Mythos Kaventsmann (Teil 2)

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Nach der Messung der Draupner Welle im Jahre 1995 wurde die Forschung im Bereich der Monsterwellen deutlich ausgeweitet. Das Projekt MAXWAVE unter der Leitung des GKSS Forschungszentrums Geesthacht bei Hamburg hat durch gezielte Radar- und Satellitenmessungen Überraschendes festgestellt. Das seltene Phänomen ist gar nicht so selten wie es sein sollte. Höchste Zeit also der Entstehung von Monsterwellen näher auf den Grund zu gehen.

Zunächst nahm man in der Strömungstheorie an, dass längere und damit schnellere Wellen kürzere, langsame Wellen einholen und sich dann Überlagern. Die Überlagerung von Wellen wird in der Physik auch als Interferenz bezeichnet. Geht man von der Interferenztheorie zur Bildung von Monsterwellen aus, ist gemäß der Gauß’schen Normalverteilung, das Auftreten extremer Wellen sehr unwahrscheinlich. Die Natur machte der Theorie jedoch einen Strich durch die Rechnung. Am 1. November 2006 zog Sturm „Britta“ über die Nordsee. Mit nordwestlicher Strömung peitschten Orkanböen über das tosende Meer und türmten die Wellen in der Deutschen Bucht etwa elf Meter hoch auf. Gegen 5 Uhr morgens traf dann ein 15 Meter hoher Kaventsmann auf die Forschungsplattform Fino-1. Nach der Interferenztheorie dürfte eine solche Riesenwelle dort nur einmal in 100 Jahren auftreten. Aber nur ein Jahr später, am 9. November 2007, wühlte Sturmtief „Tilo“ die See in der Deutschen Bucht auf und setzte mit einer ähnlich großen Welle Fino-1 erneut schwer zu. Es muss demnach abseits von Interferenzen noch andere Effekte geben, die diese Wellen dazu befähigte so hoch anzuwachsen und ihre Energie zu fokussieren. Ein Erklärungsansatz findet sich in der Natur von größeren Meeresströmungen wie dem Golfstrom. Dort können Wellen gebündelt werden wie das Licht in einem Brennglas. Desweiteren können sich durch einen der Meeresströmung entgegengesetzten Sturm, wie es z. B. häufiger vor der Küste Südafrikas oder um Kap Hoorn vorkommt, die Wellen extrem aufsteilen. Eine dritte Ursache liegt in der Topographie des Meeresbodens. Durch plötzliche Abnahme der Wassertiefe kommt es zu Turbulenzen in der Strömung. Wellenberge bewegen sich entgegen der allgemeinen Wellenrichtung und türmen sich dabei auf. Auch bei Kreuzsee, wenn Dünung und Windsee aus verschiedener Richtung aufeinanderprallen, wurden Monsterwellen häufiger beobachtet.

In der Monsterwellenwelt bleiben die Giganten der Meere also nicht lange alleine. Im Herbst 2020 kam es gleich zu zwei neuen Rekorden. An der portugiesischen Atlantikküste bei Nazaré, einem Surfer-Paradies, befindet sich eine mehr als 200 Kilometer lange und bis zu 5000 Meter tiefe Meeresschlucht. Diese reicht fast bis an die Küste heran. Hurrikan EPSILON tobte über den Atlantik. Die Ausläufer des Sturms sowie eines Tiefdruckgebiets bei Grönland erzeugten ein starkes Dünungsfeld, das im Oktober 2020 auf die Küste Portugals traf. Unter anderem durch die Topographie entstand also nahe der Küste eine 31 Meter hohe Wasserwand. Sie ist aktuell die größte gesurfte Welle der Welt.

Nur einen Monat später, im November 2020 war es schon wieder soweit, jedoch in einem anderen Ozean. Ein Tief über dem nördlichen Pazifik entwickelte sich zum Sturm und zog entlang der Westküste der USA nordwärts. Am 17. November traf das Tief in Kanada auf Land und schwächte sich im weiteren Verlauf ab. Vor Vancouver Island erhob sich eine 17,6 m hohe Welle. Ein neuer Rekord, denn der umgebende signifikante Seegang war nicht mal 6 Meter hoch. Der Kaventsmann überragte also die umgebenden Wellen um das dreifache. Diese Daten wurden erst kürzlich, im Februar diesen Jahres, von der University of Victoria wissenschaftlich bestätigt (siehe Link zum wissenschaftlichen Artikel). Statistisch gesehen tritt solch eine Welle bei dem umgebenden Seegang nur alle 1300 Jahre auf. Ob wir wirklich so lange auf einen neuen Rekord in der Monsterwellenwelt warten müssen?

MSc Met. Sonja Stöckle

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 09.03.2022

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Mythos Kaventsmann (Teil 1)

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Kaventsmänner oder Monsterwellen wurden lange als Seemannsgarn abgetan. Als Mythos von verwirrten Seemännern ähnlich wie Meerjungfrauen oder Riesenkraken. Dabei wurden aufgrund des optischen Eindrucks bereits drei verschiedene Typen von Monsterwellen bestimmt: Die „Drei Schwestern“ (mehrere große Wellen die direkt aufeinander folgen), die durch eine Schaumkrone geprägte „Weiße Wand“ und der Kaventsmann.

Als Kaventsmann wird eine einzelne gigantische Welle bezeichnet, die mindestens doppelt so hoch ist wie seine umgebenden Wellen und auch in ihrer Bewegungsrichtung vom vorherrschenden Seegang abweichen kann. Zahlreiche Schiffunglücke sind vermutlich auf Kaventsmänner zurückzuführen. So zum Beispiel der Untergang des Frachtschiffs „München“ im Dezember 1978 auf dem Weg von Bremerhaven in die USA. Nördlich der Azoren entwickelte sich ein heftiger Sturm, der das Meer aufwühlte. Es herrschte Windstärke 11 im Mittel, die Wellen wogten rund 15 Meter hoch. Das ist die Wellenhöhe, die lange Zeit als maximal möglicher signifikanter Seegang galt. Doch eine Welle ragte vermutlich noch deutlich darüber hinaus und schlug die Fenster der Schiffsbrücke ein. Der Frachter war über mehrere Stunden manövrierunfähig und sank schließlich etwa 30 Stunden später in die Tiefen des Meeres ab.

