuchungen der US-Regierungsbehörden, wesentliche Ergebnisse sind noch nicht bekanntgegeben. Klar erscheint aber, dass sich dieser Ballon deutlich von der bisher bekannten Bauweise unterschied.

Die Flughöhe des Ballons wurde mit etwa 18 km angegeben, damit bewegte er sich deutlich über jenen Niveaus, die die kommerzielle Luftfahrt normalerweise für sich beansprucht. Handelsübliche Düsenflugzeuge befinden sich im Reiseflug je nach Region etwa zwischen 10 und 15 km. Ein unliebsames Rendezvous hätte es aber durchaus mit der 2003 ausgemusterten Concorde geben können, denn diese schaffte immerhin eine Reiseflughöhe von 15 bis 18 km.

Mag.rer.nat. Florian Bilgeri
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.02.2023
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