Ist das schon der Klimawandel? (Attributionsforschung – Teil 1)

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Letztes Jahr die Flutkatastrophe im Ahrtal, dieses Jahr Dürre und Hitze bis 40 Grad. „Ist das schon der Klimawandel?“ oder „Ist das eine Folge der Erderwärmung?“ Diese oder ähnliche Fragen brennen vielen unter den Fingernägeln. So sicher wie das Amen in der Kirche werden wir Meteorologen bei jedem Extremwetter – seien es unerträgliche Hitze, langanhaltende Dürreperioden, Stürme oder Starkregen – immer aufs Neue gefragt, ob diese Extreme bei uns oder anderswo auf der Welt bereits Auswirkungen des Klimawandels sind. Freunde und Verwandte interessieren sich hierfür genauso wie Journalisten oder Politiker.

Nicht selten haben sich die Fragenden vorher aber schon ihre eigene Meinung dazu gebildet. Klimaskeptiker bringen als Argumente gegen den Klimawandel gerne an, dass es solche extremen Wetterereignisse schon immer gegeben habe und dass man ohnehin von einem einzelnen Wetterereignis nicht auf das Klima oder eine Veränderung dessen schließen könne – womit sie nicht ganz unrecht haben. Klimaaktivisten, aber auch viele Politiker sind sich hingegen einig, dass diese Wetterextreme bereits eindeutige Zeichen des Klimawandels seien und nehmen diese als Mahnmale, wie dringend wir etwas gegen die fortschreitende Erderwärmung unternehmen müssen. Auch die zweite Gruppe hat mit ihrer Einschätzung nicht ganz unrecht. Ja was denn nun? Es können doch nicht beide mit ihren so gegensätzlichen Ansichten irgendwie richtig liegen!

Zunächst einmal muss man wissen, dass es sich bei Wetter und Klima um zwei komplett unterschiedliche Zeiträume handelt, die man so nicht direkt miteinander vergleichen kann. Wetter ist das, was wir Menschen aktuell spüren können wie die wärmende Sonnenstrahlung oder nasse Regentropfen auf der Haut, Wind der uns um die Ohren pfeift oder ob wir im Freien frieren oder schwitzen. Wetter ist also hochgradig variabel und verändert sich von Tag zu Tag und manchmal sogar von Stunde zu Stunde. Beim Klima handelt es sich hingegen um den gemittelten Zustand der Atmosphäre über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren. Um also feststellen zu können, ob sich das Klima global oder in einer bestimmten Region verändert, kann man verschiedene 30-Jahres-Zeiträume miteinander vergleichen. Bei der mittleren Temperatur zeigt sich beispielsweise ein klarer Trend hin zu höheren Werten.

Bei Wetterextremen wie Hitzewellen, Dürren oder Starkregen wird die Sache deutlich komplizierter. Gerade weil das Wetter so veränderlich ist, gab es schon immer extreme Wetterereignisse und sie wird es auch in Zukunft weiterhin geben. Daher haben Klimaskeptiker pauschal gesehen recht, dass man ein EINZELNES Extremereignis nicht so leicht auf den Klimawandel schieben kann. Allerdings darf man es sich so einfach nicht machen. Es könnte ja sein, dass bei einer vergleichbaren Wetterlage in der vorindustriellen Zeit das Wetter weniger extrem verlaufen wäre oder dass im Zuge der Klimaveränderung bestimmte Wetterextreme häufiger auftreten. Oder anders ausgedrückt: Was früher extrem war, könnte in Zukunft möglicherweise zur Normalität werden.

Um herauszufinden, ob oder inwieweit die fortschreitende Erderwärmung die Häufigkeit und Eigenschaften extremer Wetterereignisse bereits verändert hat, reicht eine Auswertung der bisherigen weltweiten Wetteraufzeichnungen leider nicht aus. Wetterextreme sind nämlich per Definition selten und je extremer sie sind, desto seltener werden sie. Für ein Wetterereignis, das statistisch gesehen an einem bestimmten Ort nur alle 100 Jahre oder sogar noch seltener auftritt, reichen die Messzeitreihen nicht lange genug in die Vergangenheit zurück, um belastbare statistische Aussagen über den Zusammenhang zwischen Wetterextremen und Klimaveränderung treffen zu können. Dabei kommt noch erschwerend hinzu, dass das Klima neben den vom Menschen verursachten Veränderungen auch natürlichen Schwankungen unterliegt, was eindeutige Aussagen über die Veränderung von Extremereignissen nahezu unmöglich macht.

Sie merken also, mit Beobachtungen alleine kommen wir bei der Beantwortung unserer eingangs gestellten Fragen nicht weiter. Eine geeignete Lösung bietet hingegen die sogenannte „Attributionsforschung“. Sie beruht auf einer Ursache-Wirkungs-Beziehung. Im Bereich der Klimaforschung versucht man mithilfe von aufwändigen Klimamodellsimulationen abzuschätzen, inwieweit anthropogene (also vom Menschen verursachte) Klimaveränderungen das Auftreten, die Häufigkeit und Intensität von meteorologischen und klimatologischen Extremereignissen beeinflussen und mit fortschreitender Erderwärmung weiter verändern.

Wie man bei solchen Attributionsstudien vorgeht, erklären wir im nächsten Teil dieser Reihe. Zuletzt stellen wir die Ergebnisse zweier Studien vor. Damit zeigen wir, dass dieser Forschungsbereich zumindest teilweise die Frage beantworten kann, ob ein bestimmtes Extremwetter in gewissem Maße eine Folge des vom Mensch verursachten Klimawandels ist.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 27.07.2022

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Sommer bereits im Sommertage-Soll

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Wenn es darum geht, Jahreszeiten im Hinblick auf die Temperaturen einzuordnen, bedienen wir Meteorologen uns gerne bei den sogenannten „Klimatologischen Kenntagen“. Darunter verstehen wir einen Tag, an dem ein definierter Schwellenwert eines klimatischen Parameters erreicht, über- oder unterschritten wird. Während im Winter Frost- und Eistage gezählt werden, betrachtet man im Sommer die Sommer- und Hitzetage. Frost- und Eistage sind Tage, an denen die Temperatur unter 0 °C sinkt beziehungswiese nicht über 0 °C steigt. An Hitzetagen erreicht die Temperatur mindestens 30°C, an Sommertagen mindestens 25 °C.

Zwar sind erst 56 von 92 Tagen des Sommers 2022 vorüber, dennoch lohnt ein erster Blick auf die Anzahl der Sommer- und Hitzetage.

Im Mittel über die DWD-Stationen wurden in diesem Sommer bereits 27 Sommer- und 9 Hitzetage registriert. Damit ist bereits nach knapp zwei Dritteln des Sommers das Soll auf Basis des vieljährigen Klimamittels von 1961 bis 1990 erreicht (23 Sommertage, 4 Hitzetage). Für das Erreichen des Mittelwertes des von der Klimaerwärmung bereits stark beeinflussten Zeitraumes von 1991 bis 2020 fehlen ebenfalls nur noch 5 Sommer- und 1 Hitzetag.  Man erkennt sichtbar den Anstieg der gleitenden Mittelwerte vor allem ab den 1980er Jahren. Der aktuelle Wert des Sommers 2022 ist als Kreis dargestellt und liegt nicht mehr allzu weit unter der Mittelwertkurve, vor allem was Tage über 30 °C betrifft. Die meisten Sommer- und Hitzetage gab es in den Sommern 2003 und 2018 mit im Mittel 52 beziehungsweise 18 Tagen.

Schaut man sich die räumliche Verteilung der Sommer- und Hitzetage für diesen Sommer an, offenbaren sich deutliche Unterschiede. Vor allem im Süden und Osten stieg die Temperatur verbreitet an 30 bis 40 Tagen über die 25-Gradmarke und damit an über der Hälfte der Tage. Ausgenommen davon sind hochgelegene Bergstationen, wo es natürlich stets etwas kühler ist. Entlang des Oberrheins wurde sogar an über 40 Tagen ein Temperaturwert von mindestens 25 Grad erreicht. Spitzenreiter ist dabei Waghäusel-Kirrlach mit 48 Tagen. Nach Norden und Westen zu nimmt die Anzahl sukzessive ab. In einem Streifen von Nordrhein-Westfalen über Ostniedersachen bis zur Uckermark sind es immerhin noch recht verbreitet 20 bis 30 Tage, im Nordwesten sowie generell im küstennahen Binnenland nur noch 10 bis 20 Tage. Im unmittelbaren Küstenumfeld waren Sommertage aufgrund des häufig auflandigen Windes eher selten.

In den kommenden Tagen bricht die bereits zwei Wochen ununterbrochene Serie an Sommertagen kaum ab, zu Beginn der kommenden Woche gesellen sich dazu eventuell sogar wieder Hitzetage. Die Tendenz zu einem Sommer mit deutlich überdurchschnittlich vielen Sommer- und Hitzetagen ist also klar zu sehen. Aber auch nach Norden zu sollte die Bilanz im Hinblick auf Sommertage zumindest ab dem Wochenende weiter aufgebessert werden.

Dipl.-Met. Adrian Leyser

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 26.07.2022

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DWD Sommer bereits im Sommertage Soll

Wie Dürre Gewittern in die Hände spielen kann

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Gewitter sind im Sommer ein gewohntes Phänomen. Sturm, Starkregen und Hagel gehören dabei zu den gängigen Begleiterscheinungen und können mal mehr und mal weniger heftig ausfallen. Welches dieser Phänomene in welcher Intensität auftritt; diese Frage ist mitunter gar nicht einfach zu beantworten, denn dabei greifen ziemlich viele meteorologische Zahnrädchen ineinander, verwoben in einem komplexen Zusammenspiel. Grundlegend erforderlich sind ein gewisses Maß an Luftfeuchte, Labilität der Luftmasse und Hebungsantrieb, der die Labilität zur Entfaltung kommen lässt (siehe zum Beispiel auch Thema des Tages vom 9. Mai 2021). Nicht notwendig, aber verschärfend, ist zusätzlich noch die Scherung. Damit wird die Geschwindigkeits- und Richtungsänderung des Windes mit der Höhe quantifiziert. Es gilt: Je größer die Windscherung, desto „organisierter“ die Gewitter, und desto intensiver etwaige Begleiterscheinungen.