Auch die Zunahme des Schiffsverkehrs führte dazu, dass immer häufiger Monsterwellen beobachtet wurden. Eine der vermutlich größten aufgezeichneten Wellen wurde dem Kreuzfahrtschiff MS „Bremen“ zum Verhängnis. Das Schiff der Hapag-Lloyd geriet 2001 auf dem Weg von Südgeorgien (Antarktis) nach Brasilien in einen heftigen Sturm. Über dem Südatlantik baute sich eine extrem hohe Welle auf und schlug dort ebenfalls die Brückenfenster ein. Aus dem Logbuch geht hervor: 22. Februar 2001: „Unsere harmonische Seereise wird heute jäh unterbrochen. Um ca. 6.20 Uhr erlitten wir bei sehr schwerer See einen Seeschaden. Ein großer Brecher (Seeschlag) von ca. 35 m Höhe zerstörte das Brückenfenster, wodurch viel Wasser in den Brückenraum eindrang. Ca. 35 Min. ist das Schiff manövrierunfähig, dann konnte die Situation glücklicherweise wieder unter Kontrolle gebracht werden; Verletzte gab es nicht …“ Das Schiff konnte sich sicher in den nächsten Hafen retten. Der Logbucheintrag führt einem jedoch die Gewalt des Meeres vor Augen und lässt einen über die Geschichten alter Seemänner nochmals nachdenken.

Trotz vieler Schiffsunglücke und Berichten von Überlebenden fehlten lange Zeit die Beweise für die Existenz solcher Giganten der Ozeane. 1995 war es dann aber soweit. Am Neujahrstag befand sich ein Zentraltief mit Zentrum über Südschweden. An dessen Westflanke peitschte ein Randtief über die nördliche Nordsee. Dieses verlagerte sich weiter südwärts und entwickelte sich dabei zum Orkan. Der Orkan blies kalte Luft polaren Ursprungs entlang der Westküste Norwegens nach Süden. Bei einem signifikanten Seegang von 11 bis 12 Metern verzeichnete die Draupner-Bohrinsel vor der Westküste Norwegens mit Hilfe eines Lasers eine Monsterwelle von 25,6 Metern Höhe. Dabei breitete sich die Dünung im 80° Winkel zur Windsee aus (siehe Link zum DWD-Wetterlexikon). Mit etwa 100 km/h verlagerte sich die Welle südwärts und erreichte etwa sieben Stunden später den Seenotkreuzer „Alfried Krupp“ der sich westlich von Borkum befand. Das Boot geriet selbst in Seenot. Zwei Besatzungsmitglieder kamen dabei ums Leben.

Die Draupner-Welle ist der erste tatsächlich objektiv gemessene Kaventsmann und brachte somit eine Wende in die Erforschung von Monsterwellen. Der Mythos ist kein Mythos mehr, sondern eine faszinierende, zerstörerische und messbare Erscheinung. Ob man vielleicht irgendwann mal noch Meerjungfrauen sichtet?

Mehr zum Thema Monsterwellen im morgigen Thema des Tages.

MSc Met. Sonja Stöckle

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 08.03.2022

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Eine Woche Sonnenschein

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Bereits seit über einer Woche hat sich bei uns eine anhaltende Hochdruckwetterlage eingestellt. Diese bescherte uns bereits eine satte Zahl an Sonnenstunden. Getrübt wurde das Bild allerdings am vergangenen Wochenende. Dabei störte ein Höhentief das ruhige Wettergeschehen und sorgte zeitweise für dichte Bewölkung und mancherorts sogar für ein paar einzelne Schneeflocken. Dieses Höhentief ist nun aber Geschichte und der Weg frei für Hoch „Martin“. „Martin“ befindet sich aktuell mit seinem Zentrum bei den Britischen Inseln und verlagert seinen Schwerpunkt in den kommenden Tagen allmählich ostwärts Richtung Dänemark und Ostsee und sorgt auch in den nächsten Tagen für wolkenfreien Himmel und viel Sonnenschein.

Dabei ist zunächst noch eine kalte und nur wenig erwärmte Kontinentalluftmasse aus Osten wetterwirksam, die zudem auch noch ausgesprochen trocken ist. Das macht sich unter anderem in Form von ziemlich tiefen Taupunkttemperaturen bemerkbar, die verbreitet Werte von unter -5, teilweise sogar um -10 Grad aufweisen. Dafür liegen zumindest tagsüber die Temperaturen verbreitet im positiven Bereich über 0 Grad. So nimmt unter anderem der Spread, das heißt die Differenz zwischen Temperatur und Taupunkt, außergewöhnlich hohe Werte von über 10 Kelvin an. Die Folge sind unter anderem teils sehr gute Fernsichten und klare Nächte, in denen es dadurch gleichzeitig auch recht kühl wird. Landesweit sinken die Temperaturen nachts aktuell teils deutlich unter den Gefrierpunkt. Vor allem im Süden Deutschlands tritt zurzeit mäßiger Frost mit Werten unterhalb -5 Grad auf. Mancherorts sorgt dieser Witterungsabschnitt damit für den kurios anmutenden Fakt, dass der Märzanfang kälter ausfällt als der gesamte Winter 2021/2022, der aus meteorologischer Sicht sein Ende am 1.3. fand.

Etwas feuchter ist die Luft dagegen in Norddeutschland. Die Folge hier: Nebel. Auch wenn die Sonne mittlerweile schon deutlich an Kraft zugelegt hat, kann sich dieser stellenweise recht zäh bis weit in die Vormittagsstunden hinein halten, bevor er sich auflöst.

