Zunächst sei zu erwähnen, dass die Umlaufzeit um die Sonne circa 225 Erdtagen entspricht, ein Venustag hingegen dauert circa 243 Erdtage. Somit ist ein Jahr auf der Venus schneller vorbei als ein Tag. Hinzu kommt, dass sie sich in die andere Richtung dreht als die Erde, die Sonne geht also im Westen auf und im Osten unter.

Neben der Erde besitzt auch die Venus eine Atmosphäre, die Zusammensetzung ist jedoch eine gänzlich andere. Während die Erdatmosphäre ideale Bedingungen zum Leben bietet, gleicht die Atmosphäre der Venus, die hauptsächlich aus Kohlenstoffdioxid (96.5%) und Stickstoff (3.5%) besteht, einem extremen Treibhaus. Dies spielgelt sich auch in der mittleren Temperatur wieder: die mittlere Temperatur auf der Erde liegt bei 15°C, auf der Venus bei 464°C. Ohne den Treibhauseffekt läge die mittlere Temperatur auf der Venus bei -41°C.

Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung besitzt die Atmosphäre der Venus eine etwa 50-mal größere Dichte als die Erdatmosphäre, wodurch sich auch der Bodendruck unterscheidet. Der Bodendruck auf der Venus entspricht dem Druck, der auf einem lastet, wenn man in einer Tiefe von 910 Metern taucht (zum Vergleich, die tiefste Stelle der Ostsee liegt bei etwa 460 Metern unter null). Damit liegt der Atmosphärendruck an der Oberfläche der Venus bei 92 bar (das sind 92000 hPa).

Innerhalb der Venusatmosphäre gibt es eine 20 Kilometer dicke, dauerhaft geschlossene Wolkendecke. Diese Wolkendecke sorgt dafür, dass gerade einmal 2% des Sonnenlichts am Boden ankommen. Der Rest des am Oberrand der Atmosphäre eintreffenden Sonnenlichts wird zu 76% zurückreflektiert und zu 22% absorbiert. Die Erde hingegen reflektiert im Mittel etwa 30% (in den Polargebieten etwas mehr, über den Ozeanen weniger). Gäbe es die Wolkendecke auf der Venus nicht, würde die Atmosphäre aufgrund ihrer Zusammensetzung noch mehr der solaren Einstrahlung absorbieren und es durch den Treibhauseffekt noch wärmer sein.

Wäre es möglich, ohne dabei zu sterben, auf der Oberfläche der Venus zu stehen, könnte man denken, es sei windstill, allerhöchstens eine leichte Brise wäre zu spüren. Wenn man die Windstärke dort auf die Dichte der Erdatmosphäre umrechnet, entspräche der Wind einem mäßigen Wind, also Beaufort 4.

Auch bei den großräumigen Atmosphärischen Prozessen gibt es bei Erde und Venus ein paar Gemeinsamkeiten: Beide Planeten besitzen eine schnelle Atmosphärenrotation, bei der Erde sind es die Starkwindbänder (auch bekannt als Jetstreams), bei der Venus die oberen Atmosphärenschichten. Neben der Venus und der Erde verfügt nur der Jupitermond Titan über eine derart schnelle Atmosphärenrotation. Eine weitere Gemeinsamkeit gibt es bei der großräumigen Zirkulation innerhalb der Atmosphäre, denn genauso wie die Erde gibt es in der Venusatmosphäre eine Hadley-Zelle.

An dieser Stelle lohnt sich ein Ausblick in die großräumige Zirkulation unserer Erdatmosphäre. Durch unterschiedlich starke Einstrahlung im Jahresverlauf und örtliche Unterschiede in der Reflexion kommt es zu einer örtlichen Differenz der Strahlungsbilanz und Energie. An den Polen entsteht eine negative Strahlungsbilanz und am Äquator eine positive. Es liegt in der Natur der Physik, dass Ungleichgewichte ständig ausglichen werden, so auch die Strahlungsbilanzen und Energien. Um das zu erreichen gibt es die globale Zirkulation.

