Radiosonden: Ein wilder Ritt durch die Atmosphäre

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Falls Sie sich fragen „Radiosonde? Welche Sender kann man denn mit dem Ding empfangen?“, sind Sie in diesem Absatz goldrichtig aufgehoben! Denn bei einer Radiosonde handelt es sich nicht etwa um ein Wiedergabegerät von Musik, Nachrichten und Verkehrsmeldungen, sondern schlicht um ein Gerät, das mit einem Sender und mehreren Messfühlern ausgestattetet ist. Angebunden an einen mit zumeist Heliumgas gefüllten Gummiballon, steigt die Radiosonde mit rund 300 Metern pro Minute in die Luft auf und misst dabei stetig Luftdruck, -feuchte und -temperatur sowie indirekt durch die Windverlagerung auch Geschwindigkeit und Richtung des Windes.

Diese Daten werden über den Sender direkt an die Empfangsstation am Boden übermittelt. Kurz darauf stehen sie schließlich uns Meteorologen grafisch aufbereitet zur Verfügung. Sie geben uns wichtige Hinweise, ob beispielsweise in den nächsten Stunden Gewitter entstehen können und mit welchen Begleiterscheinungen dabei zu rechnen wäre oder ob der bald aufziehende Niederschlag als Schnee, Regen oder gar gefrierender Regen fällt. Außerdem liefern die gemessenen Daten neben vielen weiteren Beobachtungsdaten die Basis für die Prognosen unserer Wettermodelle.

Radiosonden sind damit eine unverzichtbare Ergänzung zum Bodenstationsmessnetz, denn Wetter ist nicht zwei-, sondern dreidimensional! Gerade in höheren Luftschichten liegen die eigentlichen Antriebe für unser Wettergeschehen. Die dort stattfindenden Prozesse lassen beispielsweise Hoch- und Tiefdruckgebiete am Boden entstehen oder sorgen manchmal für Schauerwetter, obwohl das heimische Barometer „schön“ anzeigt (Stichwort „Höhentief“). Derzeit führt der DWD in Zusammenarbeit mit der Bundeswehr an rund zwei Dutzend Standorten in Deutschland mindestens zwei Mal am Tag (jeweils um 0 und 12 UTC) Radiosondenaufstiege durch.

Noch einmal zurück zum Aufstieg einer Radiosonde. Vielleicht fragen Sie sich, was denn eigentlich mit dem Gerät noch so passiert? Steigt es immer höher und gesellt sich schließlich zum Weltraumschrott? Oder lässt es sich ferngesteuert wieder zurückbringen? Die Antwort ist relativ simpel: Die Physik sorgt für die Rückkehr der Radiosonde. Der Ballon, an dem die Sonde hängt, dehnt sich beim Aufstieg durch den abnehmenden Druck der Umgebungsluft immer mehr aus. Irgendwann stößt das Material des Ballons dann aber an seine Belastungsgrenze. Die Folge: Er platzt! Das ist oftmals in einer Höhe von etwa 20 bis 30 km über dem Erdboden der Fall. Es kann allerdings auch noch deutlich höher gehen wie z.B. am 22.06.2005 bei einem Aufstieg des Observatoriums in Lindenberg: Erst bei stolzen 40 km gab sich der Ballon geschlagen – Rekord beim DWD.

Damit die Radiosonde nun nicht wie ein Meteorit auf die Erde zurast, ist sie mit einem kleinen Fallschirm ausgestattet, mit dessen Hilfe sie auf sanfte Weise wieder festen Boden unter ihre Messfühler bekommt. Dabei sendet sie weiterhin fleißig Messdaten an die Bodenstation. Wo die Sonde dann letztlich landet, hängt natürlich stark vom Wind ab und kann durchaus in der tiefsten Pampa zig Kilometer vom Startort entfernt sein. Tja, und wenn Sie möchten, können Sie nun ins Spiel kommen.

Die Radiosonde sendet nämlich nicht nur meteorologische Messdaten, sondern auch ihren Standort per GPS. Damit lässt sich die Flugbahn der Sonde darstellen, die Sie sich unter  für die verschiedenen Radiosondenstandorte des DWD und der Bundeswehr in Deutschland zu Gemüte führen können. Wie bei einer Schnitzeljagd können Sie sich nun auf den Weg machen, um in der Nähe des letzten GPS-Signals nach der Sonde zu suchen. Während „normale“ Radiosonden getrost in die Wertstoffentsorgung gegeben werden können (Batterien bitte gesondert entsorgen!), winkt beim Auffinden einer Ozonsonde, wie sie vom Observatorium Lindenberg und Hohenpeißenberg verwendet wird, sogar ein Finderlohn von 30 Euro.

Aber Vorsicht! Vereinzelt werden die Ballons noch mit Wasserstoff gefüllt. Unter Umständen kann der Ballon nach der Ladung teilweise noch mit dem leicht entzündbaren Gas gefüllt sein. Vermeiden Sie also unbedingt offenes Feuer hinsichtlich der dann bestehenden Explosionsgefahr. Nicht, dass sich die Sonde auf ihre zweite Reise durch die Atmosphäre begibt ….

Dipl.-Met. Tobias Reinartz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 08.11.2023

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Der Herbst ist gekommen, um zu bleiben

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Der Herbst ist da und bleibt. Getreu dem Motto „Gekommen um zu bleiben“, wie im Lied von „Wir sind Helden“. Gefühlt seit dem Sankt-Nimmerleinstag beherrschen nämlich Tiefdruckgebiete über Nord- und Nordwesteuropa das Wettergeschehen in Deutschland. Daran wird sich auch in den kommenden Tagen nichts Maßgebliches ändern. Die derzeitige Modelllage deutet sogar darauf hin, dass es bis mindestens Mitte November bei tiefdruckgeprägtem Wetter bleibt.

Durch mal mehr, mal weniger stark ausgeprägte Luftdruckgegensätze über Deutschland wird es zeitweise sehr windig, wenngleich keine ausgeprägte Sturmlage ins Haus steht. Dennoch gibt es vorrangig in Schauernähe sowie generell an den Küsten und auf den Bergen stürmische Böen. In exponierten Gipfellagen sind schwere Sturmböen um 100 km/h möglich. Meist lebt der Südwestwind auch im Flachland tagsüber auf und lässt in den Abend- und Nachtstunden wieder nach.

Die Sonne macht sich in den nächsten Tagen in einigen Landesteilen eher rar. Besonders im Norden und Nordwesten bekommt man sie bis einschließlich Donnerstag kaum zu Gesicht. Astronomisch wären derzeit noch etwa 9 Stunden im Norden und 9 Stunden und 45 Minuten im Süden möglich. Südlich der Donau und in manchen Regionen im Osten des Landes reicht es zumindest für ein paar Stunden Sonne in den nächsten Tagen.

Als Letztes wollen wir noch einen Blick auf den Niederschlag werfen. In den kommenden Tagen überqueren wiederholt Niederschlagsgebiete von Westen und Nordwesten her Deutschland. Teils fallen diese Niederschläge in Form von Schauern, teils als leichter bis mäßiger Regen, der insbesondere ab der Nacht zum Donnerstag mitunter länger anhalten kann. Insgesamt belaufen sich die Niederschlagsmengen von heute (Montag-) Mittag 12 UTC bis Donnerstagmittag 12 UTC auf 5 bis 20 Liter pro Quadratmeter. Vor allem im Westen und Nordwesten sind Mengen um 30, im westlichen Bergland sowie an der Nordsee bis 50 Liter pro Quadratmeter denkbar. Rund um die Donau wird kaum Niederschlag prognostiziert. Zu hoch gegriffen sind die von EZMW berechneten 140 Liter pro Quadratmeter bei Helgoland. Vermutlich tragen vorhergesagte Schauer, die immer wieder über die gleiche Region ziehen sollen zu diesen hohen Mengen bei. Die Modellbetrachtung zeigt aber auch, dass es in Bezug auf die genauen Niederschlagsschwerpunkte und Niederschlagsmengen noch Differenzen gibt.

Abschließend kann man sagen, dass beim Wetter derzeit keine Langeweile aufkommt. Und wie heißt es doch im Lied von Steffi und Bert so treffend: „Auch der Herbst hat seine schönen Tage“.

Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.11.2023
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Föhn vs. „Gruselwetter“

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Ob am heutigen Halloween-Dienstag wirklich Gruselwetter herrscht, ist sicherlich Geschmackssache. Von Herbstwetter kann man aber definitiv sprechen. Viele Wolken, immer wieder mal Regen und windig – so lässt sich das Wetter nicht nur für heute, sondern im Großen und Ganzen auch für die kommenden Tage zusammenfassen. Eine Ausnahme bilden dabei das Alpen- und Erzgebirgsvorland am Mittwoch und zum Teil auch am Donnerstag. Auf der Ostflanke eines Tiefdruckkomplexes bei den Britischen Inseln sorgt Föhn für weitgehend trockene Verhältnisse und immer wieder auch sonnige Abschnitte.

Ist von Föhn die Rede, wird schnell das (vielleicht auch schon etwas eingestaubte) Schulwissen herausgekramt: Luft trifft auf ein Gebirge und wird zum Aufsteigen gezwungen. Dabei kühlt sie um 1 Kelvin pro 100 m ab. Irgendwann bilden sich Wolken und es beginnt zu regnen, wobei die Luft nun nur noch mit 0,65 Kelvin pro 100 m Aufstieg abkühlt. Am Gipfel angekommen, strömt die Luft auf der Leeseite, also der windabgewandten Seite des Gebirges, herab und erwärmt sich dabei, wodurch es zur Wolkenauflösung kommt. Die Erwärmung beim Abstieg erfolgt nun durchweg mit 1 K pro 100 m.

Bei diesem Prozess spricht man von der klassischen Föhntheorie. Jetzt gibt es allerdings ein Problem: Wie eine Studie zeigt, gehen zum Beispiel in Innsbruck mindestens 50 % der dort untersuchten Föhnfälle ohne Niederschläge einher. Zu einem geringen Teil kam es sogar nicht einmal zur Wolkenbildung. Irgendwie blöd, oder?

Gut, dass es – neben zahlreichen weiteren Theorien – die hydraulische Föhntheorie gibt. Bei ihr geht man davon aus, dass die Luft, die auf ein Gebirge trifft, nicht aufsteigt, sondern geblockt wird und im Luv (also auf der windzugewandten Seite des Gebirges) liegen bleibt und langsam auskühlt. Die im bzw. oberhalb des Bergkammniveaus heranströmende, deutlich trockenere Luft fällt dagegen nach Überquerung des Gebirgskamms ins Tal ab und erwärmt sich dabei um 1 K pro 100 m. Das kann man sich vorstellen wie in einem randvollen Stausee, bei dem nur die oberste Wasserschicht über die Staumauer in die Tiefe schwappt.