Doch wann fällt welche Begleiterscheinung wie heftig aus? Das hängt zunächst einmal von den Umgebungsbedingungen ab, in denen sich ein Gewitter entwickelt. Dabei spielen die bereits erwähnte Feuchte und die Windscherung die wichtigste Rolle. Je feuchter die Luft ist und je geringer die Scherung, desto kräftiger ist der Starkregen und desto langsamer bewegt sich eine Gewitterzelle. In einem solchen Fall herrscht hohe Starkregen- und damit Überflutungsgefahr. Bei hoher Windscherung rücken dann mögliche Sturm- oder Orkanböen eher in den Mittelpunkt. Oft spielt Starkregen dann keine so große Rolle mehr, weil die Zelle sich schneller bewegt und damit nicht mehr so viel Niederschlag an Ort und Stelle abladen kann. Aber auch hier gilt: Ausnahmen bestätigen die Regel. Hohe Windgeschwindigkeiten in der Höhe können bei neutral oder labil geschichteter Luftmasse „heruntergemischt“ werden, wie der Synoptiker dazu sagt. Der dahinterstehende physikalische Mechanismus nennt sich „Vertikaler Impulstransport“. Wie gut dieses „Herabmischen“ funktioniert, hängt dabei wiederum viel von der Feuchte in den untersten Luftschichten ab – der sogenannten Grenzschicht. Oft werden hier die untersten 1 bis 2 Kilometer betrachtet. Je trockener und labiler diese Grenzschicht ist, desto besser können etwaige Böen zum Boden transportiert werden. Ist die Grenzschicht dagegen feucht, funktioniert das Herabmischen nicht mehr so gut. Ein weiterer Faktor ist die Niederschlagsverdunstung, wenn ein Gewitter über eine trockene Grenzschicht zieht. In der trockenen Luft in Bodennähe verdunstet der Regen und kühlt dabei die Umgebungsluft weiter ab. Dadurch wird diese „schwerer“ beziehungsweise dichter und „fällt“ nach unten. Wind- und Sturm-, mitunter sogar Orkanböen sind dann das Ergebnis.

Dies ist nun die Stelle, wo langanhaltende Trockenheit ins Spiel kommt. Sie sorgt oft auch für eine entsprechende Austrocknung der Grenzschicht, da im Boden kaum noch Wasser vorhanden ist, welches verdunsten und so die Grenzschicht anfeuchten kann. Dadurch erhöht sich automatisch die Gefahr für heftige Windböen. Gleichzeitig ist oft die belaubte Vegetation ausgetrocknet und brüchig. Damit besteht zusätzlich ein hohes Risiko für gefährlichen Ast- und Baumbruch. Fällt Starkregen, kann der ausgetrocknete Boden das Wasser kaum noch aufnehmen. Somit erhöht sich wiederum zusätzlich die Erosions- und Überflutungsgefahr.

Man kann also erahnen, wie hier verschiedene Umweltfaktoren Einfluss auf andere nehmen und wie komplex das Zusammenspiel aller dieser Faktoren ist. Diese Situationen gilt es, bei jeder neuen Gewitterlage individuell zu beurteilen und entsprechend zu bewarnen. Entsprechend anspruchsvoll ist mitunter der Job des Vorhersagemeteorologen.

M.Sc. Felix Dietzsch

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 25.07.2022

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Kurze Hitze: DANIELA bringt die Abkühlung

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Dank des Hochs LEBRECHT mit Schwerpunkt über Mitteleuropa hat der heutige Sonntag seinen Namen verdient. Denn für viele wird es ein meist sonniger Tag. Die lockeren Wolken, die durchziehen, stören kaum. Im Nordwesten des Landes sorgt hingegen die Warmfront des Tiefs DANIELA bei den Britischen Inseln für dichtere Wolken, die an der Nordsee sogar ein paar Tropfen bringen können.

Zwischen den beiden Luftdruckgebieten stellt sich über Deutschland eine südwestliche Strömung ein. Somit kann die heiße Luft in Südeuropa zu uns gelangen. Entsprechend steigen die Temperaturen am Nachmittag verbreitet auf Werte zwischen 30 und 34 Grad an. Im Norden ist es mit 25 bis 29 Grad etwas kühler. Die Nacht zum Montag verläuft meist klar und mit 19 bis 15 Grad auch mild. In einigen Mittelgebirgstälern und im Südosten kann man mit 14 bis 11 Grad besser durchlüften.

Denn am Montag klettern die Temperaturen auf Werte zwischen 31 und 37 Grad. Also ist wieder Schwitzen angesagt. Die gute Nachricht ist aber, dass die Abkühlung in Form von Schauern und kräftigen Gewittern nicht lange auf sich warten lässt. Diese haben wir der Kaltfront von Tief DANIELA zu verdanken, die sich im äußersten Nordwesten mit Höchstwerten zwischen 23 und 28 Grad schon bemerkbar macht. Die Kaltfront erreicht in der Nacht zum Dienstag dann auch den Südosten des Landes und sorgt dort für schauerartigen, teils gewittrigen Regen, ansonsten klingen die meisten Schauer und Gewitter ab.

Am Dienstag ist es mit Höchstwerten zwischen 18 und 25 Grad im Nordwesten und zwischen 26 und 29 Grad in den übrigen Regionen mit der großen Hitze vorbei. Dazu treten einzelne Schauer und kurze Gewitter auf und der Wind ist spürbar unterwegs. Letztlich kühlt sich Luft in der Nacht zum Mittwoch auf 14 bis 8 Grad ab.

Der Rest der Woche verläuft sommerlich warm ohne größere Hitzewellen. Was weiterhin fehlt, abgesehen von einzelnen Schauern und Gewittern, die vor allem am Freitag vermehrt auftreten, ist der flächendeckende Regen.

Dipl.-Met. Marco Manitta

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 24.07.2022

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Hitzetief

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Die Mittelmeerländer haben aktuell nicht nur mit Trockenheit und Waldbränden zu kämpfen. Auch die große Hitze stellt eine echte Herausforderung dar. Im linken Teil der beigefügten Abbildung sind die Höchsttemperaturen auf der Iberischen Halbinsel am gestrigen Freitag dargestellt. Verbreitet stiegen die Werte auf über 35°C, lokal lagen die Spitzen sogar über 40°C. Lediglich an den Küsten, in den bewölkten Gebieten des Nordens und in den Hochlagen bewegten sich die Maxima unterhalb der 30°C-, teils sogar unter der 20°C-Marke.

Lässt man die o. g. Probleme aber außer Acht und betrachtet das Wetter durch eine rein meteorologische Brille, so kann man sich zumindest an der täglich wiederkehrenden Entwicklung sogenannter Hitzetiefs erfreuen. Für die südspanische Station Villanueva de Córdoba sind die entsprechenden Druckschwankungen im Tagesverlauf auf der rechten Seite der Grafik (Mitte, blaue Kurve) zu finden. Durch den täglichen ununterbrochenen Sonnenschein, der an den Balken der stündlichen Sonnenscheindauer (in der Grafik rechts unten) abgelesen werden kann, kann sich die Atmosphäre stark aufheizen. Damit setzen Hebungsprozesse ein, die den Luftdruck fallen lassen. Der Vollständigkeit halber sind zusätzlich zum Druckverlauf als Zahlenwerte auch der Druckanstieg (blau) und der Druckfall (rot) angegeben (in 1/10 hPa).

Der Druckfall fällt am Nachmittag so lange wie die Temperaturen steigen. Der Temperaturverlauf ist in der Grafik rechts oben dargestellt. Mit einsetzendem Temperaturrückgang am Abend kommen die Hebungsprozesse zum Erliegen. Der Luftdruck steigt wieder an, ein Prozess, der bis in die Morgenstunden anhält. Wenn dann am nächsten Tag die Sonneneinstrahlung die unteren Atmosphärenschichten erneut aufheizt, beginnt das Spiel von vorne.

Dabei sind die Druckunterschiede beeindruckend. Von 1011 hPa am Mittwochabend stieg der Druck auf knapp 1018 hPa am Donnerstagmorgen. Ähnlich groß waren die Druckunterschiede zwischen Freitagabend und Samstagmorgen. Zum bemerkenswerten Verlauf des Luftdrucks trägt aber auch ganz wesentlich bei, dass im Sommer im Mittelmeerraum oftmals keine großräumigen synoptischen Druckgebilde unterwegs sind. Somit wird die tagesgangbedingte thermische Druckänderung nicht von dynamischen Hochs und Tiefs überlagert und damit verwischt.

Ob die Spanier bei den hohen Temperaturen große Freude an ihren Hitzetiefs haben darf bezweifelt werden. Aber immerhin ist die Luft recht trocken, was das Schwüleempfinden dämpft. Zu erkennen ist dies am Verlauf des Taupunkts, der ein Maß für die Luftfeuchte darstellt. Zumeist bewegt sich der Taupunkt um 5°C, teilweise taucht er sogar in den negativen Bereich ab (die hellblauen Abschnitte der Kurve). Das ist deutlich weniger, als es in Mitteleuropa üblich ist.

Dipl.-Met. Martin Jonas

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 23.07.2022

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DWD Hitzetief

Hamburg: unsichtbarer Wetterwechsel

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Als Meteorologin kann ich draußen in der Natur nur selten den Kopf komplett ausschalten. Denn jeder Blick in den Himmel lässt einen über die physikalischen Prozesse nachdenken, die sich durch Wolkenformationen oder Windbewegungen zeigen. So wird auch ein dienstfreier Tag bei großer Hitze genutzt um über die Rätsel der Meteorologie zu philosophieren. Ich suchte mir am vergangenen Mittwoch, dem bisher heißesten Tag in Hamburg, ein schattiges Plätzchen in einem Hamburger Park. In der Nähe spielte einer der Oben-Ohne-Fraktion sanfte Töne auf seiner Gitarre. Es wehte ein leises Lüftchen aus südlicher Richtung, was für Hamburg schon eher untypisch ist. Doch dann hatte die ungewöhnliche Hitze ein jähes Ende. Der Wind frischte aus einer anderen Richtung plötzlich auf und die Temperaturen sanken von 39 auf 31 Grad ab, gleichzeitig stieg der Taupunkt von 8 Grad auf 18 Grad sprunghaft an. Windzunahme, deutlich erhöhte Luftfeuchtigkeit, aber keine einzige Wolke am Himmel.

Die Ausgangslage sah wie folgt aus: Ein Hoch lag mit seinem Schwerpunkt über Osteuropa. Gleichzeitig hat sich auch in der Höhe ein Hochdruckrücken angefüllt mit heißer Luft vom Mittelmeer bis nach Mitteleuropa erstreckt. Im Tagesverlauf wurden beide weiter nach Osten abgedrängt. Von der Nordsee über Belgien bis in die Schweiz lag eine Kaltfront. Diese verlagerte sich bis zum Nachmittag wenig ostwärts und erreichte gegen 17 Uhr etwa eine Linie von Amsterdam über das Ruhrgebiet bis ins Allgäu. Entlang dieser Linie haben sich bereits einige Gewitterzellen gebildet. Westlich davon sanken bereits die Temperaturen. Die Kaltfront lag also noch weit westlich von Hamburg, trotzdem gingen die Temperaturen ganz ohne Blitz und Donner deutlich zurück. Die Kaltfront konnte es also nicht gewesen sein, was in der Stadt für Erfrischung sorgte.

Vorlaufend der Kaltfront konnte man im Windfeld der unteren Troposphäre eine Konvergenzlinie erkennen, die sich am Nachmittag über Norddeutschland ostwärts verlagerte. Bei einer Konvergenz fließt Luft in niederen troposphärischen Schichten zusammen und zwingt die Luftmasse somit vertikal aufzusteigen. Bei so aufsteigender Luft entstehen meist konvektive Bewölkungsformen bis hin zu Cumulonimbus-Bewölkung. Wolken konnte man über dem Hamburger Himmel aber keine erkennen. Was hat die Wolkenbildung verhindert? Zum einen war die Luftmasse über Norddeutschland durch die anhaltenden sehr hohen Temperaturen und dem vorangegangenen Hochdruckeinfluss sehr trocken. Die Luftmasse hätte schon sehr stark gehoben werden müssen, um die Wolkenbildung zu fördern. Zum anderen hat die Thermik in der Grenzschicht plötzlich „kalte Füße“ bekommen. Schuld daran ist die Nordsee.

Die Nordseetemperaturen liegen zurzeit bei 18 bis 20 Grad, direkt an der Küstenlinie bis 22 Grad. Das Festland hat sich am Mittwoch auf 35 bis 40 Grad aufgeheizt. Durch den lokalen Temperaturgradienten entstand eine sogenannte „thermische Zirkulation“, die auch „Land-Seewind-Zirkulation“ genannt wird. Aufgrund der geringeren Wärmekapazität der Landflächen im Vergleich zu den Wasseroberflächen heizt sich die Luft dort stärker auf. Die erhitzte Luft weist im Vergleich zur Meeresumgebung eine geringere Dichte auf und steigt somit auf. Es entsteht bodennah ein lokales Tief über der Landfläche, in der oberen Grenzschicht ein lokales Hoch. Durch den tieferen Luftdruck im bodennahen Bereich wir die relativ kühlere und feuchtere Meeresluft angezogen. Gleichzeitig entwickeln sich über dem Meer umgekehrte Luftdruckstrukturen mit höherem Luftdruck am Boden und tieferem Luftdruck in der Höhe durch Absinkbewegungen in der Grenzschicht. Diese Zirkulation wurde im Tagesverlauf immer großräumiger und brachte kühlere und feuchtere Luft weiter ins Landesinnere Schleswig-Holsteins und Niedersachsens.

Die Konvergenzlinie hat die kühlere und feuchtere Meeresluft, die durch die Seewind-Zirkulation schon eingeflossen ist noch etwas schneller und weiter über Schleswig-Holstein bis nach Hamburg vorangetrieben. Gegen 17 Uhr erreichte der Seewind angekündigt durch die plötzliche Windzunahme Hamburg. Die eingeflossene bodennahe Kaltluftschicht reichte vom Boden bis etwa in eine Höhe von 700 Metern (sehr schön zu sehen in einem Vertikalprofil gemessen am Flughafen Fuhlsbüttel). In dieser vergleichsweisen kalten Luft hatten die Thermikblasen keine Chance mehr aufzusteigen und die Bildung von Quellwolken blieb aus.

Noch ein interessantes meteorologisches Detail, das sich an diesem Tag beobachten ließ, waren die Windgeschwindigkeiten entlang der Elbe. Während über Schleswig-Holstein und Niedersachsen die Seewind-Konvergenz mit Böen um 45 km/h durchzog, wurden entlang der Elbe teils Windgeschwindigkeiten über 60 km/h gemessen. Dies liegt zum einen an der niedrigeren Reibung über Wasseroberflächen. Zum anderen begünstigte auch die Windrichtung die höheren Geschwindigkeiten. Der trichterförmige Ausgang der Elbe erzeugt einen Kanalisierungseffekt bei Nordwestwinden.

Für mich ging ein gemütlicher Tag zu Ende und ich freue mich schon auf meinen nächsten freien Tag um weiter über faszinierende meteorologische Prozesse zu rätseln.

MSc Sonja Stöckle

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 22.07.2022

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DWD Hamburg unsichtbarer Wetterwechsel

Hitzewelle endet historisch

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Schon Anfang Juli wurde in den Medien kolportiert, es stünde eine extreme Hitzewelle ab Monatsmitte in Deutschland bevor. Zu diesem Zeitpunkt wurden diese Aussagen seitens der seriösen Meteorologie zurecht als unwissenschaftlich bezeichnet. Denn zu groß war der Vorhersagehorizont und die damit in Verbindung stehende Unsicherheit und zu extrem die angekündigten Temperaturen bis 45 °C. Leider fand die „Modellhitze“, wenn auch in nicht ganz so extremer Form und leicht verspätet, letztendlich doch ihren Weg in den seriösen Vorhersagebereich und bewahrheitete sich schließlich in den vergangenen zwei bis drei Tagen. Dabei war weniger die Andauer, als die Intensität bemerkenswert.

Während am Dienstag (19.7.) im Westen die 40-Gradmarke im DWD-Stationsnetz noch denkbar knapp verfehlt wurde, ging es am gestrigen Mittwoch (20.7.) gleich an vier Stationen im Norden und Osten über die 40 °C hinaus. In Bad Mergentheim-Neunkirchen (40,3 °C), Hamburg-Neuwiedenthal (40,1 °C), Barsinghausen-Hohenbostel und Huy-Pabstorf (40,0 °C) wurden nicht nur die Allzeitrekorde für die Stationen überboten, sondern auch die des jeweiligen Bundeslandes (Baden-Württemberg, Hamburg, Niedersachsen und Sachsen-Anhalt). Dazu kamen zwei weitere Bundeslandrekorde für Mecklenburg-Vorpommern (Boizenburg 39,4 °C) und Schleswig-Holstein (Grambek 39,1 °C). Außergewöhnlich ist der Wert für Hamburg, nicht nur, weil der vorherige Rekord gleich um knapp 3 Grad überboten wurde, sondern auch, wenn man ihn im geographischen Kontext liest: Temperaturen von 40 °C und mehr sind auf diesem Breitengrad und in dieser maritimen Klimazone eine echte Rarität, weltweit. In Europa – Russland ausgenommen – wurde noch nie so weit im Norden die 40-Gradmarke gerissen.

Alleine diese Daten zeugen von der historischen Dimension der Hitzewelle. Dennoch gibt es Stimmen, die behaupten, Tage mit 40 °C und mehr habe es früher schon „öfter“ gegeben und man habe im „Sommer“ solche Temperaturen zu erwarten. Dabei handelt es sich aber im besten Falle um eine verzerrte, subjektive Wahrnehmung, die unter Umständen durch die sich gerade in den letzten Jahren beschleunigende Klimaerwärmung begünstigt worden sein könnte. Die „nackten Zahlen“ sprechen eine andere Sprache: Der 20. Juli 2022 ist gerade einmal der 10. Tag, an dem seit Beginn der Wetteraufzeichnungen in Deutschland 40 °C erreicht wurden. Das erste Mal war es 1983 in Kösching (Bayern) und Gärmersdorf (Bayern) der Fall, dann erst wieder im legendären „Jahrhundertsommer“ 2003. In den 2010er Jahren nahm schließlich nicht nur die Frequenz der Hitzewellen mit Spitzenwerten über 40 Grad zu, sondern auch die Verbreitung, mit der die 40-Gradmarke überschritten werden konnte. Im August 2015 wurden 3-mal, im Juli 2019 unglaubliche 25-mal die „40 Grad“ verkündet. Die jüngste Hitzewelle reiht sich mit 4 Stationsmeldungen immerhin auf Platz 2 ein.

Zum Abschluss soll betont werden, dass es sich bei den Temperaturwerten der vergangenen beiden Tage noch um vorläufige Werte handelt. Der Deutsche Wetterdienst wird die Daten nochmal eingehend auf Plausibilität prüfen und behält sich etwaige Anpassungen oder – im schlimmsten Fall – Annullierungen vor.

Dipl.-Met. Adrian Leyser

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 21.07.2022

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In der arktischen Stratosphäre beginnt bereits der Marsch in Richtung Winter.

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Für den Fall, dass der Sommer nicht unbedingt Ihr Ding ist, sollte so allmählich auf die Arktis geschaut werden. Dort hat in der mittleren und oberen Stratosphäre bereits der langsame und beschwerliche Marsch in den Winter begonnen, indem die sommerlichen Ostwinde langsam schwächer werden.

Jedes Jahr kühlt es im nordhemisphärischen Winter über den Polen zur Zeit der Polarnacht viel stärker aus als in den Tropen, was zu einem starken meridionalen Temperaturgradienten führt, der in der Stratosphäre am stärksten ausgeprägt ist. Auf diesen großen Skalen befindet sich die Änderung der Windgeschwindigkeit mit der Höhe (oder auch vertikale Windscherung genannt) in einem Gleichgewicht mit dem Temperaturgradienten. So wird die kalte Stratosphärenluft über dem Winterpol von einem Gürtel starker polumlaufender Westwinde (dem so genannten Polar Night Jetstream) umschlossen. Dieser Jetstream und die kalte Luft, die er umgibt, formieren zusammen den Stratosphärischen Polarwirbel.

Die Stärke des Polarwirbels wird häufig anhand der zonal gemittelten zonalen Winde (d. h. der durchschnittlichen zirkumpolaren Windgeschwindigkeit auf einem definierten Breitengrad, hier 60°N) auf 10hPa (in ca. 30 km Höhe) diagnostiziert. Gemäß dieser Definition bildet sich der arktische Wirbel im Durchschnitt in der letzten Augustwoche heraus (allmählicher Wechsel auf Westwinde), erreicht seine größte Stärke im Januar und löst sich meist im April, manchmal aber auch erst Anfang Mai auf (Wechsel auf Ostwinde). In den Sommermonaten weist die Stratosphäre dann östliche Winde auf. In der beigefügten Grafik wird die Prognose des zonal gemittelten zonalen Windes aufgezeigt (EZMWF, Stand 18.07.2022). Dort erkannt man die oben angesprochene Windumkehr auf westliche Winde etwa Anfang September.

Wenn der stratosphärische Wirbel im Winterhalbjahr stark ausgeprägt ist, wird kalte Luft tendenziell über der Arktis eingeschlossen. Gebiete wie die Britischen Inseln sind dann oft stürmisch und nass, da der starke Jetstream die Entwicklung von kräftigen Tiefdruckgebieten z.B. im Nordatlantik fördert. Wenn der Polarwirbel hingegen schwach ist, wird der Jetstream in der Troposphäre tendenziell schwächer, so dass kalte Luft aus der Arktis regional in die mittleren Breiten ausfließen kann. Diese beiden unterschiedlichen Muster sind als positive und negative Phasen der Arktischen Oszillation (AO und der eng damit verbundenen Nordatlantischen Oszillation, NAO) bekannt.