In der Nähe des Äquators steigt feuchtwarme Luft auf, beim Aufstieg kühlt sie sich ab. Weil kalte Luft weniger Feuchte aufnehmen kann als warme, regnet es dort. Am Ort des Aufstiegs entsteht ein Tiefdruckgebiet. Die aufsteigende Luft bewegt sich gen Norden, etwa auf der Höhe der Azoren sinkt die trockene und kühle Luft wieder ab, dabei erwärmt sie sich. Am Boden strömt die Luft wieder gen Äquator. Durch die Erddrehung ist es keine perfekte Nord-Süd-Strömung, sondern leicht nach Westen abgelenkt, die entstandene Luftströmung ist der Nord-Ost-Passat. Damit ist die erste Zirkulationszelle komplett, genannt wird sie Hadley-Zelle.

Wieder zurück zu den Azoren, dort strömt die Luft nicht nur nach Süden, sondern auch nach Norden. Etwa bei Island steigt die Luft dort wieder auf, über Island entsteht ein Tief – das Islandtief. Von dort strömt ein Teil der aufgestiegenen Luft wieder zurück nach Süden und sinkt über den Azoren ab. Diese Zirkulation heißt Ferrel-Zelle, sie beeinflusst maßgeblich das Wetter in den mittleren Breiten.

Der andere Teil der Luft über Island strömt nach Norden zu den Polen und sinkt dort wieder ab, am Pol entsteht ein Hochdruckgebiet. In den unteren Schichten strömt die Luft zurück nach Island. Diese dritte Zirkulation ist die Polarzelle.

Die Erde besitzt dementsprechend drei Zirkulationszellen, die Venus hingegen nur die Hadley-Zelle. Die Hadley-Zelle der Venus ist jedoch um einiges größer, dort steigt die Luft am Äquator auf und sinkt erst am Pol wieder ab. Der Antrieb dieser Zirkulation ist genauso wie auf der Erde die Energiedifferenz.

Die Venus ähnelt also nicht nur in ihrer Größe und Schwerkraft der Erde, sondern auch bei der Zirkulation gibt es Überschneidungen. Zudem liegt sie in der habitablen Zone, also der Zone um die Sonne, in der auf einem Planeten die Bedingungen für Leben gegeben sein könnten. Wäre es auf der Venus um einiges kühler, wäre sie wahrscheinlich der erdähnlichste Planet in unserem Sonnensystem, so liegt der Erdähnlichkeitsindex (ESI) jedoch nur bei 0,44 (wobei der ESI zwischen 0 (keine Ähnlichkeit) und 1 (100% ähnlich) liegt). Der ESI berechnet sich aus der Dichte, dem Radius, der Oberflächentemperatur und der kosmischen Geschwindigkeit (Fluchtgeschwindigkeit um den Planeten zu verlassen, die Schwerkraft fließt bei dieser Berechnung ein).

Der Grund dafür, dass nicht über bemannte Venus-Missionen gesprochen wird ist schlichtweg die enorm hohe Oberflächentemperatur und die Zusammensetzung der Atmosphäre – beides würde wohl kein Mensch überleben. Was die bemannte Raumfahrt angeht bleibt der Mars also weiterhin interessanter.

Dipl.-Met. Marcel Schmid und Praktikantin Carolin Probst
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 04.10.2022
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Im Thema des Tages vom 17.03.2022 wurde u.a. auf die Auswirkungen der Anziehungskräfte des Mondes auf die Ozeane und die Entstehung der Gezeiten hingewiesen. Im folgenden Beitrag soll nun der mögliche Einfluss des Mondes und anderer Faktoren auf das Entstehen atmosphärischer Gezeiten erörtert werden.

Die Schwerkraft des Mondes wirkt auf die Atmosphäre genauso wie auf den Ozean, aber der Einfluss der Mondgravitation auf die Atmosphäre ist im Allgemeinen vernachlässigbar gering. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte und Komprimierbarkeit der Atmosphäre und des Ozeans ist die Mondgravitation nicht in der Lage, nennenswerte Wellen in der Atmosphäre zu erzeugen. Allerdings werden in der Atmosphäre aufgrund der zyklischen Erwärmung durch die einfallende Sonnenstrahlung ebenso Gezeitenwellen erzeugt.
Für die Zwecke dieser diskreten Gezeitenschwankungen ist die wesentliche Wärmequelle diejenige, die durch die fast vollständige Absorption der kurzwelligen UV-Strahlung (ultravioletter Anteil der Sonnenstrahlung) innerhalb der Ozonschicht entsteht. Die Erwärmung der Ozonschicht tagsüber und die anschließende Abkühlung in der Nacht führt zu Veränderungen in der Dichte der Atmosphäre, die wiederum eine Welle erzeugt, die sich nach unten zur Oberfläche hin ausbreitet und sich mit der gleichen Geschwindigkeit um den Globus bewegt, wie sich die Sonne über den Himmel zu bewegen scheint.
Da diese Welle an den Lauf der Sonne gekoppelt ist, bedeutet letzteres, dass die entsprechenden atmosphärischen Luftdruckschwankungen (vergleichbar mit der ozeanischen Ebbe und Flut) jeden Tag zur gleichen Zeit an einem bestimmten Ort auftreten. Es stellt sich vereinfacht gesagt heraus, dass die signifikanteste Welle eine Periode von einem halben Tag hat, was wiederum bedeutet, dass diese atmosphärischen Ebbe- und Flutwellen (entsprechend niedriger und höherer Luftdruck in Meereshöhe) zweimal pro Tag auftreten.

Nun stellt sich die Frage, wie sich diese Gezeitenwellen in der Atmosphäre manifestieren, wie sie beobachtet werden und welche Auswirkungen sie haben. Zunächst erkennt man die Gezeiten an Schwankungen des Luftdrucks, gemessen oder reduziert auf Meeresspiegelhöhe. Durch diesen Gezeiteneffekt kommt es zweimal täglich entsprechend zu höheren und tieferen Werten des Luftdrucks. Diese Schwankungen lassen sich am besten in tropischen Breitengraden beobachten, während sie in den gemäßigten und höheren Breitengraden nur schwer zu beobachten bzw. auszumachen sind.
Hierfür gibt es zwei Gründe. Erstens ist die Sonneneinstrahlung pro Flächeneinheit in den tropischen Breiten größer, so dass der Antrieb für die Gezeitenbewegungen in diesen Gebieten stärker ist. Zweitens verdecken bzw. überlagern stärker ausgeprägte (dynamische) Druckgebilde (und deren Migration) sowie zugehörige Fronten bei Tiefdruckgebieten in mittleren und hohen Breiten häufig die durch atmosphärische Gezeiten verursachten Druckschwankungen.
In den Tropen hingegen sind signifikante synoptische Druckgebilde mit Ausnahme der Passage tropischer Stürme eher selten, was wiederum bedeutet, dass die von Tag zu Tag auftretenden Druckschwankungen weitgehend auf die atmosphärischen Gezeiten zurückzuführen sind.

Abbildung 1 zeigt gemessene Werte des Luftdrucks in Meeresspiegelhöhe für mehrere Tage im Zeitraum Anfang August 2017 von einer Wetterboje in der östlichen zentralen Karibik, etwa 180 Meilen süd-südwestlich von Puerto Rico.
In diesem Bild ist die Luftdruckschwankung aufgrund der atmosphärischen Gezeiten deutlich erkennbar, überlagert von geringen anderen Änderungen des Luftdrucks in Meeresspiegelhöhe über einen Zeitraum von fünf Tagen. Zu erkennen ist hierbei, dass die Druckminima täglich um 0900 GMT (Greenwich Mean Time) und 2100 GMT auftreten, also um 5 und 17 Uhr Ortszeit. Die Druckmaxima treten täglich um 1500 GMT und 0300 GMT auf, d. h. zwischen 11 und 23 Uhr, was ebenfalls den prinzipiellen Erwartungen zum Tagesgang des Luftdrucks entspricht. Der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Luftdruck beträgt in etwa zwischen 1 und 3 mbar bzw. hPa.

Auf diese Weise liefern atmosphärische Gezeiten beim Fehlen überlagerter Luftdruckschwankungen durch die Passage von synoptischen Druckgebilden gerade im Bereich der Tropen einen wesentlichen Beitrag zum Tagesgang des Luftdrucks in Meereshöhe.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.10.2022
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Dass es irgendwann „krachen“ würde, war im Hinblick auf die ungewöhnlich hohen Meeresoberflächentemperaturen im Karibischen Meer und im Golf von Mexiko zu befürchten. Sobald die übrigen, atmosphärischen Voraussetzungen geschaffen werden würden, stünden den sich entwickelnden tropischen Wirbelstürmen ein gewaltiges Energiereservoir zur Verfügung. Dieses Potenzial scheint Hurrikan IAN nun in hohem Maße ausgeschöpft zu haben, zählte er am Ende doch zu den stärksten und verheerendsten Wirbelstürmen, die Florida und die USA je heimgesucht haben.

Am Dienstagmorgen (27. September) Mitteleuropäischer Zeit überquerte IAN den Westen Kubas nach rascher Intensivierung bereits als Hurrikan der dritten Kategorie von fünf mit Windgeschwindigkeiten um 200 km/h und heftigem Starkregen. Schon dort zeigten sich massive Schäden an der Infrastruktur, größere Teile des Landes waren zwei Tage ohne Strom.

Über dem Golf von Mexiko konnte sich IAN dann sukzessive weiter verstärken und erreichte am Mittwochmittag (28. September) seinen Entwicklungshöhepunkt. Er reifte zu einem extrem gefährlichen Hurrikan der vierten Kategorie heran und produzierte bei einem Kernluftdruck von 937 hPa Windgeschwindigkeiten von 250 km/h. Zu diesem Zeitpunkt befand sich IAN schon unmittelbar vor der Südwestküste Floridas. Das Zeitfenster für eine Abschwächung bis zum Landgang, das Meteorologen aufgrund zunehmender Windscherung über dem Südosten der USA im Vorfeld ausgemacht haben, schrumpfte somit auf ein Minimum. Folglich schlug IAN am Mittwochabend gegen 21 MESZ als immer noch zerstörerischer Hurrikan der zweithöchsten Kategorie mit einem Kernluftdruck von 940 hPa und mittleren Windgeschwindigkeiten bis 240 km/h mit fast voller Wucht auf die Küste nahe Fort Myers auf. Gemessen an den Windgeschwindigkeiten war es der viertstärkste Hurrikan, der je auf Florida traf, und der neuntstärkste in der Wettergeschichte der Vereinigten Staaten von Amerika.

Als besonders problematisch stellte sich neben der Stärke vor allem die äußerst langsame Verlagerung des Sturms heraus. Nahe der „Eyewall„, also der kreisrund um das eher wolken- und windschwache „Auge“ des Sturms angeordneten Wolkenwand, herrschte an der Südwestküste Floridas über Stunden hinweg Orkan. An der Südflanke des Sturms wehte der Wind aus westlichen Richtungen, sodass zudem gewaltige Wassermengen vom Meer in Richtung Küste und Buchten gedrückt wurden. Dies führte dort zu historisch hohen Sturmfluten bis zu 5 Metern Höhe. Im Landesinneren schwächte sich der Sturm dann zwar langsam ab, nicht aber der Starkregen. Bei Niederschlagsmengen von zum Teil mehr als 300 Liter pro Quadratmeter innerhalb von 12 bis 24 Stunden – das entspricht fast zwei Dritteln des Jahresniederschlages in Berlin – bildeten sich auch im Inland, insbesondere in einem Streifen von Fort Myers und Tampa über Orlando in Richtung Nordosten bis zur Atlantikküste, ausgedehnte Überschwemmungsflächen. Nach Daten des amerikanischen Wetterdienstes handelte es sich in einigen Regionen um ein Ereignis, das statistisch nur alle 1000 Jahre auftritt. Die Schadensbilanz dürfte verheerend ausfallen, die Aufräumarbeiten müssen allerdings abgewartet werden.

Die Frage, ob Hurrikan IAN eine Folge der Klimakrise ist, lässt sich nicht so einfach beantworten, da von Einzelereignissen nicht unmittelbar auf den Klimawandel geschlossen werden kann. Mithilfe der sogenannten Attributionsforschung lässt sich aber der ursächliche Einfluss der Klimaveränderungen auf die Stärke der Wirbelstürme abschätzen. So deuten erste Voranalysen der Stony Brook Universität (New York) darauf hin, dass der Starkregen durch die Klimaveränderungen um 10% höher ausgefallen sein könnte.