Stellt sich noch die Frage, wie es zu den mitunter hohen Windgeschwindigkeiten auf der Leeseite eines Gebirges kommt. Betrachten wir daher einfach mal ein Luftpaket, das gerade über dem Gipfel angekommen ist. Dieses Paket besitzt eine gewisse Energie, die sich hauptsächlich aus seiner Lage- und seiner Bewegungsenergie zusammensetzt. Die Lageenergie hängt dabei von der Höhe (also der vertikalen Lage) des Pakets ab und die Bewegungsenergie stark von dessen Geschwindigkeit. Strömt das Paket nun den Berg hinab, nimmt seine Höhe und damit auch seine Lageenergie ab. Da seine Gesamtenergie aber gleichbleiben muss (Stichwort Energieerhaltung), muss im Umkehrschluss seine Bewegungsenergie zunehmen und damit seine Geschwindigkeit.

Verstärkt werden kann dieser Effekt u.a. noch durch das Gelände. Muss unser Luftpaket unterwegs noch einen engen Gebirgspass durchströmen, entsteht eine Art Düseneffekt (Stichwort Venturi-Effekt) und es kann vorübergehend noch einmal deutlich mehr Gas geben.

Diese Beschreibung wurde an dieser Stelle natürlich nur sehr grob gehalten. Deutlich detailliertere Informationen zu dieser und weiteren Föhn-Theorien finden Sie in unserem Wetterlexikon unter.

Dipl.-Met. Tobias Reinartz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.10.2023

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Tief bei den Britischen Inseln

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Am Samstagabend bzw. in der Nacht zum Sonntag drehen wir die Uhren eine Stunde zurück.

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Regional viel Regen im Oktober

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Der Oktober schreitet mit großen Schritten voran und geht in nicht einmal mehr einer Woche zu Ende und dessen Nachfolger – der November – steht damit schon beinah in den Startlöchern. Nach einem verbreitet viel zu trockenem und teils hochsommerlichen September wird der ein oder andere in einigen Regionen langsam genug vom viel zu durchwachsenen und nassen Oktober haben. In welchen Regionen musste dabei besonders häufig zu Regenschirm und festem Schuhwerk gegriffen werden?

Der Blick auf die bisher gefallenen Niederschlagsmengen liefert hier die entscheidenden Hinweise. Besonders im Norden und Nordwesten hat sich der Oktober mit einer Vielzahl von Tiefausläufern von seiner nassen Seite gezeigt. Bis heute Morgen sind hier zwischen 80 und 150 Liter pro Quadratmeter mithilfe von Radardaten erfasst worden. Daraus hervorstechend ist ein Streifen von Ostfriesland bis ins südliche Niedersachsen. Dort lassen sich oftmals sogar 150 bis 200 Liter pro Quadratmeter beziffern. Diese Werte werden auch beim Blick in das DWD-Messnetz bestätigt. Der absolute Spitzenreiter ist dabei die Station Cadenberge in Niedersachsen nahe Cuxhaven mit 205,9 Liter. Veranschaulicht hat der Regenmesser also ganze 20,5 handelsübliche Putzeimer mit 10 Liter Fassungsvermögen abarbeiten müssen. Trockener präsentierte sich der Oktober hingegen bisher in Hessen und Südthüringen. Besonders wenig Regen fiel allerdings im Südosten Bayerns. Hier reichte es teils nur für 5 bis 15 Liter pro Quadratmeter. In gewissem Sinne negativer Spitzenreiter ist die Station Palling-Lampertsham im Landkreis Traunstein. Grade einmal 3,8 Liter fielen hier in den Messtopf. Das entspricht nicht mal ganz einem halbvollen Putzeimer.

Wie lassen sich die absoluten Niederschlagsmengen nun einordnen? Zur besseren Interpretation werden die absoluten Niederschl

Niederschlagssummen in einen klimatologischen Kontext zu den mittleren langjährigen Niederschlagsmengen von 1991 bis 2020 gesetzt (Abbildung 2). Im Norden und Osten überwiegen für den bisherigen Oktober die blauen bis violetten Farben, die einer deutlich zu nassen Witterung mit über 130 % des normalen Monatssolls entsprechen. Die Regionen vom Alten Land bis nach Westmecklenburg weisen aktuell teils über 300 % der üblichen Regenmengen auf. Über der westlichen Mitte kennzeichnen leicht gelbliche bis hellgrüne Farben mäßige Defizite. In den Regionen sind erst rund 40 bis 70 % des bisherigen Monatssolls gefallen. Besonders ins Auge sticht aber wie erwartet der Südosten Bayerns. Dort sind bisher oft nur 10 bis 30 % des Monatssolls vom Himmel gefallen.

Nasser Norden gegen trockenen Südosten lässt sich also bisher für den Oktober konstatieren. Wie gestalten sich nun die restlichen Oktobertage? Sie werden sich von einer sehr wechselhaften bis zeitweisen nassen Seite präsentieren. Ein kräftiges Sturmtief auf dem Nordatlantik knapp westlich der Britischen Inseln führt dabei die Wetterregie. Ausgehend davon werden wiederholt kleinere Tiefs mit ihren Niederschlagsgebieten über West- und Mitteleuropa gesteuert (siehe Abbildung 3). Jene bringen uns reichlich Regen, aber auch für diese Jahreszeit verhältnismäßig milde Luft.

Die wechselhafte Phase hält voraussichtlich über das Wochenende bis zum Monatswechsel an. Insbesondere in der West- und Südwesthälfte kommen dabei größere Niederschlagsmengen zusammen. Die Globalmodelle weisen akkumulierte Niederschlagsmengen von 40 bis 90 Liter pro Quadratmeter bis zum Monatsende kommenden Dienstag aus. In einigen Staulagen der Mittelgebirge (z.B. nach ICON im Schwarzwald) sind noch höhere Mengen im Bereich des Möglichen.

Weniger Regen erreicht den Osten und Südosten, wenngleich sich der Wettercharakter auch als vielfach wolkig bis zeitweise stark bewölkt und wechselhaft beschreiben lässt. Aber es gibt in diesen Regionen zumindest auch zeitweise Lichtblicke mit vorübergehenden Aufheiterungen und etwas Sonnenschein. Vor allem der Südosten Bayerns könnte am ehesten am Freitag und über das Wochenende von einigen Sonnenstunden profitieren. Zum Sonntag rückt aus der Tiefdruckfamilie im Atlantik ein kräftigeres Tief uns von den Britischen Inseln und dem Ärmelkanal her kommend mehr auf die Pelle. Dann könnte zumindest im Westen und Nordwesten auch der Wind eine größere Rolle spielen.

M.Sc. (Meteorologe) Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.10.2023
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Die Farbe der Ozeane verändert sich

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Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology und des nationalen Zentrums für Ozeanografie in England stellten fest, dass sich die Farbe der Ozeane in den vergangenen 20 Jahren signifikant verändert hat. Diese Veränderung lässt sich jedoch nicht mit den üblicherweise während eines Jahres auftretenden Schwankungen in Verbindung bringen, sondern ist vielmehr auf den menschengemachten Klimawandel zurückzuführen.

In ihrer Studie fassten die Forschenden zusammen: Auf mehr als der Hälfte der Fläche der Weltmeere ist eine für das menschliche Auge nicht erfassbare Farbveränderung festzustellen. Diese Fläche ist größer als die gesamte Landfläche der Erde. Des Weiteren sind die Ozeane insbesondere in subtropischen und tropischen Regionen in der Nähe des Äquators im Laufe der Zeit immer grüner geworden.

Eine Veränderung der Ozeanfarbe weist auf eine Veränderung der Ökosysteme an der Meeresoberfläche hin. Denn die Farbe der Ozeane ist ein visuelles Produkt der Organismen und Materialien, die sich im Wasser befinden. Eine tiefblaue Farbe deutet auf sehr wenig Leben hin, grüne Gewässer hingegen zeigen das Vorhandensein von Ökosystemen und vor allem von Phytoplankton an. Plankton stellt nicht nur die Grundlage der marinen Nahrungskette dar, es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit des Ozeans, Kohlendioxid zu binden und zu speichern. Durch Photosynthese wandelt Phytoplankton Kohlendioxid in Sauerstoff um.

Derzeit können die Wissenschaftler noch nicht sagen, in wie fern sich die marinen Ökosysteme verändern, um die Farbänderungen widerzugeben. In einem Punkt sind sie sich aber sicher: Der wahrscheinlichste Grund dafür ist der durch den Menschen verursachte Klimawandel. Doch wie fanden die Forscher dies heraus?

Hierzu wurden Messungen der Ozeanfarben der letzten 20 Jahre – vor allem in (sub-)tropischen Regionen – ausgewertet. Diese wurden mit dem Radiospektrometer MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) auf dem Aqua-Satelliten aufgenommen. Das Ergebnis ist eindeutig. Es ergibt sich ein klarer Trend der Farbveränderung, der über die typische jährliche Variabilität hinausgeht. Denn aufgrund der nicht vorhandenen Jahreszeiten in den Tropen und Subtropen variieren die Farben an sich nicht so sehr, wodurch Langzeitveränderungen eher sichtbar werden.

Um abzuschätzen, in wie fern der menschengemachte Klimawandel dazu beigetragen hat, wurde ein Modell verwendet, das die Farbveränderungen zum einen MIT und zum anderen OHNE den Einfluss von Treibhausgasen berechnet hat. Bei der Simulation inklusive Treibhausgasen ergab sich ein Trend innerhalb von 20 Jahren, der Veränderungen der Ozeanfarbe auf mindestens 50 Prozent der Ozeanoberfläche zeigt. Dies entspricht in etwa dem, was die Wissenschaftler der Studie bei der Auswertung der realen Daten herausfanden.

Die Forschenden kamen somit zu folgendem Ergebnis: Die Farbe der Ozeane hat sich verändert. Noch ist aber nicht bekannt, wie dies von statten geht. Allerdings spiegeln die Veränderungen der Farbe Veränderungen in den Planktongemeinschaften wider, welche wiederum alles beeinflussen, was sich von Plankton ernährt. Des Weiteren verändert sich die Fähigkeit des Ozeans, Kohlenstoff zu speichern, da unterschiedliche Arten von Plankton diesbezüglich unterschiedliche Fähigkeiten haben. Computermodelle simulierten schon seit Jahren Farbveränderungen der Ozeanoberfläche, nun zeigt sich in realen Daten, dass diese Prozesse tatsächlich stattfinden.

Diplom-Meteorologin Julia Tuschy
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 20.10.2023
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Großwetterlagen im Großen und Kleinen

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Die deutschen Meteorologen P. Hess und H. Brezowsky veröffentlichten 1952 einen Katalog mit einer subjektiven Einteilung der großräumigen Drucksituation über Europa in Klassen. Hierbei benannten sie 30 mögliche Großwetterlagen. Die Statistik der Großwetterlagen ist für jeden Tag seit 1881 verfügbar und wird bis heute vom Deutschen Wetterdienst fortgeführt. Für den Katalog mit den 30 Großwetterlagen und für die bis zum August 2023 aufgetretenen Großwetterlagen sei auf die Links am Ende des Textes verwiesen.

Eine Großwetterlage ist definiert als „die mittlere Luftdruckverteilung eines Großraumes, mindestens von der Größe Europas während eines mehrtägigen Zeitraumes, in welchem gewisse Züge aufeinanderfolgender Wetterlagen gleichbleiben, eben jene Züge, welche die Witterung in den einzelnen Teilgebieten des Großraums bedingen“.

Um eine Großwetterlage bestimmen zu können, ist es wichtig, die geografische Lage der Steuerungszentren (Höhenhoch- und Höhentiefdruckgebiete, Tröge) sowie den Verlauf und die Erstreckung der Frontalzone zu kennen. Zur Beurteilung werden Höhenkarten (500hPa-Geopotential) herangezogen. Allerdings ist es ebenso wichtig, die Verteilung des auf Meeresniveau reduzierten Luftdrucks zu kennen, da für die ersten Jahrzehnte der Statistik (1881 bis 1938) nur Bodenwetterkarten für Europa und den östlichen Nordatlantik zur Verfügung standen. Bei der Festlegung einer Großwetterlage spielt zudem der Witterungscharakter über Mitteleuropa eine wichtige Rolle, der zumeist zyklonal oder antizyklonal geprägt ist. Außerdem soll die Zugrichtung wandernder Druckgebilde (hierzu zählen unter anderem Einzelzyklonen oder Zwischenhochkeile) sowie Gebiete gleicher Drucktendenz berücksichtigt werden.

Wie der Definition einer Großwetterlage zu entnehmen ist, muss eine Luftdruckverteilung über mehrere Tage in Grundzügen gleichbleiben, um als Großwetterlage bezeichnet werden zu können. Nach Hess und Brezowsky beträgt dieser Zeitraum mindestens drei Tage. Allerdings besteht die Möglichkeit, dass eine Großwetterlage nicht eindeutig genug in eine andere übergeht. Daher können auch ein bis zwei Übergangstage vorkommen. Diese erkennt man in der Statistik an dem Buchstaben „U“ für „unbestimmt“ oder der Nummer 30.

Die 30 Großwetterlagen können zunächst je nach Strömungsrichtung zehn Großwettertypen und diese wiederum drei Zirkulationsformen zugeordnet werden. Es gibt drei Arten von Zirkulationsformen: die Zonale, die Meridionale und die Gemischte.

Zur zonalen Zirkulationsform zählen alle Westlagen. Diese werden durch eine glatte West-Ost-Strömung ermöglicht, wobei die Frontalzone nahezu parallel zu den Breitengraden verläuft. Einzelne Tiefdruckgebiete ziehen von ihrem Entstehungsgebiet im östlichen Nordatlantik über das europäische Festland hinweg.

Bei der meridionalen Zirkulationsform verläuft die Frontalzone überwiegend parallel zu den Längengraden. Stationäre, blockierende Hochdruckgebiete über dem subpolaren Raum sowie alle Troglagen, deren Achse sich in nord-südlicher Richtung erstreckt, sind charakteristisch für diese Zirkulationsform. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die einzelnen Tiefdruckgebiete sowohl von Nord nach Süd als auch von Süd nach Nord ziehen können. Neben den Nord- und den Südlagen zählen auch die Ostlagen zu dieser Zirkulationsform. Bei den Nordost- und den Südostlagen erscheint es zunächst als offensichtlich, diese der gemischten Zirkulationsform zuzuordnen, dennoch zählen auch sie zur meridionalen Zirkulationsform.

Die gemischte Zirkulationsform liegt dann vor, wenn die Strömungskomponenten aus zonaler und meridionaler Richtung ungefähr gleich groß sind. Hierbei verläuft die Frontalzone in einem Winkel von etwa 45° zu den Breiten- bzw. Längengraden. Der Austausch von Luftmassen, die aus verschiedenen geografischen Breiten stammen, kann zwar erfolgen, allerdings nicht mit der gleichen Intensität wie auf dem meridionalen, also dem kürzesten Weg, da eine deutliche zonale Strömungskomponente wirken kann. Charakteristische Großwetterlagen dieser Zirkulationsform sind die Südwest- und die Nordwestlagen. Zudem zählen auch die Großwetterlagen „Hoch Mitteleuropa“ und „Tief Mitteleuropa“ zur gemischten Zirkulationsform.

Doch was bedeutet all dies quasi im Kleinen vor Ort? Nehmen wir als Beispiel die Station Frankfurt (Main) und den Sommer 2023. Nun kann man eine Art Statistik erstellen. Man zählt die Sommertage (Tageshöchsttemperatur gleich oder größer 25 Grad) und die Hitzetage (Tageshöchsttemperatur gleich oder größer 30 Grad) sowie die Tage, an denen Niederschlag gefallen ist. Dies bringt man dann in den Zusammenhang, ob an diesem Tag eine antizyklonale oder eine zyklonale Großwetterlage vorherrschend war. Eine antizyklonale Großwetterlage bedingt gemeinhin großräumiges Absinken, Wolkenauflösung und in der Folge bleibt es trocken. Bei einer zyklonalen Großwetterlage würde man automatisch von Niederschlag ausgehen. Ganz so einfach ist es natürlich nicht, dennoch lässt sich dem Diagramm tatsächlich eine dementsprechende Tendenz entnehmen. Bei einer antizyklonalen Großwetterlage gab es in Frankfurt (Main) meist einen Sommer- oder Hitzetag ohne Niederschlag. Bei einer zyklonalen Großwetterlage gab es meist Niederlag und die Tageshöchsttemperatur erreichte nicht die 25-Grad-Marke. Trotzdem gab es beispielsweise mehr Sommertage mit zyklonaler Großwetterlage, an denen es trocken blieb.

Man sieht also durchaus, dass man manchmal doch vom Großen auf das Kleine schließen kann.

M.Sc. (Meteorologin) Tanja Sauter
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 17.10.2023
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Energieinput von oben

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Ein maßgeblicher Faktor der Strahlungsbilanz in unserem Klimasystem Erde-Atmosphäre ist die sogenannte Globalstrahlung. Unter dieser versteht man die gesamte an der Erdoberfläche auf einer horizontalen Ebene empfangene Solarstrahlung. Die Globalstrahlung setzt sich dabei aus der direkten Strahlung (d.h. jene Strahlung, die Schatten werfen kann) und der gestreuten (diffusen) Sonnenstrahlung aus der Himmelshalbkugel zusammen. Die extraterrestrische Strahlung (d.h. die auf die Atmosphäre auftreffende Strahlung) wird nämlich beim Passieren der Erdatmosphäre verändert und erfährt beispielsweise eine Abschwächung (Extinktion) durch die Streuung/Reflexion an Luftmolekülen, Wolken, Wasser- und Staubteilchen. Zudem erfolgt auch eine Absorption durch Wasserdampf und atmosphärische Spurengase, diese soll an dieser Stelle aber nicht weiter behandelt werden. Als Faustregel gilt, dass bei Sonnenhöhen von mehr als 50° und wolkenlosem Himmel die Globalstrahlung zu ca. 75 % aus direkter Sonnenstrahlung besteht, bei einem deutlich tieferen Sonnenstand (ca. 10°) nur noch zu 33 %. D.h. bei tieferen Sonnenständen überwiegt die diffuse Himmelsstrahlung gegenüber der direkten Strahlung deutlich.

Die Globalstrahlung kann mit einem sogenannten Pyranometer  sehr gut gemessen werden. Dieses besteht aus für die kurzwellige Strahlung durchlässigen und auch als Witterungsschutz dienenden Halbkugeln und hintereinander geschalteten Thermoelementen (geschwärzte Thermosäule) als Sensor. Die geschwärzten Empfangsflächen der aktiven Lötstellen der Thermoelemente absorbieren die einfallende Strahlung und erwärmen sich gegenüber den passiven Lötstellen innerhalb des Geräts. Die auftretenden Temperaturdifferenzen erzeugen Thermospannungen, die ein Maß für die empfangene Bestrahlungsstärke sind. Mit einer entsprechenden Abschattung (Schattenring) kann mit diesem Gerät auch die diffuse Strahlung bestimmt. Auf jeden Fall ist eine sogenannte Horizontfreiheit, d.h. kein Horizonteinschränkung durch Bäume, Gebäude oder Bergrücken erforderlich.

Aufgrund der starken Abhängigkeit der Globalstrahlung vom Sonnenstand besteht in unseren Breiten ein immenser Jahresgang. So liegt die mittlere Monatssumme für Deutschland im Zeitraum 1991 bis 2020 für den Monat Dezember beispielsweise unter 20 kWh/m², bei höchstem Sonnenstand in den Sommermonaten Juni und Juli bei über 160 kWh/m² . Außerdem ist in der Abbildung anhand des „Box-Plots“ auch das 25 % und 75 % bzw. das 10 und 90 % Perzentil (d.h. die wahrscheinlichste Schwankungsbreite bzw. der fast maximale Erwartungswert) ersichtlich (Erklärung in der unteren Legende beachten). Für das aktuelle Jahr 2023 lag die Monatssumme im Juni beispielsweise bei sehr hohen 199 kWh/m² und damit deutlich über dem normalerweise erwarteten Wertebereich. Auch im kürzlich abgelaufenen September ist dieser Effekt aufgetreten: die Monatssumme von 124 kWh/m² liegt deutlich oberhalb des Mittelwerts, der bei etwas unter 100 kWh/m² zu finden ist. Diese deutlichen Ausreißer führen nun dazu, dass die mittlere Jahressumme der Globalstrahlung von 1086 kWh/m² (1991 bis 2020) dieses Jahr wahrscheinlich schon im Oktober übertroffen wird. Den absoluten Spitzenrang nimmt im Bezugszeitraum seit 1983 das vergangene Jahr 2022 mit einer Jahressumme von 1227 kWh/m² ein.

Generell ist festzustellen, dass es seit 1983 einen eindeutigen positiven Trend der Jahressummen der Globalstrahlung gibt . Legt man einen linearen Trend in die Datenpunkte ergibt sich eine Steigerung von etwa 3,6 kWh/m² pro Jahr. Das bedeutet, dass in 10 Jahren im Deutschlandmittel 36 kWh/m² hinzugekommen sind. Sehr schön ersichtlich sind auch die zwei „Ausreißer“ in den vergangenen Jahren sowie das Jahr 2003.

Außerdem unterliegt die Globalstrahlung in Deutschland aufgrund der Geographie und der Geometrie der einfallenden Strahlung einer regionalen Differenzierung. In den Mittelwerten der Jahressummen im Zeitraum von 1991 bis 2020 gibt es im Süden der Bundesrepublik deutlich höhere Werte als im Norden und Nordwesten Deutschlands. Die höchsten Werte der Globalstrahlung werden etwa in einem Streifen vom Bodensee über das Alpenvorland bis zum Inn und der Salzach sowie am Oberrhein und am Neckar erreicht. Im Vergleich zu den geringeren Werten im Norden (knapp über 1000 kWh/m²) werden im Süden fasst 200 kWh/m² im Jahr mehr erreicht.

Die erwähnten Abbildungen sind unter zu finden.

Mag.rer.nat Florian Bilgeri
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 16.10.2023
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Herbstzeit ist Nebelzeit

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Nach einem sehr warmen September ist der Herbst nun endgültig bei uns angekommen. Eine markante Kaltfront sorgte von Freitag auf Samstag für einen deutlichen Temperatursturz. Doch zum Herbst gehören nicht nur kühle Tage und Nächte, sondern gerade ab Oktober auch häufig dichte Nebelfelder.

Bei Nebel handelt es sich um eine Wolke an der Erdoberfläche. Gerade im Herbst, wenn die Nächte länger werden, kommt es häufiger zu diesem Wetterphänomen. In wolkenarmen Nächten findet eine Auskühlung der bodennahen Luftschichten statt, wodurch die Temperatur häufig bis zum Taupunkt absinkt. Der Taupunkt ist die Temperatur, die erreicht wird, wenn die Luft nicht mehr Wasserdampf aufnehmen kann und damit gesättigt ist. Ist dies der Fall, kondensiert der Wasserdampf in der Luft zu kleinen Wassertröpfchen, die wir als Nebel wahrnehmen. Da kalte Luft weniger Wasserdampf aufnehmen kann als warme Luft, ist dieser Prozess in der kalten Jahreszeit häufiger zu beobachten.

In der Meteorologie wird dabei zwischen 3 unterschiedlichen Nebelarten unterschieden.

Am häufigsten tritt in unseren Breiten der Strahlungsnebel auf. Dieser entsteht durch nächtliche Ausstrahlung bei windschwachen Wetterlagen. Dabei tritt Strahlungsnebel im Herbst und Winter bei ruhigen und windschwachen Hochdrucklagen auf. Damit sind häufig Inversionswetterlagen verbunden, bei denen eine atmosphärische Sperrschicht in Form einer Temperaturinversion vorhanden ist, sodass ein vertikaler Austausch der Luft nicht möglich ist. Bei dieser Wetterlage ist es in den Niederungen gerade im Spätherbst und Winter oftmals ganztägig trüb und kühl durch Strahlungsnebel, während auf den Bergen der Mittelgebirge und der Alpen sonniges und mildes Wetter mit bester Fernschicht herrscht.

Advektionsnebel kommt am häufigsten im Winter vor und entsteht bei der Advektion feuchtwarmer Luftmassen in eine kältere Region. Damit tritt Advektionsnebel häufig in Verbindung mit Warmfronten auf. An Nord- und Ostsee ist diese Nebelform im Frühjahr oft anzutreffen, wenn warme Luftmassen aus Süden über das noch relativ kühle Wasser der See strömen und sich dabei bis zur Sättigung abkühlen.

Ebenfalls im Herbst wird an Seen gelegentlich auch Verdunstungsnebel beobachtet. Dieser entsteht durch die großen Temperaturgegensätze zwischen der Umgebungsluft und dem Wasser des Sees. Umgangssprachlich wird auch von Dampfnebel oder Seerauch gesprochen.

Mischungsnebel ist die vierte Art und entsteht bei Abkühlung der Luft bei gleichzeitiger Erhöhung des Wasserdampfgehaltes. Diese Nebelart tritt im Bereich von Fronten auf, wo es zur turbulenten Durchmischung von feuchtwarmer und kalter Luft kommen kann.

Dichter Nebel stellt durch die Einschränkung der Sichtweite vor allem für den Straßenverkehr eine große Gefahr dar. Gerade plötzlich auftretende Nebelbänke sind häufig Ursachen von Autounfällen und Massenkarambolagen. Deshalb warnt der DWD vor diesem Wetterphänomen, wenn die Sichtweite weniger als 150 m beträgt und es somit zu signifikanten Einschränkungen im Straßenverkehr kommen kann.

Ruhiges Hochdruckwetter wird vor allem bis zur Wochenmitte gebietsweise für Nebel in den Frühstunden sorgen. Relativ windschwache Bedingungen und nur wenige hohe Wolken fördern in der kommenden Nacht die Nebelbildung vor allem im Südosten und in der Mitte Deutschlands. Im Südwesten ist es dagegen zu windig, sodass sich dort trotz teils klarer Bedingungen nur in windgeschützten Senken und Tälern Strahlungsnebel ausbilden kann. Stärkerer Wind sorgt nämlich für eine Durchmischung der feuchten bodennahen Luftmasse, sodass die Bildung von tiefen  nicht möglich ist. In der Nacht auf Dienstag sind die Bedingungen für warnwürdigen Nebel im Nordwesten am besten, während am Mittwoch dieser im Osten gebietsweise auftritt, da von Südwesten die hohe Bewölkung zunimmt.

M.Sc. Meteorologe Nico Bauer
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 15.10.2023
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Vom Oktobersommer mit Vollgas in den Vollherbst

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Die T-Shirts und kurzen Hosen können eingemottet werden. Dafür müssen nur warme Klamotten und eventuell sogar Schal und Mütze aus dem Schrank gekramt werden. Schuld daran ist eine markante Wetterumstellung. Während seit Wochen fast ununterbrochen ungewöhnlich warme Luftmassen in weiten Teilen des Landes vorherrschend waren, erfolgt nun eine 180-Grad-Wende. Schuld daran ist eine markante Kaltfront, zugehörig zu einem Tief über der nördlichen Ostsee, die die sehr warme Luftmasse subtropischen Ursprungs verdrängen konnte. Auf der Rückseite der Kaltfront fließt Meeresluft polaren Ursprungs ein. Die einfließende Luftmasse ist dabei etwa 15 Grad kälter als die Luftmasse der vergangenen Tage.

Dies zeigt sich auch deutlich bei den Höchstwerten. Während am Freitag im Süden des Landes der späteste heiße Tag (Höchstwert über der 30-Grad-Marke) der in Deutschland seit Messbeginn jemals registriert wurde, auftrat, reicht es dort am Sonntag maximal noch für Höchsttemperaturen um 15 Grad. Die Spitzenreiter des gestrigen Freitags waren nach derzeitigem Stand Rheinfelden und Müllheim (jeweils Baden-Württemberg) mit 30,1 Grad. In einigen Orten des Südens wurde sogar ein neuer Monatsrekord verzeichnet und das Mitte Oktober, was doch recht ungewöhnlich ist. Der Allzeitoktoberrekord mit 30,9 Grad in Müllheim vom 07.10.2009 wurde dabei nur knapp verfehlt.

Fast noch eindrucksvoller waren die Tiefstwerte der vergangenen Nächte. In der Nacht zum heutigen Samstag lagen die vorläufigen Minima lokal nicht unter der 20-Grad-Marke, was einer Tropennacht entspricht. Beispielsweise war dies in Cottbus (Brandenburg) mit 20,8 Grad, Schipkau-Klettwitz (Brandenburg) mit 20,7 Grad und Dresden-Klotzsche (Sachsen) mit 20,5 Grad der Fall. Dabei ist der Wert aus Cottbus nach derzeitigem Stand das höchste Minimum, das jemals in Deutschland im Oktober gemessen wurde.

Dass der Temperatursturz mit ordentlich Wind einherging, erklärt sich fast von selbst, denn irgendwie müssen die immensen Temperaturunterschiede ja ausgeglichen werden. An und vor der Kaltfront kam es verbreitet zu stürmischen Böen und Sturmböen. An der Küste traten teils auch schwere Sturmböen auf. Die Station Darßer Ort (Mecklenburg-Vorpommern) meldete in der Nacht zum Samstag sogar eine orkanartige Böe mit 112 km/h, Bft 11. Im Küstenumfeld bleibt der Wind auch in den kommenden Tagen noch stürmisch und weht aus West bis Nordwest. Auch sonst lebt er am Sonntag im Nordosten nochmals deutlich auf. In den anderen Landesteilen bleibt der Wind zwar spürbar, aber bei weitem nicht so kräftig wie in der vergangenen Nacht und heute tagsüber.

Am Sonntag zieht über die Nordosthälfte des Landes ein Höhentief hinweg und sorgt dort für sehr wechselhaftes Wetter samt Regen- und Graupelschauern, die im Umfeld der Küsten mitunter gewittrig sein können. In den anderen Landesteilen macht sich bereits eine schwache Hochdruckbrücke bemerkbar, die von den Britischen Inseln über Mitteleuropa bis in den Balkan reicht. Dabei gibt es einen freundlichen Mix aus Sonne und Wolken, Schauer sind eher selten. Nur am Alpenrand regnet es noch etwas häufiger. Mit 8 bis 15 Grad wird es herbstlich kühl. In der Nacht zum Montag droht dann gebietsweise Luftfrost, weshalb empfindliche Pflanzen nun definitiv ins Warme gebracht werden müssen!

Zum Beginn der neuen Woche beruhigt sich das Wettergeschehen dann verbreitet, denn das Höhentief verabschiedet sich nach Nordosteuropa und Deutschland liegt dann fast vollständig unter der Hochdruckbrücke. Nur im Küstenumfeld bleibt es leicht wechselhaft. Insgesamt bleibt die Luftmasse kühl, sodass die Höchstwerte meist unter 15 Grad liegen werden. Exemplarisch dafür ist im nachfolgenden Bild der Temperaturverlauf für die Städte Frankfurt am Main, Berlin und München dargestellt.

Der herbstliche Wettercharakter wird außerdem dadurch unterstrichen, dass sich Nebel- und Hochnebelfelder mitunter nur sehr zögerlich auflösen. Inwiefern zur Wochenmitte wieder Tiefdruckeinfluss die Oberhand gewinnt, muss noch abgewartet werden. Zum jetzigen Zeitpunkt deuten sich allerdings von Südwesten teils länger anhaltende Regenfälle an. Eins ist auf jeden Fall gewiss, der Sommer 2023 ist Geschichte.

Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 14.10.2023
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