\Wettertechnisch sieht es in den nächsten Tagen sehr sommerlich aus. Zum ersten Mal in diesem Jahr werden die Temperaturen die 30 Grad-Marke überschreiten. Auch lauen Nächten steht dann nichts mehr im Wege. Bei den warmen Verhältnissen hält man sich dann auch nachts noch gerne draußen auf. Ein Phänomen was sich dort eventuell am nächtlichen Himmel blicken lässt, sind leuchtende Nachtwolken (englisch: noctilucent clouds, kurz: NLC).

Leuchtende Nachtwolken sind silbrig-weiße dünne Wolken, haben jedoch im engeren Sinne nicht direkt was mit Wetter zu tun. Denn das Wetter spielt sich hauptsächlich in der Troposphäre ab, deren Obergrenze in unseren Breiten in etwa eine Höhe von 10 bis 13 km erreicht. Leuchtende Nachtwolken entstehen in der Mesosphäre, in einer Höhe zwischen 80 bis 85 km. Vieles was mit der Entstehung der leuchtenden Nachwolken zu tun hat, ist im Detail noch nicht geklärt. Man weiß aber, dass sie aus kleinen Wassereisteilchen bestehen, weswegen sie optisch an Cirruswolken erinnern. Schon lange vermutet, wurde dieses erst 2001 durch das Satelliten-Messinstrument HALOE bewiesen. Zur Entstehung von Wolkeneisteilchen braucht man zum einen Wasserdampf und zum anderen Sublimationskerne, an die sich die Wasserteilchen anheften können.

In der Mesosphäre ist kaum Wasserdampf vorhanden, sodass sich im Normalfall nur wenige Wassermoleküle miteinander verbinden können. Damit die Wasserdampfmoleküle doch zu kleinen Eisteilchen gefrieren, benötigt man besonders kalte Temperaturen von unter minus 120 Grad Celsius. Von Mai bis August sind aufgrund der inter-hemisphärischen Zirkulation die Temperaturen in der Mesosphäre besonders kalt. Es treten dort teils Temperaturen von unter minus 140 Grad auf. Im Winter dagegen ist die Mesosphäre meist wärmer, sodass dann keine Wolken entstehen können.

Die zur Eiskristallbildung benötigten Eiskeime können aus verschiedenen Staubpartikel oder andere Aerosole bestehen. Die Staubpartikel kommen zum einen durch Meteorite, die in die Erdatmosphäre eindringen und dabei verglühen in diese Atmosphärenschicht. Zur Zeit der ersten Entdeckung der NLC lag die Vermutung nahe, dass Vulkanausbrüche größere Mengen von Staub auch in diese Höhen transportieren. Die erste Beschreibung von leuchtenden Nachtwolken stammt aus dem Jahr 1885, zwei Jahre nach dem Vulkanausbruch des Krakatau. Doch bis heute ist es weiterhin unklar, ob der Vulkanausbruch tatsächlich zu einer erhöhten NLC Aktivität geführt hat. Es könnte auch sein, dass die intensivere Beobachtung des Himmels erhöhte Sichtungszahlen der leuchtenden Nachtwolken ergaben. Nach dem Vulkanausbruch kam es durch die große Staubbelastung in der Tropo- und Stratosphäre spektakuläre Sonnenuntergänge. Es besteht auch die Theorie, dass bei der Entstehung von Eiskristallen nicht unbedingt Sublimationskerne vorhanden sein müssen. Aufgrund des Dipol-Charakters von Wassermolekülen bilden sich sogenannte Wasserclusterionen. Diese Wassercluster sind aber nur kurzlebig.

Um die Wolken zum Leuchten zu bringen ist Licht nötig. Dieses Licht stammt von der Sonne, die zwischen 6 und 16 Grad unter dem Horizont stehen muss, damit die Wolken in einer Höhe von etwa 83 km über dem Erdboden angestrahlt werden. Daher sind in unseren Breiten leuchtende Nachtwolken zwischen Anfang Juni und Mitte Juli zu sehen. Und das am besten gegen Mitternacht, wenn die Dämmerung am dunkelsten ist und das schwache Schimmern der Wolken nicht übertrifft. Sie erreichen über Deutschland eine Höhe von etwa 20 Grad über dem Horizont, wenn man in nördliche Richtungen blickt. In Ausnahmefällen sind sie auch bis in Zenitnähe zu sehen.