Am heutigen Freitag (30. September) befindet sich IAN als Kategorie-1-Hurrikan mit mittleren Windgeschwindigkeiten von 140 km/h bereits auf dem Atlantik und nähert sich auf einer nördlichen Bahn der Küste von South Carolina. Dort wird er, höchstwahrscheinlich ohne nennenswerte Intensitätsänderung, in der kommenden Nacht zum Samstag auf Land treffen. Orkanartiger Sturm, Starkregen und Sturmfluten sind zwar wieder zu befürchten, allerdings bei weitem nicht in dem Ausmaß wie in Florida.

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 30.09.2022
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Regenschirme bleiben auch in den nächsten Tagen ein beliebtes Accessoire. Zwar geht Tiefdruckgebiet THORVI, das sich über Mitteleuropa eingenistet hat und uns in den vergangenen Tagen zum Teil schon ergiebigen Regen gebracht hat, die Luft aus und es kann sich vor allem zum Freitag vorübergehend schwacher Hochdruckeinfluss bemerkbar machen. Doch schon am Wochenende erreichen uns neue atlantische Tiefausläufer mit dicken Regenwolken.

Damit bleibt sich der diesjährige meteorologische Herbst treu. Denn der sonnige und warme Septemberbeginn erwies sich nur als flüchtige Zugabe des Sommers. Über weite Strecken des Monats dominierte Tiefdruckeinfluss und mitunter sehr niederschlagsreiches Wetter. Das verdeutlicht auch die Radaranalyse der Niederschlagsbilanz für den Monat bis einschließlich Mittwoch (28.09.). Fast überall war es deutlich zu nass! Vor allem über der südlichen Mitte Deutschlands fiel nicht selten das 2- bis 3-fache der auf Grundlage der vieljährigen Mittelwerte zu erwartenden Regenmengen. Das ist ein völlig konträres Bild zum Sommer, als sich verbreitet ein gewaltiges Niederschlagsdefizit aufbauen konnte.

Eine ausführliche Auswertung der Witterung im September, inklusive der Niederschlagsbilanz, erfolgt in der Pressemitteilung des Deutschen Wetterdienstes, die noch im Laufe der Woche veröffentlich wird.

Blicken wir nun in die Zukunft, die, wie bereits erwähnt, zunächst einmal kein generelles Umschwenken zu trockenerer Witterung verspricht. Ab Samstag erreichen uns mit atlantischen Tiefausläufern erneut mehrere Regenschübe, die uns bis mindestens zum Beginn der kommenden Woche beschäftigen werden. Das sind nicht nur Schauer, sondern zum Teil auch wieder länger anhaltende und ergiebige Regenfälle. Diese stehen in Verbindung mit kleinen Randtiefs, deren Vorhersage mit größeren Unsicherheiten behaftet ist. Entsprechend sollte man die beiden Berechnungen des bis zum Montag (03.10.) aufsummierten Niederschlags vom ICON– und IFS-Modell mit Vorsicht genießen. An der Grundaussage, dass gebietsweise wieder einiges an Regen runterkommt, ändert das aber wenig. Mit Ausnahme des Nordostens, wo beide Modelle meist nur 5 bis 10 Liter pro Quadratmeter simulieren, kommen erneut Mengen von verbreitet 10 bis 30 Liter pro Quadratmeter zusammen. In Staulagen der Mittelgebirge sowie an der Nordsee sind zum Teil 30 bis 60 Liter pro Quadratmeter möglich, bevorzugt im Schwarzwald und im Allgäu auch noch mehr.

Prinzipiell sollte man dem Regen weiter wohlwollend gegenüberstehen. Zwar hat sich die Dürre im Oberboden bereits vielfach entspannt, in den tiefen Bodenschichten sitzt sie aber teilweise noch fest. Dennoch, der ein oder andere kleinere oder mittelgroße Fluss könnte Anfang Oktober vorübergehend Hochwasser führen.

Der Tag der Deutschen Einheit am 3. Oktober könnte nicht nur ein Wendepunkt in der deutschen Geschichte sein, sondern dieses Jahr möglicherweise auch beim Wetter. Die Modelle deuten für den weiteren Verlauf der ersten Oktoberwoche eine Wetterberuhigung an. Ob das herbstlich kühle Schauerwetter tatsächlich mal eine substanzielle Pause einlegt und Altweibersommer Einzug hält, bleibt aber abzuwarten.

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.09.2022
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst