Der deutsche Begriff ist „Rückkopplung“, im Englischen heißt es „Climate Feedback„. Gemeint sind Prozesse, die in der Zukunft Auswirkungen „auf sich selbst“ haben. Wie auch im Alltag kann das Feedback positiv oder negativ ausfallen. Positive Rückkopplung bedeutet, dass ein Effekt sich selbst verstärkt, bei negativer Rückkopplung ist entsprechend das Umgekehrte der Fall und der Effekt schwächt sich in der Folge selbst ab. Aber genug der Theorie, sehen wir uns einige praktische Beispiele an.

Starten wir mit der positiven Rückkopplung. Dazu ein kurzer Einschub zum Thema „Albedo“ vorweg: Der Begriff bezeichnet das Reflektionsvermögen einer Oberfläche, also wie viel der einfallenden Strahlung absorbiert wird und wie viel zurückgeworfen wird. Je dunkler ein Körper ist, desto mehr absorbiert er, aber auch die Glattheit der Oberfläche spielt eine Rolle. Ein glatt polierter Spiegel reflektiert bekanntermaßen besser als raues Strukturglas. Die Albedo von Wasser zum Beispiel ist sehr niedrig, da etwa 90 % der Strahlung absorbiert werden. Frisch gefallener Schnee hingegen hat eine hohe Albedo, fast 80 % des Lichtes werden reflektiert. Nun zurück zur Rückkopplung und zum sogenannten „Eis-Albedo-Effekt“. Wenn Schnee oder Eis an den Polen schmelzen, kommt darunter Wasser oder Erdoberfläche zum Vorschein. Diese sind dunkler als Schnee und Eis, haben demnach eine geringere Albedo. Wird viel Sonnenstrahlung absorbiert, heizt sich die Oberfläche auf und sorgt dafür, dass noch mehr Eis schmilzt. Es wird mehr dunkler Untergrund freigelegt und man beginnt sich im Kreis zu drehen. Genauso funktioniert es aber auch andersherum. Fällt Schnee, wird der Boden heller, reflektiert mehr Licht, wird folglich weniger erwärmt und es kann sich weiterer Schnee sammeln.

Einen ähnlich wirkenden Effekt gibt es in der Atmosphäre. In der Luft befindet sich neben Gasen wie Stickstoff oder Sauerstoff auch ein (prozentual geringer) Teil Wasserdampf. Dieser sorgt als Treibhausgas dafür, dass es auf der Erde wärmer wird. Je wärmer es ist, desto mehr Wasser kann verdunsten, das wiederum sein Treibhauspotential entfalten kann. Damit wird es noch wärmer und noch mehr Wasserdampf kann verdunsten …

Mit der Verdunstung von Wasser ist es aber nicht ganz so einfach. Gibt es Kondensationskerne in der Luft, bilden sich Wolken. Die Wolken sind hell, das heißt, sie haben eine hohe Albedo, reflektieren also viel Sonnenlicht. Dieses Licht kann nicht mehr zum Erdboden gelangen, wo es wärmen und Wasser verdunsten könnte. Wenn weniger Wasser verdunstet, gibt es weniger Wasserdampf in der Luft, der Wolken formen könnte. Damit haben wir ein erstes Beispiel für sich selbst abschwächende Effekte.

Etwas physikalischer und weniger greifbar ist die sogenannte „Planck-Rückkopplung“. Jeder Körper, der wärmer als der absolute Nullpunkt ist (also -273,15 Grad Celsius), gibt Wärmestrahlung ab. Da so tiefe Temperaturen in der Natur nicht erreicht werden, trifft dies auf jeden Körper zu. Das Planck’sche Strahlungsgesetz beschreibt nun die Tatsache, dass die Intensität und die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung von der Temperatur des Körpers abhängen. Je wärmer ein Körper ist, desto mehr Strahlung gibt er ab und desto kurzwelliger, also energiereicher wird diese Strahlung. Um nicht zu weit abzuschweifen, soll das als Grundlage genügen und wir können uns wieder dem negativen Feedback widmen. Erwärmt sich die Erde, erhöht sich nach diesem Gesetz auch die Strahlung, die sie ins All abgibt. Wenn mehr Strahlung abgegeben wird, verliert die Erde Wärme und kühlt ab. Das hat zur Folge, dass sie wiederum nicht mehr so viel Wärmeenergie abgeben kann und der Prozess sich selbst bremst.

