Die akkumulierte Energie tropischer Wirbelstürme

Wie jeden Sommer richten viele Meteorologen ihre Augen auf die tropischen Meere, denn dort brodelt es zu bestimmten Zeiten des Jahres, wenn sich die förderlichen Zutaten für die Tropensturmentwicklung wie warmes Meerwasser, schwache Windgeschwindigkeitsänderung mit der Höhe (Windscherung) und eine feuchte Troposphäre überlappen. Diese Zeiträume mit dem Großteil der Aktivität sind z.B. der 1. Juni bis zum 30. November im Nordatlantik, der 15. Mai bis zum 30. September im östlichen Pazifik (ab dem 1. Juni im Zentralpazifik) bzw. das ganze Jahr über im westlichen Pazifik, um nur einige Beispiele zu nennen.

Früh werden die ersten Vorhersagen im Jahr erstellt, wie aktiv oder inaktiv eine Tropensturmsaison im jeweiligen Seegebiet ausfallen soll. Doch nach welcher Maßzahl richtet man sich da? Wie genau können die jeweiligen saisonalen Aktivitäten miteinander verglichen werden? Im Folgenden konzentrieren wir uns auf den Nordatlantik, der im Hoheitsgebiet des National Hurricane Center liegt, wo alle Vorhersagen und Warnungen bezüglich zu erwartender oder aktiver Tropenstürme vorbereitet und letztendlich auch ausgegeben werden.

Die eine Möglichkeit ist, die Anzahl der tropischen Systeme von Jahr zu Jahr miteinander zu vergleichen und darauf basierend die Vorhersagen zu erstellen. Dazu wird ein laufendes 30- jähriges Mittel der jeweiligen tropischen Aktivität verwendet, momentan der Zeitraum von 1991 bis 2020. Während dieser Zeit traten im Mittel 14,4 benannte Tropenstürme auf (also Tiefdruckgebiete, die durch Konvektion angetrieben beständige Windgeschwindigkeiten in 10 m Höhe von mehr als 63 km/h aufweisen), 7,2 Hurrikane (Windgeschwindigkeiten von mehr als 119 km/h) sowie 3,2 sogenannte „major“ Hurrikane. Von einem solchen spricht man bei Windgeschwindigkeiten von mehr als 179 km/h im 10-minütigen Mittel. An Hand dieser Werte wird nun eine saisonale Vorhersage abgeglichen und eingestuft.

Im Mai ließ die erste Vorhersage der NOAA verlauten, dass diese Hurrikansaison mit einer Wahrscheinlichkeit von 70% zu aktiv ausfallen würde, wobei dieser Wert im August während eines Updates auf 60% verringert wurde. In Werten ausgedrückt erwartete man im Mai, dass sich in der aktuellen Saison 14 bis 20 benannte Stürme, 6 bis 10 Hurrikane und 3 bis 5 „major“ Hurrikane entwickeln würden.

Doch es gibt auch eine andere Möglichkeit, ein Maß für die saisonale Aktivität zu erstellen, und zwar mit dem sogenannten „akkumulierten zyklonalen Energieindex“, auf Englisch „accumulated cyclone energy index, ACE“.

Beim ACE handelt es sich um einen sogenannten Windenergieindex, der definiert wird als die Summe des maximal auftretenden Oberflächenwindes im Quadrat. Dieser Wert wird alle 6 Stunden für alle benannten Stürme ermittelt, während sie mindestens die Stärke eines Tropensturms innehaben (geteilt durch 10 000, um den Index besser lesen zu können und mit der Einheit Knoten hoch zwei, wobei die Einheit in der Folge weggelassen wird). Damit wird also sowohl die Intensität als auch die Dauer des Sturmes berücksichtigt. Ein langlebiger intensiver Hurrikan kann den Wert daher innerhalb weniger Tage deutlich in die Höhe treiben, während mehrere schwache und kurzlebige Systeme ins Gewicht fallen. Mit dieser Berechnung erhält man für die Saison von 1991 bis 2020 einen Mittelwert von 122. Allerdings fielen in diesen Zeitraum sehr viele aktive Saisons, sodass des besseren Vergleichs wegen der Zeitraum von 1951 bis 2002 mit 96,7 bevorzugt wird. Richtet man sich nach diesem Wert, dann spricht man von einer extrem aktiven Saison, wenn der ACE den Wert von 160 überschreitet. Bei einem Wert von mehr als 126 spricht man von einer aktiven (über dem Durchschnitt liegend), bei 73 von einer unterdurchschnittlichen und zwischen 73 und 126 von einer nahezu normalen Saison.

Und wo stehen wir denn momentan im Nordatlantik? Der Eindruck war bisher, dass wir mit dem Tropensturm ALEXBONNIECOLIN sowie den Hurrikanen DANIELLE und EARL einen eher gemäßigten Saisonbeginn hatten. In der Tat lag der ACE bis zur Entstehung von DANIELLE am 1. September mit 3.5 bei rund 10% des klimatologischen ACE-Wertes. Der Grund dafür war einerseits die leicht unterdurchschnittliche Anzahl von Tropenstürmen bis zum 1. September und dass die auftretenden Stürme recht kurzlebige und schwache Systeme waren. Mit den beiden „Fischstürmen“ DANIELLE und EARL, also Tropenstürmen, die nur über dem offenen Ozean tobten, nahm der ACE rasch auf knapp 30 zu, was rund 53% des normalen klimatologischen Mittels entspricht (beide waren Hurrikane).

Man kann sich aber auch den ACE der jeweiligen Stürme ausrechnen. Hurrikan DANIELLE wurde z.B.: für 7,25 Tage als benanntes System geführt, 5 Tage davon als Hurrikan und dabei erzeugte er einen ACE von 12,5. Hurrikan EARL kam auf 7,75 Tage, nur 3,75 Tage als Hurrikan, wies jedoch höhere Spitzengeschwindigkeiten auf und erzielte dabei einen ACE von 14,2. ALEXBONNIE und COLIN kamen zusammen hingegen bis dahin nur auf einen akkumulierten Wert von 2,9!

Mit FIONA, dem aktuell aktiven Hurrikan, erhielt der ACE während der letzten Tage einen deutlichen Schub nach oben, da FIONA ein langlebiger und sehr kräftiger Hurrikan ist (in Spitzenzeiten wurde die zweithöchste Intensitätsstufe von Fünf erreicht). Damit die saisonalen Vorhersagen auch erfüllt werden, muss der Wert von 126 erreicht und überschritten werden – mal schauen, was der Rest der Saison noch mit sich bringt. Stand vorgestern liegen wir bei 67% des klimatologischen ACE-Wertes.

DWD Die akkumulierte Energie tropischer Wirbelstuerme

Im bisher sehr aktiven Nordpazifik liegt der ACE bis heute bei einem prozentualen Wert von 93%, im Nordwestpazifik bei rund 66% und über die gesamte Nordhemisphäre gemittelt (zusammen mit dem nordindischen Ozean) bei rund 74%.

Wie stark ein Sturm den ACE beeinflussen kann, zeigte vom 28. August bis 9. Juni 2022 der Supertaifun HINNAMNOR im Nordwestpazifik, der die höchste Stufe auf der fünfteiligen Intensitätsskala erreichte und den prozentualen ACE-Wert im Nordwestpazifik von 29% auf 53% anhob (eine Differenz von 24%).

Übrigens, den Weltrekord des höchsten ACE-Wertes für einen Sturm hält der Hurrikan/Taifun IOKE aus dem Jahr 2006 mit einem Wert von 82 und der höchste akkumulierte ACE-Wert stammt aus der nordpazifischen Taifunsaison des Jahres 1997 mit einem unglaublichen Wert von 571.

Helge Tuschy
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 23.09.2022
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Frischer Frühherbstmorgen

Hoch STEFAN liegt derzeit genau über Mitteleuropa und sorgt in Deutschland für kühle Nächte, denn die eingeflossene Meeresluft polaren Ursprungs kann sich in den nun fast schon 12 Stunden langen Nächten deutlich auskühlen. Bodenfrost ist dann keine Seltenheit mehr, aber auch Luftfrost trat vor allem in Süddeutschland in der vergangenen Nacht regional auf. Die nachfolgende Tabelle zeigt einige Orte, an denen Luftfrost (Tabelle 1) und an denen Bodenfrost (Tabelle 2) aufgetreten ist.

Ort (Bundesland) Tiefstwerte (Luft) vergangene Nacht in °C
Merklingen (Baden-Württemberg) – 1,7
Rottweil (Baden-Württemberg) – 1,3
Sigmaringen-Laiz (Baden-Württemberg) – 1,2
Reit im Winkl (Bayern) – 1,1
Oberstdorf (Bayern) – 1,0
Nürnberg-Netzstall (Bayern) – 0,9
Mittenwald-Buckelwiesen (Bayern) – 0,9
München-Flughafen (Bayern) – 0,6
Wielenbach (Bayern) – 0,6
Leutkirch-Herlazhofen (Baden-Württemberg) – 0,5
Ort (Bundesland) Tiefstwerte (Boden) vergangene Nacht in °C
Rottweil (Baden-Württemberg) – 4,1
Merklingen (Baden-Württemberg) – 3,9
Sigmaringen-Laiz (Baden-Württemberg) – 3,9
Deutschneudorf-Brüderwiese (Sachsen) – 3,5
Oberhaching-Laufzorn (Bayern) – 3,3
Hechingen (Baden-Württemberg) – 3.0
Lenzkirch-Ruhbühl (Baden-Württemberg) – 3,0
Oy-Mittlberg (Bayern) – 2,9
Reit im Winkl (Bayern) – 2,9
Leutkirch-Herlazhofen (Baden-Württemberg) -2,9

Auch in der kommenden Nacht wird es wieder sehr frisch mit verbreitet einstelligen Tiefstwerten. Luftfrost droht vereinzelt nochmals in Tal- und Muldenlagen der süd- und ostdeutschen Mittelgebirge sowie in prädestinierten Alpentälern. Bodenfrost hingegen gibt es im Süden und Osten sowie generell im Bergland recht häufig. Auch Nebel ist dann wieder ein Thema, jedoch tritt dieser deutlich seltener als in den vergangenen Nächten auf. Von Nordwesten aufziehende Wolkenfelder verhindern die Nebelbildung. Am größten ist das Nebelrisiko in Gewässernähe Süd- und Ostdeutschlands sowie teilweise in der Mitte. In Bild 1 und Bild 2 sind die Satellitenbilder sowie die Sichtweiten am Mittwoch- und Donnerstagmorgen zu erkennen. Auch darauf zeigen sich Nebelfelder in der Nähe von Flüssen und Seen. Mitunter war der Nebel so dicht, dass er zu Problemen im Straßenverkehr geführt hat.

DWD Frischer Fruehherbstmorgen

DWD Frischer Fruehherbstmorgen 1

Ab dem Wochenende sind die kalten Nächte dann Geschichte. Luftfrost beziehungsweise Frost in Bodennähe tritt dann nicht mehr auf. Schuld daran ist zunehmender Tiefdruckeinfluss von Nordwest- und Nordeuropa her. Dadurch werden viele Wolken herangeführt. Diese verhindern eine ungehinderte Ausstrahlung in den Weltraum und somit kann es bodennah nicht mehr so stark auskühlen. Dafür rückt tagsüber jedoch auch die 20 Gradmarke in weite Ferne. Oftmals werden nächste Woche nicht mal 15 Grad erreicht. Der Herbst zeigt sich also nicht mehr von seiner goldenen, sondern eher von seiner schmuddeligen Seite. Zusammengefasst bedeutet dies kühl, nass und ungemütlich.

Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 22.09.2022
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Was sagt uns die aktuelle saisonale Vorhersage über den Winter?

Der astronomische Herbstanfang klopft buchstäblich an die Tür und auch das Wetter präsentiert sich in dieser Woche dementsprechend. Rechtzeitig dazu liegt nun neben Prognosen einschlägiger globaler Klimamodelle auch die aktualisierte saisonale Vorhersage des Klimamodells des Deutschen Wetterdienstes (DWD) für die kommenden Monate vor.

Jahreszeitenvorhersagen geben eine Prognose darüber ab, mit welcher Wahrscheinlichkeit die kommenden drei Monate zum Beispiel trockener oder feuchter, wärmer oder kälter als im langzeitlichen Mittel werden.
Das German Climate Forecast System (CFS) ist ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Hamburg (UHH), des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) und des Deutschen Wetterdienstes (DWD),

Dafür errechneten die Wissenschaftler mit einem speziell angepassten Klimarechenmodell zunächst Vorhersagen für möglichst viele vergangene Jahre. Diese langfristige Klimatologie liefert zuverlässige Durchschnittswerte und dient damit als Basis für den Vergleich mit den aktuellen Prognosen. Zusätzlich werden die errechneten Prognosen mit Klimatologien verglichen, die aus Beobachtungsdaten gewonnen werden. Auf dieser breiten Basis können Aussagen über Trends getroffen werden, die sich allerdings maßgeblich von der herkömmlichen Wettervorhersage unterscheiden.

Bei einem Blick auf den prognostizierten Trend für die Abweichung der 2m-Temperatur ist für die Wintermonate Dezember, Januar und Februar für Mitteleuropa eine eher moderate Abweichung in Richtung 0,5 bis 1 Grad zu warm zu erkennen.

DWD Was sagt uns die aktuelle saisonale Vorhersage ueber den Winter

Das mag aus derzeitiger Sicht einerseits nicht viel bedeuten, andererseits würde eine derartige Abweichung auch eine zeitweilige negative Abweichung der Lufttemperatur einschließen (vorübergehende Kaltlufteinbrüche).
Kommen wir nun zu einigen aus klimatologischer Sicht interessanten sowie ergänzenden Informationen. Bis einschließlich Januar besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit für die Fortdauer des derzeitigen La Niña-Ereignisses (zu El Niño und La Niña,

Derartige ozeanisch-atmosphärische Phänomene mit relativ langer Andauer (low frequency base state) und damit auch längerer und relativ guter Vorhersagegüte fließen in saisonale Vorhersagemodelle sowohl über statistische Korrelationen als auch über direkte Relationen zu bestimmten synoptischen Mustern ein. Ein klassisches synoptisches Muster bei La Niña ist der so genannte Alëuten-Höhenrücken, also häufig hoher Luftdruck über Teilen des Nordpazifiks. Normalerweise nimmt klimatologisch dort das Alëuten-Tief diesen Platz ein

Letzteres sorgt im Winterhalbjahr üblicherweise für verstärkte meridionale und vertikale Wärmeflüsse (allgemein Wellenflüsse), die sich mitunter im erweiterten Arktikumfeld bis in die Stratosphäre ausbreiten können, um dort unter Wärmefreisetzung zu dissipieren (sich auflösen). Daher würde im Falle eines intakten Aleuten-Tiefs neben anderen Bedingungen auch die Wahrscheinlichkeit einer plötzlichen Stratosphärenerwärmung (SSW) erhöht, was wiederum weitreichende Konsequenzen z.B. für die atlantische Zirkulation (NAO) haben könnte,

Die Vorhersage für den Zustand des Stratosphärischen Polarwirbels (SPV), ausgedrückt über den zonal gemittelten zonalen Wind in 10 hPa (in über 30 km Höhe) und auf 60 Grad Nord gemittelt des CFS vom DWD sieht nun über die Wintermonate hinweg einen weitgehend normal ausgeprägten SPV mit westlichen Winden in diesem Bereich.

 

DWD Was sagt uns die aktuelle saisonale Vorhersage ueber den Winter 1

Nur wenige Ensemble-Member sehen im Winterverlauf eine komplette Windumkehr auf östliche Winde (Definition für ein so genanntes Major-SSW). Im Gegenteil, nach einem im Vergleich zum klimatologischen Mittel schwächeren Verlauf im November soll der SPV im Januar und Februar 2023 überdurchschnittlich stark ausgeprägt sein. Diese Trendvorhersage würde zu den obigen Aussagen im Allgemeinen recht gut passen. Ein normal ausgeprägter SPV führte über Mitteleuropa eher zu atlantisch geprägten Westwetterlagen, das heißt teils zu relativ nassem und überwiegend mildem, zeitweise auch windigem Wettercharakter.

Allerdings kann eine ausgewachsene La Niña im Winterhalbjahr unter der Voraussetzung eines ausgeprägten Jet-Streams (bei normal bis überdurchschnittlich starkem stratosphärischen Polarwirbel) indirekt vom Pazifik her die Amplifizierung planetarer Wellen bis in den Atlantik hin beeinflussen. Ein stärkeres Mäandrieren der Strömung auf dem Nordatlantik ließe über West- und Mitteleuropa zumindest vorübergehend auch Wetterlagen wie Atlantischer Rücken (AtR) oder auch Trog Skandinavien in der Ausprägung NAO (Nordatlantische Oszillation,

negativ zu, was zumindest vorübergehend zu Kaltluftausbrüchen führen könnte.

Abschließend sei aber festzuhalten, dass dieser kurze Abriss lediglich eine Zusammenschau übergeordneter Faktoren und einen Abgleich mit der aktuellen saisonalen Vorhersage darstellt. Viele andere Faktoren beeinflussen synoptische Muster in der Troposphäre und sind selbst in der erweiterten Mittelfrist (10 bis 15 Tage Vorhersagefrist) nicht oder nur schwer vorhersagbar.

Zudem ist insbesondere bei der Nutzung der Abbildungen zu den Jahreszeitenvorhersagen zu beachten, dass diese Prognosen Gegenstand intensiver Forschung und permanenter Weiterentwicklung sind.

Dr. rer. nat. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 21.09.2022
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Hoch STEFAN sorgt für ruhiges Herbstwetter

Zwar liegt Hoch STEFAN aktuell (Dienstag, 20.9., mittags) noch über England, aber über seinen weiteren Weg sind sich die Vorhersagemodelle weitgehend einig. Am morgigen Mittwoch wird STEFAN bei uns in Deutschland vorbeischauen, von wo aus es weiter nach Ost- bzw. Südosteuropa wandert. Damit steht uns einerseits eine hochdruckgeprägte und damit ruhige Witterungsphase bevor. Andererseits trifft der Hochdruck auf die zuvor eingeflossene Polarluft, und damit wird der Wettercharakter insgesamt herbstlich.

DWD Hoch STEFAN sorgt fuer ruhiges Herbstwetter

Die Augen reiben wird sich so manche oder mancher ob der teils dichten Nebelfelder, die sich in den kommenden Nächten bilden – und die der Jahreszeit entsprechend schon ein wenig brauchen um sich aufzulösen. Der Schwerpunkt der Nebelbildung bewegt sich dabei mit STEFAN von West nach Ost, was letztendlich die Tatsache widerspiegelt, dass sich Nebel bevorzugt bei windschwachen Wetterlagen bildet und genau das in Hochdruckgebieten oft gegeben ist. Innerhalb des Hochs sind es dann – auch das nicht überraschend – die (Fluss-)Niederungen, die sich als prädestiniert für Nebel erweisen werden. Hier ist genug feuchte vorhanden, und hier sammelt sich gerne die Luft, die in der Nacht am stärksten auskühlt.
Das bedeutet aber auch, dass nicht nur Augen, sondern auch Hände gerieben werden – vor Kälte. Die nächtlichen Tiefstwerte kommen der Null-Grad-Marke hier und da nicht nur gefährlich nahe, lokal wird diese sogar erreicht oder gerissen. In „ungünstigen“ Mittelgebirgslagen geht es mit den Temperaturen runter bis auf minus ein Grad. In zwei Meter Höhe wohlgemerkt. In Bodennähe dürfte es nicht nur verbreiteter für Frost reichen, sondern dieser dürfte auch noch etwas deutlicher im negativen Bereich liegen. Nebel und Frost – das bedeutet gefrierenden Nebel. Vielleicht bilden sich ja in den frostanfälligen Regionen die ersten Eisblumen an den Fenstern.

Nicht verschwiegen werden soll, dass es unter dem Hochdruckeinfluss von STEFAN mit Niederschlägen nicht weit her ist – was nicht überrascht. Heute weigert sich das kräftige Tief REILI über Nordwesteuropa noch, die von STEFAN angebotene „Beruhigungspille“ zu schlucken. Entsprechend sind noch verbreiteter Schauer und kurze Gewitter unterwegs. Aber ab morgen erlahmt der Widerstand, dann sind allenfalls im äußersten Osten noch letzte Schauer unterwegs – und bis in den Freitag hinein folgt auch kein neuer Regen nach. Dies sagt zumindest das DWD-Modell ICON6.

Erst am Samstag wird es von Westen wieder wechselhafter, dann ist auch wieder etwas Regen möglich. Aber ein durchgreifender Luftmassenwechsel ist nicht zu sehen. Dadurch bleibt uns auch das aktuelle Temperaturniveau von meist 16 bis 20 Grad auch erhalten, nur am Oberrhein kann es auch mal knapp über 20 Grad warm werden. Für den Frühherbst sind das durchaus angemessene Temperaturen.

DWD Hoch STEFAN sorgt fuer ruhiges Herbstwetter 1

Dipl.-Met. Martin Jonas
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 20.09.2022

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Wasser – wichtig und spannend zugleich

Wasser ist, rein wissenschaftlich betrachtet, eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Die chemische Formel des sogenannten Wassermoleküls lautet H2O. Fachsprachlich korrekt ausgedrückt würde man Wasser auch als Dihydrogenmonoxid bezeichnen, nach der sogenannten IUPAC-Nomenklatur als Oxidan. Es ist klar, farb- und geruchlos. Sein Siedepunkt liegt bei 100 Grad Celsius, sein Schmelzpunkt bei 0 Grad Celsius Klingt erst einmal recht langweilig, ist es aber nicht.

DWD Wasser wichtig und spannend zugleich

Wasser ist viel spannender, als es auf den ersten Blick erscheint. Es umgibt uns tagtäglich und stellt die Grundlage unseres Lebens dar. Beim Duschen, Kochen oder Eisessen nimmt man seine Besonderheiten meist gar nicht mehr wahr. Doch in seinen unterschiedlichen Formen verursacht das vielfältige Molekül eindrückliche Phänomene.

Es kommt gasförmig in der Luft in Form von unsichtbarem Wasserdampf vor. Seine flüssige Form ist auf der Erde allgegenwärtig: rund 70% unserer Erde sind von Ozeanen, Flüssen und Seen bedeckt. In seiner festen Form tritt Wasser als Eis, Schnee, Hagel und Graupel oder Reif auf. Es kommt also in allen drei Aggregatzuständen auf der Erde vor. Dies mag vielleicht nicht einzigartig sein, aber dennoch gibt es keinen anderen Stoff, der uns in allen drei Zuständen so präsent ist.

Ein weiteres, seltsam anmutendes Phänomen ist die sogenannte „Dichteanomalie“. Diese sorgt dafür, dass gefrorenes Wasser auf seinen flüssigen Nachbarmolekülen schwimmt. In der Regel nimmt die Dichte der meisten Stoffe mit zunehmender Temperatur ab – unabhängig vom Aggregatszustand. Anders ist es beim Wasser: Die höchste Dichte besitzt Wasser bei etwa 4 Grad Celsius unter Normaldruck. Dann wiegt ein Liter Wasser ein Kilogramm. Wird das Wasser nun erhitzt, dehnt es sich aus und wird in der Folge leichter. Die besondere Eigenschaft des Wassers: Sinkt die Temperatur unter 4 Grad, wird Wasser ebenfalls wieder leichter und dehnt sich aus – selbst beim Wechsel in den festen Aggregatszustand. Der Grund für diese Besonderheit liegt in der Verkettung der Sauerstoff- und Wasserstoffatome benachbarter Wassermoleküle, also in den Kräften, die die verschiedenen Wassermoleküle untereinander zusammenhalten. Diese werden, ohne hier zu ausführlich in die Tiefen der Chemie eintauchen zu wollen, als sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnet. Nur so viel sei gesagt: Ohne diese Wasserstoffbrückenbindungen würde Wasser in seiner uns bekannten Form auf der Erde nicht existieren. Und ohne diese besondere Eigenschaft hätte sich folglich kein Leben auf der Erde entwickelt.

DWD Wasser wichtig und spannend zugleich 1

Eine eher paradoxe Eigenschaft des Wassers stellt der sogenannte Mpemba-Effekt dar. Dieser beschreibt ein Phänomen, bei dem heißes Wasser unter geeigneten Bedingungen schneller gefriert als kaltes Wasser. Dies widerspricht ein Stück weit der eigenen Intuition. Einen ausführlichen Artikel meines Kollegen Sebastian Altnau vom 19. Februar 2021 zu diesem außergewöhnlichen Effekt finden Sie im Tagesthemen-Archiv

DWD Wasser wichtig und spannend zugleich 2

Wasser besitzt darüber hinaus eine hohe spezifische Wärmekapazität. Oder einfacher ausgedrückt: Wasser kann viel Energie aufnehmen, d.h. um Wasser zu erhitzen wird viel Energie benötigt. Insgesamt sind für die Erwärmung eines Kilogramms um 1 Grad 4200 Joule an thermischer Energie notwendig. Um beispielsweise die Temperatur des gesamten Bodensees um 10 Grad zu erhöhen – immerhin besteht dieser aus 48 Billionen Litern Wasser – wären mehr als 2 Trillionen Joule (entspricht circa 558 Terrawattstunden) notwendig. Wie groß diese Energiemenge ist, zeigt sich im Vergleich zum Stromverbrauch in Deutschland, der im Jahr 2021 bei 508 Terrawattstunden lag. Die Energie, die für die Erwärmung des Bodensees notwendig wäre, könnte Deutschland also für mehr als ein ganzes Jahr (sofern sich der Autor in den Potenzen nicht verrechnet hat) mit Strom versorgen.

Wasser besitzt noch viele weitere physikalische Eigenschaften, die einiges an Spannung bieten, wie dem kühlenden Effekt beim Schwitzen oder seiner besonders starken Oberflächenspannung. Suchen Sie doch einfach mal in den Weiten des Internets. Dort werden Sie sicherlich fündig. Wie wichtig Wasser für unser Wetter ist, wird in einem weiteren Thema des Tages in den nächsten Wochen thematisiert.

MSc.-Met. Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.09.2022
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Wütender „Nanmadol”

Wenn tropische Wirbelstürme auf der anderen Seite der Erdkugel es bis in die deutschen Nachrichten schaffen, dann muss es sich schon um ein außergewöhnliches Ereignis handeln. Um ein solches handelt es bei Supertaifun „Nanmadol” zweifellos.
Entstanden ist „Nanmadol” bereits vor etwa einer Woche am 9.9.22 in der Philippinensee als sogenannte tropische Depression, quasi eine Art Tiefdruckgebiet, was sich durch rege Gewittertätigkeit bemerkbar macht. Solche Systeme erregen die Aufmerksamkeit der zuständigen Wetterdienste, denn diese tropischen Tiefs sind es, aus denen sich ausgewachsene Stürme entwickeln können. Nach einer kurzen Schwächephase begann diese Störung sich zwei Tage später, ab dem 11.9., erneut zu intensivieren. Wiederum zwei Tage später, wir schreiben nun inzwischen den 13.9., wurde dieses System als Tropensturm klassifiziert und erhielt dabei vom japanischen Wetterdienst seinen Namen.
Weil man selten davon hört, folgt an dieser Stelle ein Exkurs in die Namensgebung der pazifischen Wirbelstürme. Im Gegensatz zur atlantischen Systematik mit Namen in alphabetischer Reihenfolge werden für den Pazifik die Namen durch ein Komitee aller betroffenen Anrainerstaaten unter Federführung der WMO festgelegt. Dabei trägt jedes Land in alphabetischer Reihenfolge einen landestypischen Namen bei, das heißt den Anfang macht Kambodscha (beginnt im englischen mit „C”), zuletzt kommt Vietnam. Im aktuellen Fall entstammt der Name „Nanmadol” dem Mikronesischen und referenziert eine untergegangene Ruinenstadt auf der mikronesischen Insel Pohnpei. Ebenfalls anders als in der atlantischen Systematik kennt der Pazifik keine Tropensturmsaison; die Namensliste wird ununterbrochen weitergeführt. Im Atlantik beginnt die Namensgebung in jedem Jahr dagegen immer wieder bei „A”.
Aber zurück zu „Nanmadol”: Am 15.9. wurde der Sturm als Taifun eingestuft. Zu diesem Zeitpunkt lag die Windgeschwindigkeit immerhin schon bei 120 km/h. In den folgenden Stunden begann der Sturm nun, eine immer weiter nordwestwärts gerichtete Zugbahn einzuschlagen und intensivierte sich dabei immer weiter. Bereits am nächsten Tag, dem 16.9., wurde er vom „Joint Typhoon Warning Center” als Supertaifun klassifiziert. Die mittleren Windgeschwindigkeiten lagen inzwischen bei exorbitanten 240 km/h.

DWD Wuetender „Nanmadol

In der Folge zog der Taifun weiter nordwärts auf die südjapanische Küste zu und erreichte diese am heutigen Sonntag mitteleuropäischer Zeit direkt über der Stadt Kagoshima auf der Hauptinsel Kyūshū. Zuvor hatte er sich bereits schon leicht abgeschwächt, die mittleren Windgeschwindigkeiten lagen aber immer noch bei über 170 km/h.

DWD Wuetender „Nanmadol 1

Was aber macht den Taifun nun so gefährlich? Es ist das Zusammenspiel der zu diesem Zeitpunkt außergewöhnlich hohen Windgeschwindigkeiten in Zusammenspiel mit extrem heftigen Regenfällen und der Geländebeschaffenheit. Die japanischen Inseln bestehen zu großen Teilen aus stark zerklüftetem Gelände und von den Küsten aus schnell ansteigendem Gebirgshinterland. Das führt rasch zu schweren Überflutungen und Erdrutschen in den Tälern. Außerdem sind die Windgeschwindigkeiten so außergewöhnlich hoch, dass es für weniger stabil gebaute Gebäude kritisch werden kann bezüglich der Windlast, auch wenn der Sturm wohl nicht so extrem heftig auf das Land trifft, wie vorher prognostiziert.

Nach dem „Landfall” schwächt sich Nanmadol in der Folge rasch ab, bringt aber in den kommenden 24 bis 48 Stunden in weiten Teilen Japans noch eine ganze Menge Regen und Überflutungen.

M.Sc. Felix Dietzsch
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 18.09.2022

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Ein drittes La Niña

Das Klima im Südpazifik wird durch den Wechsel zwischen El NiñoLa Niña und den normalen Zwischenjahren geprägt. Dieser Wechsel der drei Zustände wird mit der El Niño Südliche Oszillation (ENSO) beschrieben. Ein negativer ENSO-Wert kennzeichnet dabei ein La Niña Jahr, ein positiver Wert ein El Niño-Jahr. Treiber des Ganzen ist dabei die sogenannte Hadley-Zirkulation.

DWD Ein drittes La Nina

Durch den hohen Sonnenstand über dem Äquator heizt sich die Luftmasse dort verstärkt auf und steigt somit in größere Höhen auf. In der Höhe wird die Luft dann polwärts geführt. Auf dem Weg kühlt diese ab und sinkt allmählich zu Boden. Es entsteht bodennah ein Hochdruckgürtel, der sich etwa entlang des südlichen Wendekreises über den gesamten Südpazifik erstreckt. Am Boden wird die Luft dann als Südost Passat wieder in Richtung Äquator geführt und trifft dort innerhalb der Äquatorialen Konvergenzzone auf den Nordost Passat von der Nordhalbkugel. Im englischen heißt der Wind auch Trade-Wind, da die konstante Luftströmung aus derselben Richtung von den großen Handelsschiffen genutzt wurde um möglichst effizient über die Ozeane zu segeln. Der anhaltende Südostwind über dem Pazifik führt dazu, dass die Oberflächenströmung des Ozeans in der Regel von Ost nach West verläuft. Das Abtreiben des Oberflächenwassers vor der südamerikanischen Küste führt dort zum Aufsteigen kälteren Wassers aus der Tiefe. Das in der Regel kalte Oberflächenwasser hat zur Folge, dass an der südamerikanischen Seite des Pazifiks nur wenig Niederschlag fällt. Auf der Westseite des Pazifiks sammelt sich hingegen warmes Meerwasser an der Oberfläche und es kann hier zu ergiebigem Regen kommen.

DWD Ein drittes La Nina 1

In La Niña-Jahren ist diese Konstellation besonders stark ausgeprägt. So auch dieses Jahr wieder. Der australische Wetterdienst hat seit Juni erneut sinkende Meerestemperaturen im Ostpazifik beobachtet. Zudem sprechen die Luftdruckverhältnisse mit einem ausgeprägten Hoch über dem Pazifik für sich verstärkende Passatwinde. Auch der erhöhte Bewölkungsgrad über dem Äquator ist ein typisches Anzeichen für La Niña. Die Wetter- und Klimamodelle lassen darauf schließen, dass La Niña im australischen Frühling und Frühsommer seinen Höhepunkt erreichen wird. Anfang 2023 soll sich die Konstellation jedoch bereits wieder abschwächen und der ENSO in eine neutrale Phase übergehen.
Neben der La Niña Konstellation herrscht im Indischen Ozean auch ein negativer Indischer Ozean Dipol (IOD) vor. Der IOD beschreibt ähnlich wie der ENSO die Temperaturverhältnisse des Oberflächenwassers. Dabei ist bei einem negativen IOD die Meerestemperatur an der südöstlichen Seite, die an Australien angrenzt, höher als in normalen Jahren. Am westlichen Rand des Indiks ist die Wassertemperatur hingegen niedriger als im Mittel. Beides in Kombination hat den Australischen Wetterdienst nun dazu veranlasst jetzt die erste Einschätzung für diese Saison zu veröffentlichen. Vor allem in der Osthälfte Australiens sind Überschwemmungen in den nächsten Monaten wahrscheinlich. Es ist aber noch zu früh um genauere Aussagen zu treffen.
Die Meteorologen prognostizieren jedoch für diese Saison, dass La Niña kürzer und in schwächerer Form als beim letzten Mal ausfallen wird. Im Februar und März 2022 sind vor allem im Osten und Südosten Australiens schwere Überschwemmungen aufgetreten, nachdem innerhalb eines Tages über 400 Liter pro Quadratmeter gefallen sind.
Es stellt somit das dritte La Niña Jahr in Folge dar, was ein seltenes Ereignis ist. In den Jahren 1973 bis 1976 sowie von 1998 bis 2001 gab es schon mal drei aufeinanderfolgende La Niña-Jahre. Vier aufeinander folgende La Niña Jahre wurden hingegen noch nicht beobachtet. Es bleibt also abzuwarten, wie sich der ENSO im nächsten Jahr entwickelt.

M.Sc. Met. Sonja Stöckle
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 17.09.2022

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Tag für die Erhaltung der Ozonschicht

Als Ozonschicht wird ein Bereich in der unteren Stratosphäre, etwa in einer Höhe von 15 bis 30 Kilometern über der Erdoberfläche, bezeichnet. Dort weist die Atmosphäre eine erhöhte Konzentration an Ozonmolekülen auf. Ozon besteht aus drei Sauerstoffmolekülen. Bei der Entstehung von Ozon ist energiereiche Strahlung von Bedeutung. Vor allem durch den UV-C Anteil des Sonnenlichts werden Luftsauerstoffmoleküle in ihre atomaren Teile gespalten. Die freien Sauerstoffatome verbinden sich dann umgehend mit einem weiteren Sauerstoffmolekül und bilden somit das lichtempfindliche Ozon.
Da in der Ozonschicht der UV-C Anteil sowie ein großer Teil des UV-B Anteils des Sonnenlichtes absorbiert wird, stellt sie die große Schützerin von Pflanzen und allen lebenden Organismen vor Strahlenschäden dar. Ozon ist aber auch ein Treibhausgas und in dieser Funktion wesentlich wirksamer als Kohlenstoffdioxid. Ohne die Ozonschicht wäre das Leben, so wie wir es kennen, nicht möglich.

Ab 1930 brachten aber die künstlich erzeugten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) die Ozonschicht langsam in Gefahr. Die Stoffe, die zum Beispiel in Spraydosen, als Kühlmittel oder in Feuerlöschern verwendet wurden, tragen zum Abbau von Ozon bei. Durch chemische Prozesse werden Ozonmoleküle gespalten. Infolgedessen dünnt die Ozonschicht aus. Die erste Studie über die Schädigung der Ozonschicht durch FCKW wurde 1974 veröffentlicht. 1985 erfolgte dann der erste Nachweis über ein Ozonloch über der Antarktis. Über der Antarktis kommt es schon auf natürliche Weise zu einem Ozonminimum in den südhemisphärischen Wintermonaten, da durch fehlende Sonneneinstrahlung die Ozonproduktion eingeschränkt ist. In den Jahren zeichnete sich jedoch eine weitere Ausdehnung des Ozonlochs mit gefährlich geringer Ozonkonzentration ab. Es war also höchste Zeit etwas zu unternehmen.

DWD Tag fuer die Erhaltung der Ozonschicht

Im September 1987 vereinbarten dann erstmals die Europäische Gemeinschaft zusammen mit 24 weiteren Staaten das Montreal-Protokoll, dass die Vertragsparteien dazu verpflichtet ozonabbauende Stoffe zu reduzieren. In den folgenden Jahren unterzeichneten alle 197 UN-Staaten das Abkommen. Es wird ständig weiterentwickelt und beinhaltet mittlerweile nicht nur Verbote für FCKW sondern reguliert auch die Verwendung anderer Stoffe wie teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW) und Halogenen. Damit sich auch alle Länder an die Vereinbarung halten wird die Konzentration der Stoffe kontinuierlich gemessen. So können mögliche illegale Freisetzungen erkannt und geortet werden. Die Messungen erfolgen zum einen vom Erdboden aus. Eine wichtige Messstation befindet sich in der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus auf der Zugspitze.

Zum anderen werden Ozonkonzentrationen durch Radiosondierungen gemessen. Dies erfolgt unter anderem am meteorologischen Observatorium des Deutschen Wetterdienstes. Auch durch Satelliten kann der Ozongehalt flächendeckend beobachtet werden.

Da FCKW -Moleküle eine lange Lebensdauer von 50 bis 100 Jahren in der Atmosphäre aufweisen, ist die Konzentration der Stoffe seit der Unterzeichnung des Protokolls trotz Einsparung von rund 97 Prozent zunächst nicht gesunken, sondern gestiegen. Die höchsten Konzentrationen wurden im Jahr 2000 gemessen. Seitdem gehen die Konzentrationen aber zurück und die Ozonschicht kann sich allmählich erholen. Bis sich die Ozonschicht wieder auf dem ursprünglichen Stand aufgebaut hat, werden jedoch noch einige Jahre vergehen. Wie lange es genau dauert, darüber sind sich die Wissenschaftler noch nicht einig. Es wird wohl mindestens noch bis 2050 dauern.

MSc Sonja Stöckle
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 16.09.2022
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Der Herbst klopft an die Tür

Am heutigen Donnerstag sorgen Hoch STEFAN und Tief QUEENIE dafür, dass eine Luftmassengrenze über der südlichen Mitte Deutschlands mit schauerartigem Regen als Kaltfront allmählich südwärts vorankommt und in der Nacht zum Freitag dann die Alpen überquert. Bereits am gestrigen Mittwoch brachte die Luftmassengrenze in der Mitte verbreitet Regen. Südlich davon haben sich in der sehr feuchten und warmen Luft teils unwetterartige Gewitter gebildet.

Schauerartiger Regen und einige Gewitter bleiben in den Regionen südlich des Mains also auch heute ein Thema. Dabei besteht weiterhin örtlich Starkregengefahr bis in den Unwetterbereich. In den übrigen Regionen zeigt sich neben vielen Wolken hin und wieder mal die Sonne. Lediglich in Küstennähe bringt eine zweite Kaltfront einige kurze Schauer.

Zwischen dem Hoch STEFAN bei Island und dem Tief QUEENIE bei Stockholm wird nun in den nächsten Tagen staffelweise mit einer nördlichen Strömung kühle Meeresluft polaren Ursprungs nach Deutschland herangeführt. Am gestrigen Mittwoch wurden im Süden noch mal sommerliche Temperaturen von 25 Grad und mehr (Piding 28,1 Grad) erreicht. Diese dürfte in diesem Jahr endgültig vorbei sein. Stattdessen klopft voll der Herbst an die Tür.

Heute liegen die Höchstwerte noch zwischen 17 und 20, im Süden zwischen 20 und 23 Grad. Für die nächsten vier bis fünf Tage bleibt die Temperatur dann verbreitet unter der 20-Grad-Marke. Am Alpenrand werden sogar am Wochenende kaum 10 Grad erreicht.

Am Freitag und über das gesamte Wochenende stellt sich zudem bei wechselnder bis starker Bewölkung teils windiges Schauerwetter ein. Vereinzelt sind auch kurze Gewitter möglich und an den Alpen gibt es oberhalb von 1500 bis 2000 m den ersten nennenswerten Schnee von einigen Zentimetern.

Dipl.-Met. Marco Manitta
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 15.09.2022

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DWD Der Herbst klopft an die Tuer

Warmes Mittelmeer – Potential für heftige Starkniederschläge im Herbst

In den Herbstmonaten zieht es viele Urlaubshungrige nochmal in die Destinationen rund um das Mittelmeer. Doch dabei sollte die Wetterprognose genauer im Auge behalten werden. Während in Mitteleuropa die Hauptaktivität der Gewittertätigkeit in die Sommermonate fällt, ist der Herbst im Mittelmeerraum die gewitterreichste Saison des Jahres. Diese Verschiebung zeigt beispielsweise die Analyse der Blitzdichte von 2008 bis 2012 im Juli und Oktober (Abb. 1). Doch welche Ursachen sind für diese Verschiebung verantwortlich?

DWD Warmes Mittelmeer Potential fuer heftige Starkniederschlaege im Herbst

In den Sommermonaten ziehen sich die Frontensysteme mit der Verlagerung des Jetstreams (siehe DWD Lexikon

relativ weit nach Norden zurück, wodurch die mediterranen Regionen häufig im Einflussbereich der subtropischen Hochdruckgebiete liegen, welche sich von den Azoren und Nordafrika ausbreiten. Dies sorgt für trockenes und heißes Sommerwetter, oft auch einhergehend mit anhaltenderen Hitzewellen. Zusätzlich stabilisierend wirkt dabei zunächst das Mittelmeer selber, da es erst im Verlauf des Sommers zunehmend erwärmt wird und somit erst auf „Betriebstemperatur“ kommen muss. Aufgrund dessen fahren so viele Menschen in den Sommerferien in den Süden auf Urlaub, da längere Regenphasen – abgesehen von Gewittern – dort praktisch nicht vorkommen.

Im Herbst verlagert sich der Jetstream langsam wieder südwärts, wodurch die Ausläufer des subtropischen Hochdruckgürtels nach Nordafrika abgedrängt werden. Die Tiefdrucktätigkeit nimmt zu und damit greifen auch die Frontensysteme wieder weiter nach Süden aus und erreichen auch den Mittelmeerraum. Gelangt nun mit einem Kaltluftvorstoß kühle Luft polaren oder subpolaren Ursprungs aus dem Norden über das warme Mittelmeer, führt dies zu einer „explosiven“ Mischung. Die kalte Luft über dem warmen Meer begünstigt die Entstehung von Schauern und Gewittern. Auftriebsenergie wird durch das warme Oberflächenwasser und die labile Schichtung der Atmosphäre bereitgestellt. Die untersten Luftschichten, die durch das warme Mittelmeer erwärmt werden, sind weniger dicht als die Kaltluft die darüber einströmt und haben somit das Bestreben aufzusteigen. Aufgrund der Verdunstung an der warmen Meeresfläche nehmen diese Luftpakete sehr viel Feuchte auf. Beim Aufsteigen bilden sich schließlich durch Kondensation mächtige Quellwolken mit Schauern und Gewittern. Je wärmer nun das Mittelmeer ist, desto mehr Energie hat es gespeichert und desto mehr Energie steht für die Bildung von Regenschauern und Gewittern zur Verfügung.

Genau diese Konstellation ist dieses Jahr der Fall. Die Oberflächentemperatur im Mittelmeer bewegt sich derzeit zwischen 25 bis 29 Grad, vor der Ostküste Tunesiens sind es gar um 30 Grad (Abb. 2).

 

DWD Warmes Mittelmeer Potential fuer heftige Starkniederschlaege im Herbst 1

Interessanter ist jedoch noch der Blick auf die Anomalien, also die Abweichungen der Oberflächentemperaturen zum langjährigen klimatologischen Mittel. Insbesondere das westliche Mittelmeer ist verbreitet um 3 bis 5 Grad zu warm (Abb. 3). Kommt es nun zu einem Kaltluftvorstoß über das Rhonetal Richtung Löwengolf (französisches Mittelmeerküste) und weiter bis in den Golf von Genua, können sich dort entstehende Tiefdruckgebiete intensivieren und zu sehr starken Niederschlägen führen. Gelangt die energiereiche Luft mit einer Südwestströmung schließlich zu den Alpen, kann die auch hier zu sehr starken Regen- oder im Frühwinter auch schon zu Starkschneefällen führen. (Abb.3)

DWD Warmes Mittelmeer Potential fuer heftige Starkniederschlaege im Herbst 2

Aufgrund der besonders hohen Meeresoberflächentemperatur im Mittelmeerraum ist das Potential für Starkniederschläge in den kommenden Monaten besonders groß. Die Frage ist nun aber noch, ob und wann dieses Potential auch angezapft wird. Das werden aber erst die Wetterentwicklungen der kommenden Wochen und Monate zeigen. Auf alle Fälle steht schon am Freitag und dem kommenden Wochenende ein erster Kaltluftvorstoß in das westliche Mittelmeer bevor. Insbesondere durch seine geographische Form ist dabei Italien besonders prädestiniert für Unwetter mit extremem Starkregen. Zum einen erhält Italien vom umliegenden Mittelmeer oft mit viel Wasserdampf angereicherte Luft. Des Weiteren ergeben sich durch Küstenlinie immer Gebiete mit auflandigem Wind, wodurch sich an den Apenninen sowie an den Alpen zusätzlich Staueffekte ergeben. Aber auch die Küstenregionen Südostspaniens, Südfrankreichs sowie am Dinarischen Gebirge und weiteren Gebirgsgruppen des Balkans bis hin nach Anatolien sind immer wieder von Sturzfluten betroffen.

M.Sc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 14.09.2022
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