Langzeitliche Trends zur NLC Aktivität sind schwer zu prognostizieren, da die Forschungen darüber noch andauern. Ein Zusammenhang mit der Sonnenaktivität ist nahe liegend. Allerdings konnte bis jetzt nicht eindeutig beobachtet werden, dass die Häufigkeit der leuchtenden Nachtwolken im Sonnenmaximum-Zeitraum wirklich zunimmt. Für eine erhöhte Nachtwolken-Aktivität könnte auch die Zunahme von Methan und Kohlenstoffdioxid verantwortlich sein. Durch das Erwärmen der Troposphäre, könnte die Mesosphäre kälter werden. Ein weiterer Zusammenhang wird zwischen leuchtenden Nachtwolken in unseren Breiten und den polaren mesosphärischen Wolken vermutet, die während des gesamten Sommers über den Polen liegen. Durch erhöhte Windgeschwindigkeiten könnten die mesosphärischen Wolken über den polaren Gebieten sich schneller und weiter nach Süden hin ausweiten. Auch erhöhte Konzentration von Eiskeimen in der Mesosphäre kann zur Zunahme von Leuchtenden Nachtwolken führen. Bei den Starts der Space Shuttles zwischen 1981 und 2011 als auch beim Start von SpaceX Falcon 9 2014 wurden nach dem Start leuchtende Nachtwolken gesichtet. Durch die Raketen werden nicht nur Staubpartikel, sondern auch Wasserdampf in große Höhen in die Atmosphäre gebracht. Allerdings ist die Höhe des Beitrags von Raketenstarts zur Bildung von leuchtenden Nachtwolken noch umstritten.

Wer in der kommenden Nacht leuchtende Nachtwolken beobachten möchte, hat die größten Chancen dazu an der Ostsee oder im Südwesten Deutschlands. Dort ist der Himmel meist klar. Wer das ganze Spektakel am Himmel auch fotografieren möchte, dem empfiehlt sich eine Belichtungszeit von etwa 10 Sekunden bei einer erhöhten ISO von 800 bis 1600, da sich die Eiswolken bewegen. Das erste Foto von leuchtenden Nachtwolken schoss übrigens Otto Jesse weit vor Erfindung von Digitalkameras im Jahr 1887. Er gab den Wolken auch ihren Namen.

MSc Sonja Stöckle (Meteorologin)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.06.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Der meteorologische Sommeranfang zeigt sich gerade in der Mitte und im Süden von seiner sonnigen, vor allem im Osten und Nordosten schon seit geraumer Zeit erneut von seiner anhaltend trockenen Seite. In diesem Zusammenhang drängt sich die Frage auf, was wir in Deutschland wetter- und witterungstechnisch von den bevorstehenden drei Sommermonaten zu erwarten haben.
Zu Beginn sei auf die aktuelle Mittelfristvorhersage verwiesen, die 7 bis 10 Tage in die Zukunft schaut, manchmal auch mit Trendangaben bis zu Tag 15(siehe weitere Informationen zum Thema).

Ab diesem Zeitpunkt würde man dann allerdings schon vom subsaisonalen Bereich der Wettervorhersage sprechen, wobei diese Steilvorlage als Überleitung zu saisonalen Klimavorhersagen geeignet ist. Saisonale Klimavorhersagen geben eine Prognose darüber ab, mit welcher Wahrscheinlichkeit die kommenden Monate wärmer/kälter oder auch trockener/feuchter als im langzeitlichen Mittel werden. Die Kombination von numerischen Vorhersagen für die zukünftige Periode mit zusätzlichen Vorhersagen aus der Vergangenheit erlaubt eine gewisse statistische Bewertung der Prognosen und die Ableitung von Trendaussagen auf Basis einer Klimatologie.

Im Thema des Tages vom 11.05.23 wurde die aktuelle saisonale Wettervorhersage bereits ausführlich seziert, einschließlich Verweis auf die Copernicus-Seite [Multimodellvorhersage mit schöner Zusammenfassung der Highlights(siehe weitere Informationen zum Thema)].