Soweit ein kleiner Einblick in die Welt der Rückkopplung. Natürlich hängen auch die einzelnen Effekte miteinander zusammen und beeinflussen sich gegenseitig. Aber das würde an dieser Stelle zu weit führen.

Christina Kagel und
Dipl.-Met. Adrian Leyser

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 04.09.2024
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Erste Auswertungen der Ergebnisse der rund 2000 Messstationen des DWD in Deutschland.

Besonders warme Orte im August 2024*

Besonders kalte Orte im August 2024*

Besonders niederschlagsreiche Orte im August 2024**

Besonders trockene Orte im August 2024**

Besonders sonnenscheinreiche Orte im August 2024**

Besonders sonnenscheinarme Orte im August 2024**

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 Monatswertes 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

Diplom-Meteorologe Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Wir schreiben heute den 31. August. Damit geht heute der Sommer für uns Meteorologen zu Ende, ab morgen beginnt der Herbst. Dies konnte man auch im gestrigen Thema des Tages (30. August 2024) lesen. Bei „nur“ mäßig-warmen 20 Grad an den deutschen Küsten mag das vielleicht zutreffen. Im Süden Deutschlands wird derzeit allerdings vor einer starken Wärmebelastung gewarnt.

Grund für diese großen Unterschiede innerhalb Deutschlands ist ein Tief mit dem Namen „Wilhelma“, das heute mit seinem Kern über Finnland liegt. Davon ausgehend zieht sich eine Luftmassengrenze über Polen und Deutschland hinweg bis nach Nordfrankreich. Da diese im Bereich von Mitteleuropa, also auch über Deutschland, unter den Einfluss des Nordsee-Hochs „Quentin“ gelangt, nimmt die Schauer- und Gewittergefahr in ihrem Bereich immer weiter ab. So ist heute lediglich noch mit teils dichteren Wolken zu rechnen, die sich im Tagesverlauf jedoch zunehmend lichten dürften.

Allerdings ist eben diese Luftmassengrenze für die Wetterzweiteilung verantwortlich. Denn sie trennt kühlere Meeresluft im Norden von schwül-heißer Subtropikluft im Süden. Im Süden muss bei schwülen 33 Grad tagsüber und einer nur geringen nächtlichen Abkühlung sogar mit einer starken Wärmebelastung gerechnet werden. In den Alpen sowie im Bayerwald besteht in dieser energiereichen Luft zudem eine geringe Gewittergefahr. Vereinzelt können sich dort starke Hitzegewitter ausbilden, wenngleich der hohe Luftdruck dies meist zu verhindern weiß. Abseits der Luftmassengrenze zeigt sich ansonsten vielerorts die Sonne.

Und auch am morgigen Sonntag, dem ersten Tag im meteorologischen Herbst, bleibt uns die Luftmassengrenze quer über Deutschland erhalten, wobei sie (und damit auch die heiße Luft) etwas weiter nach Norden vorankommt. „Wetter“ in Form von Wolken oder Regen sind dann unter dem Einfluss von Hoch „Quentin“ allerdings meist nicht mehr zu finden. Nur das Temperaturgefälle bleibt erhalten: Im Norden und Nordosten ist es weiterhin kühler bei Temperaturen von 20 bis 25 Grad, im Westen und Südwesten steigen die Werte auf bis zu 33 Grad an. Gebietsweise dauert auch die starke Wärmebelastung weiter an.

Von Südwesten nähert sich jedoch eine Tiefdruckrinne an, der Hochdruckeinfluss schwindet dort allmählich. So bilden sich im Nachmittagsverlauf ausgehend vom dortigen Bergland einzelne Schauer und teils kräftige Gewitter. Örtlich können diese aufgrund der energiereichen Luftmasse insbesondere durch heftigen Starkregen bis in den Unwetterbereich reichen.

Zum Start in die neue Woche löst sich der Ausläufer von „Wilhelma“ über Deutschland auf und der Einfluss tiefen Luftdrucks dehnt sich auf die gesamte Westhälfte aus. Wiederholt können sich dort bis Donnerstag teils kräftige Schauer und Gewitter bilden, teilweise ziehen schauerartig verstärkte Regengebiete durch. Dabei muss lokal auch mit Unwettern (insbesondere durch Starkregen) gerechnet werden.

Die Osthälfte wird hingegen weiterhin von Hoch „Quentin“ beeinflusst, das mittlerweile mit seinem Schwerpunkt nach Nordwest-Russland bzw. in die Barentssee gewandert ist. Entsprechend bleibt die Osthälfte Deutschlands von Schauern und Gewittern meist verschont. Stattdessen ist es vielerorts sonnig, heiß und trocken.

Ob sich das Wetter zum kommenden Wochenende auch in der Westhälfte wieder beruhigt, muss abgewartet werden. Derzeit sieht es nach weitgehend heiter bis sonnigem und trockenem Spätsommerwetter aus.

M.Sc.-Meteorologe Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.08.2024
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Es gibt mehrere Faktoren, die im Zusammenspiel auf großen Zeitskalen die Menge der eintreffenden Sonnenstrahlung und damit das Klima auf der Erde beeinflussen. An dieser Stelle soll es neben dem Einfluss der Sonne selbst um die drei veränderlichen Eigenschaften der Erde gehen, die in den sogenannten Milanković-Zyklen zusammengefasst sind. Ihren Namen erhielten diese langperiodischen Schwankungen nach dem serbischen Mathematiker Milutin Milanković, der entscheidend an der Beschreibung dieser Phänomene beteiligt war.

Die Erde kreist in ungefähr einem Jahr einmal um ihren zentralen Stern, die Sonne. Dabei ist die Bezeichnung „kreisen“ vielleicht etwas irreführend, weil ihre Bahn in Wahrheit gar kein perfekter Kreis ist, sondern eher einer Ellipse ähnelt. Und diese Form ist über die Zeit auch nicht konstant. Phasenweise ist die Ellipse platter gedrückt und zu anderen Zeiten nähert sie sich weiter einem Kreis an. Die Form der Erdumlaufbahn um die Sonne wird als Exzentrizität bezeichnet. Je kreisförmiger die Bahn ist, desto geringer ist die Exzentrizität und desto weniger Sonneneinstrahlung kommt im Mittel auf der Erde an, begünstigt also Kaltzeiten. Die Zyklusdauer, in der die Erdumlaufbahn ihre Form verändert, beträgt etwa 100 000 Jahre.

Etwas schneller geht es bei der Veränderung der Neigung der Erdachse, auch Obliquität genannt. Hierbei betragen die Zyklen etwa 41 000 Jahre. Die Rotationsachse der Erde ist im Weltall ein wenig gekippt, aber auch das ist nicht in Stein gemeißelt. Mal steht die Erde sehr aufrecht im All und mal liegt sie schräger. Je stärker die Neigung ist, desto extremer fallen die Jahreszeiten in den hohen geografischen Breiten aus. Ist die Neigung schwächer, sind die Unterschiede zwischen Sommer und Winter entsprechend geringer. Die Winter sind in diesen Phasen nicht so streng. Weil dadurch aber mehr Wasser über den Meeren verdunsten kann, schneit es in den kalten Regionen unter Umständen mehr und die Schneedecke wird mächtiger. Durch die weniger heißen Sommer können die Gletscher länger erhalten bleiben und damit sind geringe Achsneigungen tendenziell mit Kaltzeiten verbunden.

Ein weiterer Faktor ist die Tatsache, dass die Erde bei ihren Umdrehungen um sich selbst eiert. Die geneigte Erdachse ist nämlich nur im Erdmittelpunkt fest, an allen anderen Orten kreiselt sie um eine gedachte Senkrechte durch die Pole. Und das tut sie in einem Zeitraum von jeweils etwa 26 000 Jahren. Diese Bewegung wird als Präzession bezeichnet. Sie hat zur Folge, dass manchmal der Nordsommer und manchmal der Nordwinter der Sonne näher ist und damit mehr Wärme abbekommt.

Das alles ist schon kompliziert genug, aber jetzt hat auch die Sonne noch ein Wörtchen mitzureden. Denn auch die solare Strahlung ist über die Jahrhunderte nicht konstant. Zeitweise ist sie aktiver oder legt eine Pause ein und auch das beeinflusst natürlich, wie viel Wärme auf der Erde ankommt.

Wann eine Warm- oder Kaltzeit eintritt, hängt neben dem Zusammenwirken dieser Größen noch von vielen weiteren Aspekten und Bedingungen auf der Erde ab. Im Großen und Ganzen lassen sich aber Zusammenhänge zwischen den Klimaentwicklungen und den hier beschriebenen Einflüssen herstellen.

Dipl.-Met.Marcel Schmid in Zusammenarbeit mit der Praktikantin Christina Kagel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 29.08.2024
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Der längste Tag dieses Jahres war am 20. Juni, der kürzeste wird am 21. Dezember sein. Irgendwo dazwischen befinden wir uns gerade, das heißt die Tage werden seit etwa zwei Monaten wieder kürzer. Der Verlauf der Tageslänge kann mit der mathematischen Funktion einer Sinuskurve beschrieben werden, die man sich vereinfacht ausgedrückt als Welle vorstellen kann. Zur Sommersonnenwende befinden wir uns auf dem Wellenberg, im Winter im Wellental. Im Moment geht es auf der Welle also bergab, die Tagesdauer nimmt in Offenbach am Main täglich etwa dreieinhalb Minuten ab.

Aber diese Abnahme ist im Jahresverlauf nicht immer gleich stark. Kurz vor oder nach dem längsten beziehungsweise kürzesten Tag, also um die Extrempunkte der Sinusfunktion, ändert sich die Tageslänge nur wenig. Genau im Umkehrpunkt zwischen Zu- und Abnahme der Tageslänge sind es nur wenige Sekunden täglich, in der ersten Woche um das Ereignis beträgt die Änderung der Tageslänge immer noch keine ganze Minute.

Und auch über Deutschland gesehen ist die die Veränderung nicht gleich stark. Beispielsweise in Kiel ist die Verkürzung der Tage im Moment etwas stärker ausgeprägt, dort sind es gut vier Minuten, die es täglich länger dunkel bleibt. Für diese räumlichen Unterschiede ist die Neigung der Erdachse verantwortlich, die im Extrem im Nordsommer der Arktis Polartage beschert und im Nordwinter Polarnächte.

Bis Ende September nimmt die Verkürzung der Tageslänge weiter an Fahrt auf, in Offenbach beträgt die stärkste Änderung dann 3 Minuten und 42 Sekunden. Anschließend verlangsamt sie sich wieder, bis sie im Dezember die bereits beschriebene Änderung von nur wenigen Sekunden erfährt, bevor sie von Abnahme auf Zunahme wechselt.

Wenn der Tag nun zu Ende ist, herrscht Nacht, aber dabei ist dunkel nicht gleich dunkel. Es wird in verschiedene Dämmerungsphasen unterschieden, die abhängig vom Stand der Sonne unter dem Horizont definiert sind. Nachdem sich das Tageslicht verabschiedet hat, schließt die sogenannte Bürgerliche Dämmerung an. In dieser Zeit ist es zum Beispiel noch oder schon möglich, ohne weiteres Licht im Freien zu lesen. Per Definition befindet sich die Sonne dann zwischen ihrem Auf- oder Untergang und 6 Grad unter dem Horizont.

Wenn sie weiter bis 12 Grad sinkt, ist die sogenannte Nautische Dämmerung erreicht. In dieser Phase sind viele Sterne sichtbar, die zur Navigation auf See genutzt werden können – daher der Name. Für die meisten anderen Aktivitäten im Freien benötigt man zu dieser Zeit bereits künstliches Licht.

Die letzte Dämmerungsphase ist die Astronomische Dämmerung, in der die meisten Sterne sichtbar werden. Die Definition legt die Phase auf einen Sonnenstand von 12 bis 18 Grad unter dem Horizont fest. Danach schließt die Nacht an, also die Zeit maximaler Dunkelheit, wenn die Sonne mehr als 18 Grad unter dem Horizont steht.

Um die Zeit der Sommersonnenwende herum verschwindet die Sonne nur so weit, dass es in Offenbach gar nicht mehr für die dunkle Nacht genügt. Etwa 2 Breitengrade weiter südlich in Ulm hingegen reicht es noch für eine dreiviertel Stunde Dunkelheit.

Nun steuern wir langsam aber sicher wieder auf die dunkle Jahreszeit zu, aber das bedeutet auch, dass die einzelnen Phasen der Dämmerung eher einsetzen und Sternenfreunde sich nicht mehr ganz so lange gedulden müssen, bis sie ein Funkeln über sich erblicken können.

Dipl.-Met. Marcel Schmid in Zusammenarbeit mit der Praktikantin Christina Kagel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 27.08.2024
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