Wenn sich Hoch „Martin“ gegen Mitte dieser Woche weiter nach Osten verlagert hat, dreht damit auch die Strömung allmählich auf südlichere Richtung. Vor allem der Westen Deutschlands kommt zuerst in den Genuss dieser Winddrehung, denn sie bedeutet deutlich zunehmende Temperaturen am Tage. Die höchsten Werte werden, wie es typischerweise der Fall ist, entlang des Rheins erreicht. Hier klettern die Temperaturen gegen Ende der Woche auf frühlingshafte Werte von 15 bis 17 Grad. Auch abseits davon werden oft zweistellige Höchstwerte von 11 bis 15 Grad erreicht. Am kühlsten bleibt es dagegen im äußersten Osten entlang von Oder, Neiße und Uecker mit Werten um 10 Grad. Nur die Nachtfröste bleiben weiter aktuell, wenngleich sie in den kommenden Tagen zunehmend an Strenge verlieren. Zunächst im äußersten Westen und später im Nordwesten bleibt es dann ab Wochenmitte erstmals auch wieder frostfrei.

M.Sc. Felix Dietzsch

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 07.03.2022

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Mit Frostschutz gegen die nächtliche Kälte

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Die vergangene Nacht (zum Sonntag) war bereits die achte in Folge mit fast bundesweitem Nachtfrost. Im Flachland reichten die Tiefstwerte meist von -1 bis -5 Grad, in mittleren Lagen bis etwa -7 Grad, in den wenigen schneebedeckten Berglandregionen sank die Temperatur während der Nächte häufig bis -10 Grad. Im Vergleich zu den meist recht milden Winterwochen ist dies schon eine bemerkenswerte Serie. Verantwortlich dafür ist die Kombination aus beständigem Hochdruckeinfluss und der Heranführung von kalter Festlandsluft, die schon mehrere Tage anhält. Dabei kann die Sonne die bodennahen Luftschichten während des Tages zwar in die mittleren und höheren einstelligen Werte erwärmen, in den Nächten gibt es aber immer noch eine kräftige Auskühlung mit entsprechender Frostgefahr.

Während sich eine solche Wetterlage für die Bevölkerung recht unspektakulär darstellt (maximal sehr vereinzelt geringer Schnee, stellenweise Glätte), muss sich die nun erwachende Flora dagegen erst einmal behaupten. In vielen Landesteilen sind die Frühblüher dieses Jahr schon sehr früh ausgetrieben und kämpfen sich nun langsam auch in den mittleren Lagen aus dem Boden hervor. Die klassischen Frühlingspioniere wie Schneeglöckchen und Krokusse reagieren dabei auf die zunehmende Bodentemperatur (als Folge der stärkeren Bestrahlung durch die Sonne), dabei ist selbst eine vorübergehende dünne Schneedecke kein größeres Problem. Doch wie schützen sich die jungen Pflanzen gegen die immer noch auftretenden Nachtfröste?

Im Gegensatz zu den klassischen Blüten des „Vollfrühlings“ (z.B. Apfel), weisen Schneeglöckchen und Co. verschiedene frostschützende Mechanismen auf. Dabei muss verhindert werden, dass das Wasser in den Zellen gefriert und damit die Zellstruktur unwiederbringlich zerstört. Kommt es nun zu Temperaturen nahe oder unter dem Gefrierpunkt, muss die Pflanze ihren Stoffwechsel umstellen. Durch vermehrte Bildung von „Frostschutzmitteln“ wie Glycerine, Traubenzucker oder Sorbit wird dabei der Gefrierpunkt der Zellflüssigkeit herabgesetzt (Gefrierpunktserniedrigung). Damit können die spitzen Eiskristalle nicht mehr bei 0 Grad entstehen, sondern erst bei deutlich tieferen Temperaturen. Diese Zusammenhänge hat sich übrigens der Mensch abgeschaut: Streusalz oder Sole wirken auf unseren Straßen ebenfalls durch Erniedrigung des Gefrierpunkts des Wassers, Glätte kann damit verhindert oder zumindest verzögert werden; Zucker würde ähnlich wirken, ist aber deutlich teurer und natürlich zu schade um als Streumittel eingesetzt zu werden.

Dabei noch ein Tipp für jene, die die Frühlingsblüher in voller Pracht genießen wollen: Sollte es kurz vor dem Sprießen der ersten Pflanzen nochmal schneien, bitte die Rasenfläche nicht mechanisch vom Schnee befreien. Das würde eventuell die beim Austrieb befindlichen, empfindlichen Blüten zerstören – also lieber etwas Geduld aufbringen. Das führt schon zur Prognose der nächsten Tage:

Das überwiegende Hochdruckwetter wird uns während der nächsten Tage weiter begleiten. Hoch MARTIN mit Schwerpunkt über Großbritannien und Irland lenkt dabei weiterhin kalte Festlandsluft nach Mitteleuropa. Schwache Tiefausläufer sorgen dabei vor allem in der Nordosthälfte zeitweise für dichtere Wolken, ab und zu sind auch ein paar Flocken dabei. Erst ab der Wochenmitte zieht sich der Schwerpunkt der Hochdruckgebiete nach Ost- und Nordosteuropa zurück. Gleichzeitig etabliert sich über Westeuropa eine Tiefdruckzone, die die Höhenströmung auf südwestliche Richtung drehen lässt. Damit wird die herangeführte Luftmasse während der zweiten Wochenhälfte von Westen her langsam etwas wärmer – ein schneller und massiver Temperatursprung darf aber nicht erwartet werden.