Eine extreme Schwächung des Stratosphärenwirbels wird als plötzliche Erwärmung der Stratosphäre (SSW) bezeichnet, so genannt wegen des raschen Temperaturanstiegs in der polaren Stratosphäre (ca. 50 Grad Celsius in wenigen Tagen). Mit dem raschen Temperaturanstieg geht eine deutliche Abschwächung des zonal gemittelten zonalen Windes einher, bei einem Major-SSW erfolgt sogar eine komplette Windumkehr auf östliche zonal gemittelte Winde bei 10hPa und 60°N). Major-SSWs treten in der Arktis im langjährigen Mittel etwa in zwei von drei Wintern auf.

Der stratosphärische Polarwirbel ist jedoch nur einer von mehreren Faktoren, die die troposphärischen Wettermuster im Winter beeinflussen können. Die kausalen Zusammenhänge, wann und warum die Troposphäre stärker auf bestimmte stratosphärische Veränderungen reagiert, ist ein aktuelles und spannendes Forschungsthema.

In diesem Sinne beginnt nun bald schon wieder das arktische Chasen bezüglich Zustand und Entwicklung des Stratosphärischen Polarwirbels und damit verbunden natürlich auch die Frage, was wir denn hier in Mitteleuropa für einen Winter bekommen könnten.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 20.07.2022

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DWD In der arktischen Stratosphaere beginnt bereits der Marsch in Richtung Winter.

Sommer, Sonne, Sonnenschein = Trockenheit, Dürre, Wassermangel?

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Nicht nur in Südeuropa herrscht eine extreme Dürresituation, auch in Deutschland ist relativ verbreitet eine schwere oder gar außergewöhnliche Dürre zu verzeichnen. Dazu veröffentlich das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig auf seiner Homepage Darstellungen des sogenannten Dürremonitors oder auch des pflanzenverfügbaren Wassers. Insbesondere beim pflanzenverfügbaren Wasser wird deutlich, dass mit Ausnahme der meisten Küstenregionen und einiger Gebiete am Alpenrand und am Bayerischen Wald weniger als 10 bis 20 % der nutzbaren Feldkapazität (nFK) aufweist und somit das Pflanzenwachstum stark bedroht ist. Die nutzbare Feldkapazität ist ein Maß für den Wassergehalt des Bodens, der von der Bodenbeschaffenheit abhängig ist und dem entsprechenden Bodenwassergehalt (detaillierte Beschreibung siehe Homepage des UFZ). Der Bodenwassergehalt ist natürlich wesentlich von den gefallenen Niederschlägen, aber auch vom Verhältnis Niederschlag/Verdunstung abhängig und daher folgt nun ein kurzer Blick auf die Niederschläge seit Beginn der diesjährigen Vegetationsperiode ab etwa März. Und seit März dieses Jahres herrscht im Prinzip ein Niederschlagsdefizit, so dass dementsprechend auch das Defizit aus den Vorjahren natürlich nicht ausgeglichen werden konnte. Besonders trocken war der März 2022, in dem vor allem im Norden und Nordosten verbreitet weniger als 25 % des langjährigen Mittelwertes an Regen registriert wurde. Und auch in den Folgemonaten von April bis Juni gab es nur wenige Gebiete, in denen das Monatssoll an Regen erfüllt wurde. Und dieser Tatbestand des verbreitet fehlenden Niederschlags tritt dann auch noch in Kombination mit viel Sonnenschein, immer wieder auch recht windigen Verhältnissen und dementsprechend hoher Verdunstung auf.

Und auch der aktuelle Monat reiht sich zumindest bisher in die Reihe zu trockener und zumindest gebietsweise sehr sonnenscheinreicher Monate ein: Im Südwesten sind nach etwas mehr als der Hälfte des Monats schon 90 bis fast 100 % des „Sonnenscheinsolls“ erreicht worden. Spitzenreiter ist hier Elzach-Fisnacht mit bereits knapp 98 % des vieljährigen Mittelwertes an Sonnenstunden für Juli. Bisher sind im Juli im Deutschlandmittel 16,8 Liter Regen pro Quadratmeter (l/qm) gefallen, je nach betrachteter Referenzmethode liegt der Mittelwert für den Monat Juli bei 77 bis 87 l/qm (mit kontinuierlichen Anstieg in den Refenrenzperioden). Der aktuelle Monat hat daher Chancen auf die Spitzenreiterposition hinsichtlich des regenärmsten Julis seit Aufzeichnungsbeginn. In der beigefügten Abbildung zur bisher registrierten Regenmenge mittels Radar ist zu sehen, dass die Verteilung natürlich regional unterschiedlich ist. In Teilen des Westens und Südwestens fiel bisher im Prinzip noch überhaupt kein Regen.

Dieser anhaltende Wassermangel führt zu der angesprochenen Trockenheit, die sich zum einen natürlich direkt an der Vegetation erkennen lässt: Ernteeinbußen bei Feldfrüchten wie Getreide und Mais, Notbelaubung von Laubbäumen, Fehlformen bzw. Kleinwuchs bei Feldfrüchten wie Kohl oder Fenchel – um nur ein paar Beispiele ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu nennen. Abgesehen von den relativ direkt ersichtlichen Folgen des Wassermangels, zeigen sich auch zunehmend Auswirkungen auf die Fluss- und Seepegel – die ersten Flüsse melden für die Jahreszeit bereits sehr niedrige Pegelstände, die z. B. auf der Seite der Bundesanstalt für Gewässerkunde veröffentlicht werden. Und auch die Grundwasserstände geben zumindest regional bereits Anlass zur Sorge… aber darauf soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.