Schaut man auf die prognostizierte mittlere Luftdruckverteilung auf Meereshöhe über die drei Sommermonate, fällt – unabhängig von im Sommer oft schwächeren Luftdruckgegensätzen – doch ein gewisses Muster auf, nämlich die erhöhte Wahrscheinlichkeit für höheren Luftdruck über dem östlichen Nordatlantik und Teilen Skandinaviens. Demgegenüber stehen relativ deutliche Signale für tieferen Luftdruck über Süd- und Südwesteuropa. Diese Konstellation entspräche für den Index der Nordatlantischen Oszillation (kurz NAO-Index) wohl eine (leicht) negative Abweichung (siehe weitere Informationen zum Thema).

Soweit so gut, aber was heißt Letzteres nun etwas konkreter für die zu erwartenden (mittleren) Witterungsverhältnisse bzw. mögliche Wettermuster über die Sommermonate für den atlantisch-europäischen Wetterraum und speziell für Mitteleuropa?
„NAO negativ“ bedeutete eine nach Süden verschobene Frontalzone im atlantischen Sektor (teilweise Verbindung von Subpolar- und Subtropen-Jet), bis in den zentralen Mittelmeerraum reichend. Demgegenüber haben wir prognostizierte positive Luftdruckabweichungen im östlichen Mittelmeerraum bis zum Schwarzen Meer und Kleinasien. Damit steigt vom zentralen-östlichen Mittelmeerraum bis nach Kleinasien das Risiko markanter Hitzewellen (vergleich Hitzewelle in großen Teilen des Mittelmeerraums in 2019 bei damals ebenso NAO negativ).

Positive Luftdruckabweichungen erkennt man auch vom östlichen Nordatlantik bis nach Skandinavien, mit entsprechend simulierter positiver Temperaturabweichung in diesen Bereichen.

Für Mitteleuropa bestünde somit eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für insgesamt (leicht) zu warme Verhältnisse, bei wohl insgesamt häufigeren Großwetterlagen (GWL) mit nordwestlichen oder nördlichen Strömungsverhältnissen – zyklonal oder antizyklonal ausgepägt würde letzteres auch im Mittel eher normale bis (leicht) zu niedrige Niederschlagsmengen für Mitteleuropa bedeuten. Bei möglichen Blockierungen im Bereich Nordmeer/Skandinavien hingegen bestünde bei nordöstlichen bis östlichen Strömungsverhältnissen und dem Zustrom von überwiegend trockener Festlandsluft gerade für die Nordosthälfte das Risiko längerer trockenerer Perioden.

Im Tagesthema vom 11.05.23 wurden bereits mögliche Ursachen dieser persistenten Blockierungslagen (einschl. Spurensuche bei der Frühjahrszirkulation) untersucht. Letztendlich sind aber Langfristvorhersagen immer mit Vorsicht zu genießen, da diese lediglich einen mittleren Zustand der atmosphärischen Bedingungen beschreiben. Abweichungen davon, auch über einen längeren Witterungsabschnitt sind daher durchaus möglich.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.06.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

„Schon wieder dieser kalte Ostwind!“, so oder so ähnlich wurde es in den letzten Wochen häufig kolportiert. Die meisten werden in diesem Frühling das Gefühl einfach nicht los, dass an den meisten Tagen ein äußerst beständiger, böiger Ostwind weht, der die ohnehin meistens nur mäßig warme Luft deutlich kälter erscheinen lässt.

Woher der Wind bei uns weht, hängt von der Verteilung der Druckgebilde, also der Hochs und Tiefs ab. Man spricht dabei auch von einer bestimmten Großwetterlage. Sie ist definiert durch eine mittlere Luftdruckverteilung in Meereshöhe und der mittleren Troposphäre (bis ca. 10 km Höhe) in einem großen Gebiet und über eine Dauer von mehreren Tagen. Der Deutsche Wetterdienst klassifiziert die Großwetterlagen nach dem von Paul Hess und Helmuth Brezowsky entwickelten Schema. Dabei wird insgesamt zwischen 29 Großwetterlagen unterschieden, die wiederum in 7 Großwetterlagentypen und 3 Zirkulationsformen gruppiert werden. Unabhängig davon spricht man bei einem Übergang zwischen zwei Wetterlagen von einer Übergangswetterlage. Eine vollständige Beschreibung und Liste der Großwetterlagen finden Sie im DWD-Wetterlexikon.