Mag.rer.nat. Florian Bilgeri

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 06.03.2022

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Winter 2021/2022 – Nasses Ende nach trockenem Beginn

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Nach dem trockenen Herbst schien der Winter 2021/2022 zunächst diesen Trend fortsetzen zu wollen, doch peu à peu drehte der Winter den Wasserhahn weiter auf, sodass die Wasserspeicher im Boden gefüllt werden konnten. Im deutschlandweiten Flächenmittel kamen insgesamt 204 Liter pro Quadratmeter (l/m²) zusammen und damit 113%* (107%**) der durchschnittlichen Niederschlagsmenge. [Bezüglich der Referenzperiode 1981-2010, die der radarbasierten Niederschlagsauswertung zugrunde liegt, betrug die Abweichung nur 5%.] Wie der Niederschlag über die einzelnen Monate verteilt war, schauen wir uns im heutigen Thema des Tages an.

Beginnen wir mit dem Dezember, der – wie bereits angesprochen – die Serie von eher niederschlagsarmen Monaten fortsetzte. Mit 61,4 l/m² fielen 88% (87%**) der durchschnittlichen Monatsmenge. Wie man auf der beigefügten Grafik anhand der roten Farben erkennen kann, war der Dezember vor allem in der Mitte und im Norden des Landes zu trocken. Besonders trocken war es von Nordhessen und Ostwestfalen über Südniedersachsen bis zum Harz und Thüringer Wald, wo vielerorts nur 25 bis 40% des Monatssolls erreicht wurden. So wurden in Eisenach (Thüringen) mit 16,3 l/m² nur 27% der durchschnittlichen Niederschlagsmenge erreicht. Noch trockener war es im Lee (windabgewandte Seite) des Harzes. In Quedlinburg und Arnstein-Ulzigerode (beide Sachsen-Anhalt) kamen nur 15,1 bzw. 13,5 l/m² zusammen. Südlich des Mains war die Niederschlagsbilanz in etwa ausgeglichen, entlang und südlich der Donau regnete bzw. schneite es stellenweise sogar deutlich mehr als in einem durchschnittlichen Dezember. In Augsburg gelangten 80 l/m² in den Messtopf, was 185% der üblichen Regenmenge entspricht. Der nasseste Ort (Bernau-Goldbach) ist allerdings im Südharz anzutreffen, wo sogar 301 l/m² (137%) gemessen wurden.

Der Januar kam im Bundesdurchschnitt auf 58,2 l/m², was bezüglich der Referenzperiode 1961-1990 mit 96% eine weitgehend ausgeglichene Bilanz darstellt. Bezüglich der nasseren Periode 1991-2020 betrug die negative Abweichung etwa 10%. Allerdings sind große regionale Unterschiede auffällig. In der Nordhälfte sowie ganz im Süden verlief auch der zweite Wintermonat zu trocken. In Königsborn nahe Magdeburg war Regen und Schnee mit nur 12,9 l/m² (37%) Mangelware. In der Feldberg-Region im Schwarzwald und im Bodenseeraum wurden stellenweise weniger als ein Drittel der üblichen Niederschlagsmenge erfasst. Am höchsten Schwarzwald-Gipfel kamen mit 47 l/m² nur 28% und in Deggenhausertal-Azenweiler 31% des Monatssolls (23 l/m²) zusammen. Ganz anders verlief der Monat in Südhessen sowie im Osten Thüringens. Mehrere Regenereignisse brachten dort viel Nass von oben. In Suhl-Heidersbach prasselten 192 l/m² vom Himmel, in Mertendorf waren es 88 l/m², was an beiden Orten mit 231% mehr als der doppelten Niederschlagsmenge eines durchschnittlichen Januars entspricht.

Der kürzlich zu Ende gegangene Februar war geprägt von einer strammen westlichen Strömung, bei der sich Tiefs die Klinke in die Hand gaben und beständig feuchte Meeresluft zu uns schaufelten. Folglich summierte sich der Niederschlag auf 81 l/m² im deutschlandweiten Flächenmittel, was 170% (158%**) des vieljährigen Mittels entspricht. Vor allem über den Norden zogen wiederholt kräftige Regengebiete hinweg, die dort zu Überschwemmungen führten. Im gesamten Bundesland Schleswig-Holstein wurde mehr als die dreifache Monatssumme erfasst. Regional prasselte dort sowie im Nordwesten Niedersachsens und in Teilen von Mecklenburg-Vorpommern sogar die vier- bis fünffache Regenmenge eines üblichen Februars vom Himmel, wie beispielsweise in Dörnick nahe Kiel mit 165 l/m² (498%). Das häufige Westgebläse sorgte auch für extreme Luv-Lee-Effekte. Besonders in den West- und Südweststaulagen der westlichen und zentralen Mittelgebirge wurden die Regen- bzw. Schneewolken regelrecht ausgepresst. Daher wurde mit 364 l/m² (343%) in Suhl-Gehlberg am Thüringer Wald die größte Regenmenge gemessen. Im Lee der Mittelgebirge kam oft nicht viel Regen an. So war es in Quedlinburg und in Aschersleben-Mehringen im Harzlee mit 25 bzw. 21 l/m² ziemlich trocken. Nur 35 bzw. 60 km westlich dieser beiden Orte fiel in Braunlage im Stau des Harzes mit 318 l/m² (343%) die 12,5- bzw. 15-fache Niederschlagsmenge! Am trockensten war es im Gäuboden in Niederbayern (z.B. Geiselhöring: 16 l/m², 40%) sowie im Oberrheingraben im Lee der Vogesen (z.B. Vogtsburg-Bischoffingen: 19 l/m², 48%).

Summa summarum war der Winter also leicht zu nass, jedoch mit regionalen Unterschieden. Wegen des sehr nassen Februars wurde im Norden vielerorts die 1,5- bis zweifache Niederschlagsmenge erreicht, teils auch mehr (z.B. Dörnick: 279 l/m², 206%), ebenso wie im Stau einiger Mittelgebirge (z.B. Ellrich-Werna im Harz: 234 l/m², 238%). Der niederschlagsreichste Ort war allerdings mit 717 l/m² (136%) die Zugspitze. Am wenigsten Niederschlag wurde mit gerade einmal 64 l/m² (63%) in Königsborn gemessen. Die größten negativen Abweichungen vom vieljährigen Mittel gab es hingegen vom südlichen Alpenvorland bis zum Oberrhein. Am Feldberg im Schwarzwald wurden mit 220 l/m² nur 44% und in Blumberg-Randen am Südostrand des Schwarzwalds mit 112 l/m² Niederschlag 48% eines üblichen Winters erreicht.

Blockierende Hochdruckgebiete versperren seit Ende Februar Regenfronten den Weg nach Deutschland. Ob der Frühling regenreich oder trocken ausfällt, können wir aber erst in knapp drei Monaten abschließend beurteilen.

* Prozentangaben im Text beziehen sich (sofern nicht anders angegeben) auf die Referenzperiode 1961-1990

** Referenzperiode 1991-2020

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 05.03.2022

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Der digitale Zwilling

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Um bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden, hat die Europäische Union mit dem „Green Deal“ und der „Digital Strategy“ zwei große Programme gestartet. Eine Schlüsselkomponente ist dabei die Initiative „Destination Earth“, deren Startschuss Ende letzten Jahres fiel und bis zu zehn Jahre laufen soll. Ziel von „Destination Earth“ ist es, ein hochpräzises digitales Modell der Erde zu entwickeln, das in der Lage ist, alle Prozesse zu simulieren, die auf unserer Erde heute und in der Zukunft ablaufen. Die Erde soll also quasi ein virtuelles Abbild ihrer selbst bekommen: einen digitalen Zwilling.

Der Zwilling soll Antworten liefern auf die große Frage, wie sich Klimaveränderungen und Extremereignisse auf unsere Welt auswirken. Er soll es der Politik und Wirtschaft in Deutschland und Europa ermöglichen, die Zukunft vorausschauend zu planen. Mit dem digitalen Zwilling soll ein Informationssystem entstehen, das Szenarien entwickelt und testet.

Szenarien kennt der ein oder andere wahrscheinlich auch schon von Wetter- und Klimavorhersagen und stellt sich vielleicht die Frage: Worin liegt denn dann der Unterschied zu den aktuellen Computermodellen? Bisher wurden in der Wetter- und Klimamodellierung unterschiedliche Ansätze verfolgt: Während Klimamodelle eine sehr breite Palette physikalischer Prozesse abbilden, vernachlässigen sie typischerweise kleinräumige Prozesse und lokale Gegebenheiten, die jedoch für die Wettervorhersagen unerlässlich sind. Wettermodelle hingehen konzentrieren sich auf diese wenigen, kleinräumigen Prozesse, lassen dafür aber wichtige klimarelevante physikalische Vorgänge unberücksichtigt. Der digitale Zwilling wird beide Bereiche zusammenführen und hochauflösende Simulationen ermöglichen, die es so bisher noch nicht gab.

Um dieses hochpräzise Modell unseres Planeten zu entwickeln, ist die Nutzung einer unvorstellbar großen Datenmenge, nicht nur aus den Bereichen Klima und Meteorologie, sondern auch aus dem Bereich des menschlichen Verhaltens notwendig. Schrittweise sollen einzelne digitale Zwillinge entwickelt und später kombiniert werden, um so letztendlich ein einziges hochkomplexes Modell des Erdsystems zu erhalten.

„Destination Earth“ wird von der Europäischen Kommission in enger Kooperation mit den Mitgliedsstaaten sowie wissenschaftlichen und technischen Experten koordiniert. Treibende Kräfte sind die ESA (Europäische Weltraumorganisation), EUMETSAT (Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten) und das ECMWF (Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage), die die Initiative über die nächsten 7-10 Jahre implementieren.

Die Daten sollen später frei zugänglich und leicht nutzbar sein, nicht nur für Behörden, sondern auch für Unternehmen. Anwendungsbeispiele gibt es viele: „Wenn man in Holland beispielsweise einen zwei Meter hohen Deich plant, kann ich die Daten in meinem digitalen Zwilling durchspielen und überprüfen, ob der Deich aller Voraussicht nach auch im Jahr 2050 vor zu erwartenden Extremereignissen schützt“, sagt Peter Bauer, stellvertretender Direktor für Forschung am ECMWF und Mitinitiator von Destination Earth. Auch Stadtplaner könnten simulieren, wie sich Grundwasserstände verändern; Rückversicherer die Risiken durch Extremwetter abschätzen oder Landwirte eine Bewässerungsstrategie entwickeln. Auch für die strategische Planung von Frischwasser- und Lebensmittelversorgung soll der digitale Zwilling genutzt werden.

Das Herz von Destination Earth wird eine cloud-basierte Modellierungs- und Simulationsplattform sein. Über diese erhalten verschiedene Benutzergruppen der wissenschaftlichen und privaten Gemeinschaft Zugang zu den Daten, zur HPC (High Performance Computing)-Infrastruktur, zu Apps, Software und KI (Künstliche Intelligenz).

Wie sehen nun die konkreten Schritte der nächsten Jahre aus? Ziel ist es, bis 2024 die Entwicklung der Open-Core-Digitalplattform und der ersten beiden digitalen Zwillinge (zu extremen Naturereignissen und Anpassung an den Klimawandel) abzuschließen. Bis 2027 sollen weitere digitale Zwillinge, wie z.B. der digitale Zwilling des Ozeans, integriert werden, um branchenspezifische Anwendungsfälle zu bedienen. Bis 2030 soll es dann durch die Zusammenführung der digitalen Zwillinge eine vollständige digitale Nachbildung der Erde geben.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann und Kolleg:innen der Stabstelle „Internationale Angelegenheiten“

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 04.03.2022

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Deutschlandwetter im Winter 2021/22

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Erste Auswertungen der Ergebnisse der rund 2000 Messstationen des DWD in Deutschland.

Besonders warme Orte im Winter 2021/22* 1. Platz Helgoland (Schleswig-Holstein) 5,9 °C Abweich. +2,9 Grad 2. Platz Köln-Stammheim (Nordrhein-Westfalen) 5,9 °C Abweich. +2,4 Grad 3. Platz Duisburg-Baerl (Nordrhein-Westfalen) 5,7 °C Abweich. +2,0 Grad

Besonders kalte Orte im Winter 2021/22* 1. Platz Zinnwald-Georgenfeld (Sachsen) -1,4 °C Abweich. +2,5 Grad 2. Platz Carlsfeld (Sachsen) -1,1 °C Abweich. +2,2 Grad 3. Platz Reit im Winkl (Bayern) -1,0 °C Abweich. +1,8 Grad

Besonders niederschlagsreiche Orte im Winter 2021/22** 1. Platz Vöhrenbach-Urach (Baden-Württemberg) 696,9 l/m² 178 Prozent 2. Platz Bernau-Goldbach (Baden-Württemberg) 686,1 l/m² 118 Prozent 3. Platz Baiersbronn-Ruhestein (Baden-Württemberg) 678,9 l/m² 129 Prozent

Besonders trockene Orte im Winter 2021/22** 1. Platz Königsborn (Sachsen-Anhalt) 63,7 l/m² 63 Prozent 2. Platz Vogtsburg-Bischoffingen (Baden-Württemberg) 64,6 l/m² 55 Prozent 3. Platz Hecklingen-Groß Börnecke (Sachsen-Anhalt) 69,4 l/m² 73 Prozent

Besonders sonnenscheinreiche Orte im Winter 2021/22** 1. Platz Lenzkirch-Ruhbühl (Baden-Württemberg) 320 Stunden 155 Prozent 2. Platz Balingen-Bronnhaupten (Baden-Württemberg) 306 Stunden 164 Prozent 3. Platz Leutkirch-Herlazhofen (Baden-Württemberg) 304 Stunden 120 Prozent

Besonders sonnenscheinarme Orte im Winter 2021/22** 1. Platz Kronach (Bayern) 100 Stunden 74 Prozent 2. Platz Neuhaus am Rennweg (Thüringen) 103 Stunden 62 Prozent 3. Platz Lennestadt-Theten (Nordrhein-Westfalen) 104 Stunden 89 Prozent

oberhalb 920 m NHN sind Bergstationen hierbei nicht berücksichtigt.

* Jahreszeitmittel sowie deren Abweichung vom vieljährigen Durchschnitt (int. Referenzperiode 1961-1990).

** Prozentangaben bezeichnen das Verhältnis des gemessenen Jahreszeitwertes zum vieljährigen Jahreszeitmittelwert der jeweiligen Station (int. Referenzperiode, normal = 100 Prozent).

Hinweis: Einen ausführlichen Monatsüberblick für ganz Deutschland und alle Bundesländer finden Sie im Internet unter www.dwd.de/presse.

Meteorologe Christian Throm

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 03.03.2022

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Deutschlandwetter im Februar 2022

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Erste Auswertungen der Ergebnisse der rund 2000 Messstationen des DWD in Deutschland. Besonders warme Orte im Februar 2022* 1. Platz Köln-Stammheim (Nordrhein-Westfalen) 6,9 °C Abweich. +3,3 Grad 2. Platz Duisburg-Baerl (Nordrhein-Westfalen) 6,7 °C Abweich. +3,0 Grad 3. Platz Geilenkirchen (Nordrhein-Westfalen) 6,6 °C Abweich. +3,9 Grad

Besonders kalte Orte im Februar 2022* 1. Platz Zinnwald-Georgenfeld (Sachsen) -0,5 °C Abweich. +3,4 Grad 2. Platz Carlsfeld (Sachsen) -0,4 °C Abweich. +3,4 Grad 3. Platz Neuhaus am Rennweg (Thüringen) -0,0 °C Abweich. +3,0 Grad

Besonders niederschlagsreiche Orte im Februar 2022** 1. Platz Braunlage (Niedersachsen) 318,0 l/m² 343 Prozent 2. Platz Schierke (Sachsen-Anhalt) 272,9 l/m² 276 Prozent 3. Platz Suhl-Gehlberg (Thüringen) 263,5 l/m² 297 Prozent

Besonders trockene Orte im Februar 2022** 1. Platz Geiselhöring (Bayern) 16,4 l/m² 40 Prozent 2. Platz Vogtsburg-Bischoffingen (Baden-Württemberg) 18,6 l/m² 51 Prozent 3. Platz Straubing (Bayern) 18,9 l/m² 40 Prozent

Besonders sonnenscheinreiche Orte im Februar 2022** 1. Platz Lenzkirch-Ruhbühl (Baden-Württemberg) 141 Stunden 175 Prozent 2. Platz Wielenbach (Bayern) 134 Stunden 174 Prozent 3. Platz Balingen-Bronnhaupten (Baden-Württemberg) 129 Stunden 168 Prozent

Besonders sonnenscheinarme Orte im Februar 2022** 1. Platz Neuhaus am Rennweg (Thüringen) 55 Stunden 74 Prozent 2. Platz Feldberg (Mecklenburg-Vorpommern) 57 Stunden 76 Prozent 3. Platz Zehdenick (Brandenburg) 58 Stunden 77 Prozent

oberhalb 920 m NHN sind Bergstationen hierbei nicht berücksichtigt. * Monatsmittel sowie deren Abweichung vom vieljährigen Durchschnitt (int. Referenzperiode 1961-1990). ** Prozentangaben bezeichnen das Verhältnis des gemessenen Jahreszeitwertes zum vieljährigen Monatsmittelwert der jeweiligen Station (int. Referenzperiode, normal = 100 Prozent). Hinweis: Einen ausführlichen Monatsüberblick für ganz Deutschland und alle Bundesländer finden Sie im Internet unter www.dwd.de/presse.

Meteorologe Christian Throm

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 02.03.2022

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Wie entsteht ein Wetterbericht?

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Der Wetterbericht – ein wichtiger Baustein im täglichen Leben und omnipräsent. Entgegen den Frotzeleien, dass wir eine Vorhersage auf Basis dessen verfassen, was die Glaskugel sagt, wie hoch der Frosch auf der Leiter klettert oder was die Würfel anzeigen, ist die Erstellung eines Wetterberichts doch sehr viel komplizierter.

„Ein Orkantief über der nördlichen Nordsee sorgt für eine ausgewachsene Sturmlage in weiten Teilen von Deutschland. Heute wechselnd bewölkt und immer wieder schauerartige Niederschläge, vereinzelt auch kurze Gewitter. Höchstwerte im Norden 7 bis 10 Grad, sonst 10 bis 16 Grad. Verbreitet Sturmböen und schwere Sturmböen, von der Mitte bis in den Norden auch einzelne orkanartige Böen (Unwetter!). Auf den Bergen und an der See vereinzelt Orkanböen.“

So las sich der Wetterbericht für Deutschland vor etwa zwei Wochen. Ganz schön viele Informationen in einem zugegebenermaßen sehr komprimierten Text. Formal gibt es für die Wetterberichte des Deutschen Wetterdienstes (DWD) einige Vorgaben. Sie werden immer im Telegrammstil verfasst, das heißt ohne Verwendung von Verben. Dann stellt sich der grundlegende Aufbau eines Wetterberichts so dar, dass zuerst die Wetterlage kurz beschrieben wird und anschließend folgt die Wetterentwicklung. Diese setzt sich zusammen aus der Beschreibung der Bewölkungsverhältnisse und Angaben zum Niederschlag im zeitlichen Verlauf, Nennung der Temperaturmaxima bzw. -minima und zum Schluss die Angabe der Windstärke sowie Windrichtung. Dabei sollte dieses Schema möglichst immer beibehalten werden.

Doch woher bekommen Meteorolog:innen nun diese ganzen Informationen, um einen Wetterbericht zu verfassen? Größtenteils läuft ihre Arbeit tatsächlich vorm Bildschirm ab. Dabei betrachten sie verschiedene Wettermodelle, zum Beispiel das ICON-Modell (Icosahedral Nonhydrostatic Model) des DWD, das amerikanische GFS (Global Forecast System), oder das Modell des Europäischen Zentrums für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW). In diese Modellberechnungen gehen sämtliche möglichst weltweit verfügbare Daten ein, wie Bodenmessungen, Radiosondenaufstiege, Satellitenmessungen, Schiffsmeldungen, Flugzeugmessungen und vieles mehr. Diese Eingangsdaten werden dann von Hochleistungsrechnern verarbeitet bzw. in die Modelle eingespeist. Die Modelle haben dabei unterschiedliche Charakteristiken, wodurch sich die Berechnungen unterscheiden. Häufig werden zunächst Prognosen für die ganze Welt erstellt und dann für bestimmte Regionen in höherer Auflösung verfeinert.

Genau jetzt kommen Meteorologinnen und Meteorologen ins Spiel, denn nun liegt es an ihnen, aus der Fülle von Modellberechnungen einen allgemein verständlichen und natürlich richtigen Wetterbericht zu verfassen. Dazu gleichen sie beispielsweise den Ist-Zustand mit dem für den aktuellen Zeitpunkt berechneten Zustand ab. Gibt es hier bereits größere Differenzen, dann wird das Modell an diesem Tag eher nicht verwendet, denn wenn die Anfangsbedingungen nicht stimmen, dann wird der Fehler im weiteren Verlauf in der Regel noch größer. Des Weiteren weiß man häufig, welches Modell bei bestimmten Wetterlagen seine Stärken und Schwächen hat. Beispielsweise bildet ein Modell besser die räumliche Niederschlagsverteilung ab, während ein anderes bei den Niederschlagsmengen besser liegt. Außerdem vergleichen wir die vorliegenden Modelle. Wenn von zehn Prognosen neun Sturm berechnen und einmal nur ein laues Lüftchen wehen soll, dann ist ersteres wesentlich wahrscheinlicher.

Nun liebe Leserinnen und Leser, Sie merken, wie komplex und kompliziert es sein kann, einen einfach verständlichen und genauen Wetterbericht zu verfassen. Aber genau dies macht uns Wetterberatern täglich sehr viel Freude, denn es passiert ständig etwas Neues und Abwechslung ist definitiv geboten. Und sollte man einmal nicht mehr weiterwissen, dann kann man sich ausnahmsweise auch mal des alten Spruches: „Wenn der Hahn kräht auf dem Mist, dann ändert sich das Wetter oder es bleibt wie es ist“ bedienen.

Dipl.-Met. Marcel Schmid

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 01.03.2022

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Die Orkanserie im Jahre 1990 – Ein Vergleich mit Februar 2022

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Seit Ende Januar und bis vor wenigen Tagen erlebten wir mit kurzen Unterbrechungen über dem Nordatlantik und Europa eine sehr ausgeprägte Westwetterlage. Angetrieben von einem starken Jetstream (Starkwindband in etwa 10 Kilometern Höhe) rauschten Tiefs wie am Fließband über Europa hinweg und brachten uns nasses und teils stürmisches Wetter – eine Wetterlage prädestiniert für ausgewachsene Orkane. Ende Januar machte Orkantief NADIA den Anfang und blies im Norden und Nordosten Deutschlands mit Böen zwischen 90 und 100 km/h (Beaufort 9-10), an den Küsten gab es Orkanböen über 120 km/h (Bft 12). Auch im Februar ging es stürmisch weiter. Richtig spektakulär wurde es ab dem 17. Februar, als kurz hintereinander die Orkantiefs YLENIA und ZEYNEP für Furore sorgten. YLENIA fegte mit Böen zwischen 90 und 110 km/h (Bft 10-11) über weite Teile Deutschlands hinweg. An den Küsten, vereinzelt auch im Binnenland, kam es zu Orkanböen über 120 km/h. ZEYNEP suchte vor allem den Norden mit verbreiteten Böen zwischen 100 und 140 km/h heim und bescherte Hamburg die erste „sehr schwere Sturmflut“ seit 2013. ANTONIA komplettierte die Serie mit einem stürmischen Kaltfrontdurchgang in der Nacht zum 21. Februar.

Dem Autor kam dabei die bisher stärkste Orkanserie seit Messbeginn aus dem Jahre 1990 in den Sinn, an die er sich (damals im Kindergartenalter) aber nur noch in wenigen Bruchstücken erinnern kann.

Los ging es auch seinerzeit Ende Januar. Orkantief DARIA zog über die Britischen Inseln, erreichte über der Nordsee einen Kerndruck von etwa 945 hPa und wütete am 25. und 26. Januar vor allem in der Nordwesthälfte Deutschlands und Teilen der Mitte mit verbreiteten Böen zwischen 110 und 150 km/h. Selbst über das Binnenland fegten extreme Orkanböen (z.B. Aachen: 150 km/h, Bückeburg: 154 km/h) hinweg, in Cuxhaven wurden 161 km/h erreicht und auf dem Brocken wurden Böen bis 230 km/h gemessen. 94 Todesopfer in Europa, davon 8 in Deutschland, waren die traurige Bilanz des Orkans.

Bereits am 3. und 4. Februar zog Orkan HERTA als Schnellläufer (kleinräumiges, sehr schnell ziehendes Tief) von der Biskaya über den Ärmelkanal und Niedersachsen zur Ostsee. Südlich dieser Zugbahn fegte ein heftiges Sturmfeld über den Süden, die Mitte und den Osten Deutschlands hinweg. Bis ins Flachland kam es zu Böen zwischen 100 und 130 km/h, die vor allem im Saarland, in Rheinland-Pfalz und Hessen große Schäden hinterließen. Selbst am Main wurden (extreme) Orkanböen gemessen (z.B. Würzburg: 148 km/h, Offenbach: 133 km/h). Sieben Tote und 770 Mio. Euro versicherter Schaden waren die Folge.

Das nächste Orkantief ließ nicht lange auf sich warten. JUDITH brachte am 8. Februar dem Norden, Westen und der Mitte verbreitet Böen zwischen 90 und 120 km/h oder mehr, auf dem Brocken wurden erneut 230 km/h registriert. Am 14. und 15. Februar folgte schließlich Orkan POLLY, dessen Sturmfeld Deutschland mit Ausnahme des Nordostens überquerte. Besonders über den Südwesten und das Alpenvorland zogen Orkanböen (z.B. Stuttgart-Echterdingen: 135 km/h), auf dem Wendelstein wurden 200 km/h erreicht. POLLY hatte im Süden auch heftigen Dauerregen im Gepäck. Es kam zu großflächigen Überschwemmungen sowie einem Hochwasser an Saar, Mosel, Rhein und Donau.

Den fulminanten Höhepunkt dieser Orkanserie bildeten aber die Orkane VIVIAN und WIEBKE zwischen dem 26. Februar und dem 1. März. VIVIAN zog am 26. und 27. Februar als Orkantief von Schottland über die Nordsee nach Schweden, erreichte dort einen Kerndruck von etwa 940 hPa und hatte an der Südseite ein riesiges Sturmfeld im Schlepptau. Durch den Orkan kamen 64 Menschen ums Leben, 15 alleine in Deutschland. Hamburg musste gleich mehrere Sturmfluten verkraften und zahlreiche Karnevalsumzüge mussten abgesagt werden. Nahezu landesweit wurden Böen zwischen 100 und 140 km/h gemessen. Über die Nord- und Ostseeküste traten über mehr als einen Tag lang extreme Orkanböen (z.B. Strucklahnungshörn: 160 km/h) auf, aber selbst im Binnenland wurden vergleichbare Böen erfasst (z.B. Hameln: 152 km/h). Am 27. Februar verlagerte sich das Hauptsturmfeld in den Süden, wo ebenfalls extreme Orkanböen (z.B. Friedrichshafen: 143 km/h) verheerende Schäden anrichteten. Auf dem Wendelstein wurden unglaubliche 265 km/h registriert.

Nach einer nur kurzen Verschnaufpause bildete sich am 28. Februar über der Nordsee ein Randtief, das bis zum 1. März nach Polen zog. WIEBKE war das letzte Orkantief dieser schlimmen Serie. Vor allem im Westen und Süden Deutschlands sowie in den angrenzenden Nachbarländern tobte ein weiterer schwerer Orkan. Böen zwischen 100 und 140 km/h oder mehr verursachten schwere Verwüstungen, der versicherte Schaden in Deutschland betrug wie schon bei Orkan VIVIAN 1,5 Mrd. Euro. Weitere 35 Todesopfer waren zu beklagen. Selbst in den Flussniederungen von Rhein, Ruhr, Main und Donau kam es verbreitet zu Orkanböen (z.B. Essen: 141 km/h, Würzburg: 135 km/h, Ulm: 143 km/h). In Waging am See wurde sogar eine extreme Orkanböe von 155 km/h gemessen; Feldberg (Schwarzwald), Zugspitze und Wendelstein erreichten über 200 km/h.

Wie wir eindrucksvoll erkennen, war die damalige Orkanserie eine ganz andere Hausnummer als jene in diesem Winter. Beiden Wetterperioden gemein war allerdings die stramme Westströmung, die milde und feuchte atlantische Meeresluft zu uns schaufelte, was man auch gut an den Monatsbilanzen festmachen kann. Mit 5,7°C war der Februar 1990 der bisher wärmste seit Messbeginn und mit 100 mm fiel mehr als das Doppelte des durchschnittlichen Monatsniederschlags. Der Februar 2022 war mit 4,4°C ebenfalls viel zu mild und mit rund 80 mm deutlich zu nass. Mit den Werten von 1990 kann er allerdings nicht mithalten, was nochmals die Besonderheit der damaligen Wetterlage unterstreicht. Bleibt zu hoffen, dass wir eine solch verheerende Orkanserie so schnell nicht mehr erleben müssen.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 28.02.2022

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