Dipl.-Met. Sabine Krüger

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 19.07.2022

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Sehr heiße Temperaturen und ihre Messung

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Hoch „Jürgen“ bringt uns in der ersten Wochenhälfte so richtig zum Schwitzen. Am Westrand von „Jürgen“ wird mit einer südwestlichen bis südlichen Strömung teils sehr heiße Tropikluft aus Nordafrika über Spanien und Frankreich nach Deutschland geführt. Am Dienstag, den 19.07.2022, kann die Temperatur so örtlich auf Werte um 40 Grad steigen. Entsprechend kommen wir den Allzeitrekorden von 41,2 Grad, die am 25. Juli 2019 in Duisburg-Baerl und Tönisvorst (beide in NRW) gemessen wurden, recht nahe. Am Mittwoch verlagert sich der Schwerpunkt der Hitze dann in den Osten und Nordosten, wo nochmals bis zu 39 Grad möglich sind.

Allerdings gibt es bei der Veröffentlichung von Temperaturwerten – insbesondere bei Rekorden – auch immer wieder verwunderte Reaktionen aus der Öffentlichkeit. Teilweise weichen diese nämlich recht deutlich von den höheren Temperaturen ab, die Max und Erika Mustermann von ihrem handelsüblichen Thermometer im Garten, an der Hauswand oder im Auto ablesen.

Aber wie kann es zu solch deutlichen Unterschieden kommen? Wie misst man die Temperatur denn überhaupt „richtig“?

Offiziell bestätigte Temperaturwerte in den Datenbanken der weltweiten Wetterdienste müssen an Wetterstationen gemessen worden sein, die international festgelegten Standards entsprechen, um aktuell wie auch in der Vergangenheit global vergleichbar zu sein.

Zunächst braucht man einen geeigneten Standort für die Messung. Dabei sollten die Wetterdaten repräsentativ für die Umgebung sein und die Station beispielsweise nicht in einem lokalen „Kälteloch“ oder über aufgeheiztem Straßenteerbelag liegen. Am besten eignet sich hierfür ein relativ freier Platz mit genügend Abstand zu Gebäuden oder hohem Bewuchs auf einem für die Region natürlichen Untergrund (in der Regel eine kurz gehaltene Grasfläche).

Eine der größten Herausforderungen bei der Temperaturmessung besteht für die Stationsorte sicherlich in der Einhaltung dieser Richtlinien über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten hinweg. Denn ein Höchstwert kann nur als solcher anerkannt werden, wenn vergleichbare Temperaturwerte an einem bestimmten Standort aus der Vergangenheit vorliegen.

Gemessen wird die Lufttemperatur immer in zwei Metern Höhe über Grund. Die Messung erfolgt jedoch nicht in der prallen Sonne, sondern abgeschattet mit einem modernen, aus Kunststoff gefertigten, gut ventilierten Lamellen-Strahlungsschutz. Dieser hat an den automatisierten Standorten die sogenannte „Englische Hütte“ ersetzt.

Zur Messung der Temperatur können verschiedene Thermometer verwendet werden, wobei diese selbstverständlich auch strengen Richtlinien unterliegen und regelmäßig gewartet werden müssen. Automatisierte Wetterstationen besitzen elektronische Sensoren, welche die Lufttemperatur kontinuierlich aufzeichnen.

Standardmäßig werden die Stationen in regelmäßigen Abständen gewartet, zudem durchlaufen deren Daten eine Qualitätsprüfung. Wird nun an einer Station ein neuer Temperaturrekordwert gemessen, so wird die Anlage noch einmal genau auf ihre korrekte Funktionsweise und die Wahrung der örtlichen Umgebungsbedingungen geprüft. So musste beispielsweise der am 25. Juli 2019 gemessene Allzeitrekord von 42,6 Grad an der Station in Lingen im Emsland nachträglich annulliert werden. Auswertungen von Parallelmessungen an der Wetterstation Lingen ergaben im Nachgang, dass es in einem sehr kleinen Bereich des Messfeldes bei bestimmten Wetterlagen insbesondere am frühen Nachmittag zu auffällig erhöhten Temperaturen kam. Verantwortlich dafür war die in den vergangenen Jahren deutlich gewachsene Vegetation in direkter östlicher Nachbarschaft der Station. Sie behinderte bei bestimmten Windrichtungen den Luftaustausch. Dies führte insbesondere bei windschwachen, aber strahlungsintensiven Wetterlagen zu einer Abkopplung der lokalen Temperatur am Messfeld der Station von der großräumigen Temperaturentwicklung.

Es ist durchaus wahrscheinlich, dass am Dienstag und Mittwoch örtlich neue Stationsrekorde gemessen werden. Ob es für einen neuen deutschen Allzeitrekord reicht, wird man spätestens am Dienstagabend um 20 Uhr aus den Messwerten ablesen können (siehe z.B. auch den Climate Data Center des DWD unter dem unten angegebenen Link). Das an der Hauswand angebrachte Thermometer von Max und Erika Mustermann wird in der prallen Nachmittagssonne sicher aber auch Temperaturen jenseits der 42 Grad anzeigen können.

MSc.-Met. Sebastian Schappert

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 18.07.2022

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DWD Sehr heisse Temperaturen und ihre Messung