Der Übersicht halber beschränken wir uns auf die Zirkulationsformen. Hier definiert man die sogenannte „zonale“, „gemischte“ und „meridionale“ Form. Bei der zonalen Zirkulation befinden wir uns zwischen tiefem Luftdruck nördlich von uns und hohem Luftdruck südlich von uns in einer mehr oder weniger glatten West-Ost-Strömung. Es weht also ein Wind aus westlicher Richtung. Bei einer gemischten Zirkulation verschieben sich die Druckgebilde soweit, dass der Wind eine Nord- oder Südkomponente bekommt (also aus Nordwest oder Südwest weht) oder sich ein Hoch oder Tief über Mitteleuropa befindet. Die meridionale Zirkulation ist gekennzeichnet durch eine ausgeprägte Nord- oder Südströmung über Mitteleuropa, je nachdem, ob sich die Tiefs westlich oder östlich von uns aufhalten. Aber auch kräftige, oft stationäre und im Fachjargon als blockierend bezeichnete Hochdruckgebiete über Nord- und Nordosteuropa gehören dazu. Letztere sind ein Garant für Winde aus östlichen Richtungen (von Nordost bis Südost). Wollen wir also Großwetterlagen mit östlicher Strömung identifizieren, müssen wir nach den meridionalen Zirkulationsformen schauen.

Im oberen Diagramm der gezeigten Abbildung wird die über den Zeitraum von 1881 bis 2008 gemittelte, relative Häufigkeit der Zirkulationsformen für die jeweiligen Monate dargestellt. Wir erkennen, dass die meridionale Zirkulationsform im Mittel im Frühling Hochkonjunktur hat. Soweit, so gut. Allerdings fallen nur etwas mehr als die Hälfte der Tage im April und Mai auf diese Zirkulation. Der Anteil der Ostlagen, der als Linie im Diagramm eingeblendet ist, liegt lediglich bei rund 20%. Nur an 2 von 10 Tagen wäre demnach ein östlicher Wind zu erwarten. Im unteren Diagramm wird die Verteilung der Zirkulationsformen für den Zeitraum von Januar bis Mai 2023 dargestellt. Nachdem im Januar, Februar und März gemischte Zirkulation und zonale Westlagen dominierten, konnten wir im April und Mai einen enormen, bezogen auf das Klimamittel äußerst ungewöhnlichen Zuwachs an meridionalen Wetterlagen verzeichnen. An etwa Dreiviertel der Tage konnte eine meridionale Zirkulationsform klassifiziert werden. Noch bemerkenswerter ist allerdings die Tatsache, dass es sich im April ausschließlich, im Mai zu einem großen Teil um Ostlagen handelte. Eine relative Häufigkeit von 70% bedeutet, dass an 7 von 10 Tagen ein Wind aus vorwiegend östlichen Richtungen wehte.

Es lässt sich also statistisch belegen, dass wir seit April ungewöhnlich oft mit Ostwind zu tun haben. Der subjektive Eindruck des unangenehmen Ostwindes ist wohl meistens ein Resultat einer kognitiven Dissonanz oder wird zumindest durch diese verstärkt: Einerseits sind die mit dem Ostwind herangeführten Luftmassen trocken, sodass die Sonne oft von einem stahlblauen Himmel scheint, womit optisch der Eindruck eines warmen Sommertages erzeugt wird. Andererseits kann mit der östlichen Strömung die im Frühling über Osteuropa teilweise noch lagernde Kaltluft angezapft werden, sodass ein thermisches Empfinden entsteht, das dem optischen Eindruck sehr gegensätzlich sein kann. Erst im Sommer, wenn sich die Landmassen und damit auch die Luft über Osteuropa stark erwärmt haben, wird der Ostwind wärmer und als nicht mehr ganz so unangenehm empfunden.

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 30.05.2023

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Seit Anfang März ist das oberflächennahe Wasser des Nordatlantiks zwischen dem Äquator und 60 Grad Nord sowie dem Null-Meridian und 80 Grad West so warm wie nie zuvor seit es Satellitenbeobachtungen (Start 1981) gibt. Nun ist es bei fortschreitender Erwärmung des Klimas und damit auch der Ozeane nicht überraschend, dass auch der Nordatlantik von Zeit zu Zeit neue Rekorde hinsichtlich der Temperatur erreicht. Doch die derzeitige Rekordphase ist in zweierlei Hinsicht außergewöhnlich. Zum einen ist es der Abstand zu den vorherigen Rekordhaltern (Abbildung 1). Es sind zwar nur einige Zehntel Grad Celsius, doch gemittelt auf solch eine große Fläche ist dies enorm. Zum anderen ist es die ungewöhnlich lange Andauer von mittlerweile knapp drei Monaten, in der die Temperatur über allen bisherigen Jahren liegt.

Gründe für Erwärmung, Südteil des Atlantiks im Fokus

Neben der allgemeinen Erwärmung der Ozeane durch eine wärmere Troposphäre in Folge des Klimawandels hat wahrscheinlich ein sich wiederholende Großwetterlage über dem Nordatlantik eine Rolle für die hohen Temperaturen gespielt. Verschiebung von Hoch- und Tiefdruckgebieten führten zu vergleichsweise geringen Luftdruckgegensätzen über Teilen des Ozeans. Als Folge schwächten sich die beständigen Nordostwinde, auch Passatwinde genannt, über dem Südteil des Nordatlantiks ab. Geringere Windgeschwindigkeiten führen zu einem niedrigeren Seegang und dieser wiederum zu einer schwächeren Durchmischung des warmen Oberflächenwassers mit dem kälteren Tiefenwasser. Die Folge: steigende Meeresoberflächentemperatur.
Besonders hoch im Vergleich zum Klimamittel sind derzeit die Temperaturen des Ost- und Südteils des Nordatlantiks (Abbildung 2). Gebietsweise betragen die positiven Abweichungen dort mehr als drei Grad Celsius. Von besonderem Interesse ist der Südteil des Nordatlantiks. Dort liegt die Hauptentstehungsregion für tropische Wirbelstürme. Typischerweise ziehen im Sommer und Herbst Gewitterkomplexe vom afrikanischen Kontinent auf den südlichen Nordatlantik, wo sie sich bei günstigen Bedingungen auf ihrer Drift nach Westen zu tropischen Wirbelstürmen verstärken können.‘

Entstehung tropischer Wirbelstürme

Ein entscheidender Parameter für die Bildung und Intensität von tropischen Wirbelstürmen ist die Meeresoberflächentemperatur des Ozeans. Die derzeit deutlich erhöhten Wassertemperaturen in der Hauptentstehungsregion sprechen also zunächst einmal für verbesserte Bedingungen für die Bildung dieser Stürme. Doch die Wassertemperatur ist nur ein Faktor. Weitere Faktoren sind Stabilität der Troposphäre (mehr Hochdruck) und vor allem die Stärke der vertikalen Windscherung, also sich in Intensität und Richtung ändernde Winde innerhalb der Troposphäre. Konkret: Eine wenig stabile Troposphäre und eine nur schwach ausgeprägte vertikale Windscherung sind förderlich für die Entstehung tropischer Wirbelstürme.

El Niño als Gegenspieler und Prognosen

Um die Aktivität der kommenden atlantischen Hurrikansaison abschätzen zu können, braucht es den Blick zum Pazifik. Dort findet gerade der Wechsel von La Niña zu El Niño ) statt. Großräumig ändern sich dort derzeit die Zirkulationsmuster in der Atmosphäre und die Meeresoberflächentemperatur des Ozeans. Dies hat auch Auswirkungen auf den Nordatlantik. Typischerweise verstärkt sich unter El Niño die vertikale Windscherung und atmosphärische Stabilität über dem Nordatlantik. Dies wäre hinderlich für die Bildung tropischer Wirbelstürme. Zum Start der Hurrikansaison gibt es Faktoren, die für und gegen eine schwache oder starke Saison sprechen. Eine Prognose ist somit besonders schwierig. Verschiedene Institute privater und staatlicher Natur versuchen sich Jahr für Jahr an einer Prognose. Dieses Jahr gehen die Schätzungen besonders weit auseinander und reichen von einer unterdurchschnittlichen bis weit überdurchschnittlichen Saison (Abbildung 3). Im langjährigen Schnitt sind sieben Hurrikane in einer Saison zu verzeichnen gewesen. Die National Oceanic and Atmospheric Adminstration (NOAA) mit ihrem National Hurricane Center (NHC) ist verantwortlich für die Warnungen vor tropischen Stürmen auf dem Nordatlantik und geht derzeit von einer durchschnittlichen Saison aus.

Wie viele Stürme es am Ende auch sein werden, bereits ein einzelner Hurrikan, der auf Land trifft, kann prägend für die gesamte Saison sein.

M.Sc Thore Hansen ( Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.05.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst