Von Permafrost (oder Dauerfrost) wird gesprochen, wenn die Temperatur des Bodens in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Jahren ununterbrochen unter null Grad Celsius liegt. Der Untergrund kann dabei aus Gestein, Sedimenten oder Erde bestehen und unterschiedlich große Eismengen enthalten. Meist reicht der Permafrost einige hundert Meter tief ins Erdinnere, im nordöstlichen Sibirien sogar bis zu einer Tiefe von circa 1,6 Kilometer. Grundvoraussetzung für eine solch mächtige Schicht sind eine geringe isolierende Schneedecke und eine fehlende Vereisung. Durch die gute Isolationswirkung tritt Permafrost auch unter Moor und Wald auf. Teilweise erreicht er dort sogar seine größte Mächtigkeit.

Bereits im Jahr 2019 schrieb meine Kollegin Magdalena Bertelmann ein Thema des Tages über die möglichen Auswirkungen, die ein Auftauen der Permafrostböden zur Folge haben könnten (siehe ). Wussten Sie aber, dass es selbst in Deutschland Permafrost gibt?

Nun ist es sicherlich kein Geheimnis, dass es auf der Zugspitze alpinen Permafrost gibt. Allerdings findet man in einer Geröllhalde am Südhang des Berges Dornburg nördlich von Limburg an der Lahn im Westerwald in Hessen ebenfalls „ewiges Eis“. Dabei handelt es sich um ein recht seltenes Phänomen. Dabei wirkt die Geröllhalde wärmeisolierend. In einer Tiefe von etwa 50 Zentimeter bis zu zwei Meter findet man sodann massives Eis. Das darunterliegende Erdreich ist sogar bis zu acht Metern Tiefe gefroren. Natürlich schmilzt das Eis im Sommer ab und der gefrorene Erdboden taut bis zu einer Tiefe von rund zweieinhalb Metern auf. Im Winter bildet sich das Eis jedoch neu und auch der Boden friert wieder vollständig zu.

Aber wie erklärt sich dieser Effekt?
Prinzipiell lässt es sich mit der Neigung der Halde und den Basaltsteinen recht gut erklären. Durch die Steilheit der Halde entsteht ein sogenannter Kamineffekt. Die Steine besitzen hingegen große Lücken, wodurch ein stetiger Luftzug ermöglicht wird. Zudem isolieren sie die Halde nach außen hin. Aufgrund dieser Isolation ist die Luft im Innern der Halde wärmer als die Außenluft und steigt deshalb auf (wärmere Luft ist leichter als kältere). Entsprechend muss von außen kalte und feuchte Luft nachströmen. Diese kühlt wiederum die Steine ab und es bildet sich aufgrund des Wasserdampfgehaltes Eis. Dabei wird erneut Wärme frei (sogenannte latente Wärme), die ebenfalls aufsteigt und der Prozess wiederholt sich.

Im Sommer kehrt sich der Prozess dann um. Die Luft innerhalb der Halde ist aufgrund des kühlenden Eises kälter als die Außenluft. Entsprechend sinkt die Luft ab und tritt am Fuße aus der Halde heraus, wodurch dort dann ein eisiger Luftzug spürbar wird. Von oben strömt nun wärmere Außenluft nach, die in der Folge vom bestehenden Eis ebenfalls abgekühlt wird. Die in der Außenluft enthaltene Feuchte kann dann selbst im Sommer gefrieren und ersetzt so zumindest einen Teil des geschmolzenen Eises.

Seit 1927 ist die Halde Teil des „Naturschutzgebiets Dornburg“. Davor hatte sich eine Brauerei in der Nähe niedergelassen, um diese als Kältequelle zu nutzen. Aber der Westerwald ist nicht der einzige Ort im Bereich der Mittelgebirge, wo sich ewiges Eis hält. Neben dem Harz und der Rhön findet man dieses auch im Thüringer Wald, im Schwarzwald sowie im Böhmischen Mittelgebirge im Norden von Tschechien. Dass diese Blockhalden besonders sind, sieht man nicht nur an ihrem Eis. Es haben auch bestimmte Tierarten seit der Eiszeit dort überdauern können, die sonst nur an Gletscherrändern vorkommen (z.B. Alpenspitzmaus).

MSc.-Met. Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 03.02.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Wer kennt es nicht? Man macht sich am Morgen vor dem Spiegel die Haare, verlässt mit einer nahezu perfekten Frisur das Haus und dann passiert es… Eine Windböe jagt durch die Straße und legt die Haare kurzerhand auf die andere Seite der Schädeldecke oder stellt sie kerzengerade auf: Fertig ist die “Sturmfrisur”.

In dieser Woche wird es wahrscheinlich einigen Menschen ähnlich ergehen. Denn nach einem windigen Auftakt am Montag und Dienstag geht es heute mit starken bis stürmischen, teils auch Sturmböen weiter. Auch über das Wochenende hinweg bleibt es windig und wechselhaft. Woran liegt das?

Deutschland befindet sich zurzeit wettertechnisch “zwischen den Stühlen”. Während ein Tiefdruckgebiet nach dem anderen über Skandinavien und die Ostsee hinwegjagt, hält sich über dem nahen Nordostatlantik vor den Toren Westeuropas tapfer hoher Luftdruck. Am Montag standen sich noch Tief “Nicolas” und Hoch “Beate” gegenüber, heute steigen hingegen Tief “Oleg” und Hoch “Cäcilie” in den Ring.

Wir befinden uns quasi dazwischen in einer strammen nordwestlichen Strömung, die uns gut durchbläst. Eingelagert in diese Strömung sind auch wiederholte schauerartige Niederschläge. Aufgrund der einfließenden milderen Meeresluft fällt dabei meist Regen – es gibt jedoch Ausnahmen. Insbesondere höher gelegene Nordweststaulagen sollten ebenfalls etwas Neuschnee abbekommen. Interessant wird es insbesondere im Bayerischen Wald und an den Alpen. Denn dort können sich die Schneemengen von Mittwoch bis Freitag in höheren Lagen auf 30 bis 80 Zentimeter akkumulieren. Am östlichen Alpenrand sind sogar punktuell 100 Zentimeter drin. Damit nicht genug, am Wochenende stehen dort laut aktueller Modellrechnungen sogar noch weitere Schneefälle an. Das Wetter ist also recht spannend in dieser Woche!

Allerdings hängt man als Laie immer ein wenig “in der Luft”, wenn es darum geht, Neuschneemengen oder Windgeschwindigkeiten realistisch einzuordnen. Deshalb kann ein Blick auf die vergangenen Rekordwerte helfen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie heftig das bevorstehende Wetterereignis ausfallen könnte. Selbstverständlich hängt dies natürlich auch immer von den lokalen Gegebenheiten, der Anfälligkeit der Infrastruktur, etc. ab.

Beginnen wir beim Wind: Bereits an den vergangenen beiden Tagen konnten an der Nordsee und Ostsee schwere Sturmböen um 100 Kilometer pro Stunde (kurz: km/h), teils sogar orkanartige Böen bis 115 km/h registriert werden. Für die Küstenregionen stellt dies in der Regel kein allzu großes Problem dar. Bei einem ausgewachsenen Orkantief sehen die Norddeutschen schon mal Windgeschwindigkeiten weit über 120 km/h. Spitzenreiter ist die Station List auf Sylt, die sagenhafte 184 km/h registrierte, als Orkantief “Anatol” über den Süden Skandinaviens und die Ostsee am 03. Dezember 1999 hinweg zog.

Anders sah es gestern in Berlin aus. Dort zog am späten Dienstagabend ein Gewitter auf, das nicht nur mit Blitzen und Donner einherging. Die Station in Berlin-Tempelhof registrierte gegen 20:39 Uhr eine Böe mit einer Windgeschwindigkeit von 99 km/h. Zwar sind dem Autor bisher keine nennenswerten Schäden bekannt, dennoch kann eine solche Böe in einer dicht besiedelten Großstadt natürlich größere Auswirkungen besitzen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Stadt deutlich seltener von solchen Windgeschwindigkeiten heimgesucht wird. Besonders gefährlich sind dann herabstürzende Äste, Dachziegel oder umherfliegende lose Gegenstände. Auch einzelne Bäume können dabei entwurzelt werden.

Und wie sieht es beim Schnee aus? Wie sind die 100 Zentimeter am östlichen Alpenrand einzuordnen?
Der schneereichste Ort Deutschlands im Stationsnetz des Deutschen Wetterdienstes ist – wenig überraschend – die Zugspitze. Allerdings lässt die zurzeit dort gemessene Schneehöhe sehr zu wünschen übrig. Nach einer außergewöhnlich milden Periode ab der zweiten Dezemberhälfte bis in den Januar kommt der höchste Berg Deutschlands momentan lediglich auf eine Schneehöhe von 155 Zentimeter. Um an einem 01. Februar solch niedrige Schneehöhen zu sehen, muss man schon ins Jahr 2007 zurückblicken. Betrachtet man die höchste, am 01. Februar gemessene Schneehöhe, so stammt diese auf dem Jahr 1981 mit 530 Zentimetern. Die Rekordschneehöhe auf der Zugspitze stammt hingegen vom 26. April 1980 mit sagenhaften 780 Zentimeter.

Auch wenn man sich in tieferen Lagen umschaut und beispielhaft die Station Reit im Winkl im Chiemgau herauspickt, so sind die dortigen 15 Zentimeter Schneehöhe derzeit eher schwach. Am 01.02.1963 lagen dort beispielsweise schon 145 Zentimeter, geht man noch etwas weiter zurück, so wurden am 10.03.1945 sagenhafte 221 Zentimeter gemessen. Wie dem auch sei, die Alpenregionen können den Neuschnee auf jeden Fall gut vertragen.

Die Frage ist eben nur, in welcher Zeit solche Mengen niedergehen und wo. Da die Neuschneemengen voraussichtlich nur in höheren Berglagen zusammenkommen, sollten sich die Auswirkungen auf die Infrastruktur meist in Grenzen halten. Höher gelegene Straßen und Wege können jedoch stellenweise unpassierbar werden. Aber auch in einigen Alpentälern ist nicht ganz ausgeschlossen, dass es dort zumindest vorübergehend auch mal bis in tiefe Lagen schneit. 100 Zentimeter sind dann aber nicht drin. Wie dem auch sei, für die Hochlagen sind Mengen bis 100 Zentimeter in 48 Stunden ebenfalls recht selten. Entsprechend laufen aktuell auch Unwetterwarnungen für die entsprechenden Höhen. Dazu kann dort ein stürmischer Wind für größere Schneeverwehungen und Triebschneeansammlungen sorgen, wodurch auch eine erhöhte Lawinengefahr aufkommen dürfte.

Weitere Infos zur Wetterlage sowie stets aktuelle Warnungen finden Sie unter www.dwd.de oder in der WarnWetter-App. Schauen Sie doch mal rein! Denn neben Sturm und Schnee können durchaus auch lokal eng begrenzt Gewitter, Dauerregen, Frost und Glätte auftreten.

MSc.-Met. (Meteorologe) Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.02.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

 

Der globale Kohlenstoffkreislauf spielt im Erdsystem eine zentrale Rolle. Kohlendioxid (CO2) wird permanent zwischen Atmosphäre, Ozean und Landoberflächen ausgetauscht. Im Ozean sowie in der Vegetation und in Böden wird Kohlenstoff umgewandelt und zum Teil langfristig gespeichert. Messungen von Eisbohrkernen zeigen, dass die CO2-Konzentration während des Holozäns, also der jüngsten 10.000 Jahre seit der letzten Eiszeit bis zu Beginn der industriellen Revolution um 1750 nahezu konstant bei ca. 280 ppm lag.

Seitdem wird der natürliche Kohlenstoffkreislauf durch den Menschen hochgradig gestört. Durch die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, durch massive Änderungen der Landnutzung (z.B. Rodungen von Wäldern) und durch die Herstellung von Zement entstehen gewaltige Mengen CO2, die in die Atmosphäre emittiert werden.

Gegenüber dem vorindustriellen Gehalt ist die CO2-Konzentration in der Atmosphäre um fast 50% auf über 415 ppm gestiegen; das entspricht einer Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre von 880 Gigatonnen. Ein Teil dieses freigesetzten CO2 wird über den Kohlenstoffkreislauf von den Ozeanen und der Landbiosphäre aufgenommen. Der Rest akkumuliert in der Atmosphäre, verstärkt den Treibhauseffekt und trägt maßgeblich zur globalen Erwärmung des Erdklimas bei.
Genau diese Zusammenhänge, Rückkopplungen und Prozesse des Kohlenstoffkreislaufs werden in der neuen Ausgabe der meteorologischen Fortbildungszeitschrift promet näher beleuchtet. Vom Anstieg der CO2-Konzentration (Abb.1) und welchen Anteil die Verbrennung fossiler Energieträger daran hat (Abb. 2) über die Auswirkungen der zunehmenden Landnutzung weltweit (Abb. 3) bis hin zur Rolle des Ozeans und die Folgen für das Ökosystem Meer.

Natürlich wird auch ein Blick in die Zukunft geworfen: Welcher Temperaturanstieg ist zu erwarten, wenn wir weiter so viel CO2 emittieren wie bisher und womit würden wir unter der 2-Grad-Grenze bleiben (siehe Abb. 4)? Auch die viel diskutierten Geoengineering-Verfahren, um CO2 nachträglich aus der Atmosphäre zu entfernen, werden auf Potential, Kosten und Nebenwirkungen untersucht (siehe Abb. 5).

Ein vielseitiges und lehrreiches Heft also, das nicht nur für Meteorologen die Kenntnisse über den Kohlenstoffkreislauf vertieft, sondern durch das auch der interessierte Leser bei der nächsten Diskussion über den Klimawandel am Familientisch mit Fachwissen glänzen kann.

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 30.01.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Am vergangenen Freitag ging in Teilen der Nordinsel von Neuseeland sprichwörtlich die Welt unter. Insbesondere rund um Auckland fiel innerhalb weniger Stunden so viel Niederschlag, wie sonst im gesamten Sommer. Der Wetterdienst von Neuseeland meldete in einem Zeitraum von Freitag Mitternacht bis Samstagmittag (36 h) Werte von über 300 mm. In Auckland hat die Station im Albert Park 299,5 mm gemessen. Ein großer Teil des Niederschlags fiel dabei am Freitag zwischen 3 Uhr und 21 Uhr (18 h). In Auckland Albany waren dies zum Beispiel 260,6 mm.

Auswirkungen

Es überrascht nicht, dass eine solch große Regenmenge in einer Millionenstad wie Auckland zu verheerenden Folgen geführt hat. Ganz Straßenzüge standen unter Wasser, sodass ein großer Teil des Straßenverkehrs zusammengebrochen ist. Zahlreiche Häuser wurden überflutet, so unter anderem auch der Flughafen. Leider sind bei den Überflutungen auch mindestens drei Menschen ums Leben gekommen.

Klimatologische Einordnung

Betrachtet man die klimatologische Einordnung der Regenfälle, dann wird schnell klar, dass es sich um ein außergewöhnliches Ereignis handelt. Die Aufzeichnungen am Flughafen von Auckland gehen bis 1962 zurück. Der bisherige Rekord für 24-stündige Niederschlagsmengen lag dort bei 161,8 mm am 17.Februar 1985. Dieser Rekord wurde um ganze 100 mm überboten und damit nahezu pulverisiert. Das Ereignis vom Freitag lässt sich also ohne Probleme als Jahrhundertereignis einstufen, auch wenn in Zeiten des Klimawandels solche Aussagen mit Vorsicht zu genießen sind.

Ursachen für das Ereignis

Was aber sind die Gründe für das außergewöhnliche Ereignis vom Freitag? Um große Niederschlagssummen zu bekommen, braucht es im Wesentlichen zwei Hauptzutaten: Erstens eine große Niederschlagseffizienz und zweitens eine möglichst lange Andauer.

Niederschlagseffizienz

Bei der Niederschlagseffizienz geht es darum möglichst viel Flüssigwasser in der Wolke zu produzieren. Um das zu erreichen, benötigt man in der gesamten Troposphäre möglichst viel Feuchtigkeit.
Man kann sich zum Beispiel sogenannte Vertikalprofile anschauen. Dargestellt werden immer die Temperatur und der Taupunkt. Letzterer ist ein Maß für den Feuchtegehalt der Luft. Wenn die Temperatur dem Taupunkt entspricht, dann ist die Atmosphäre mit Wasserdampf zu gesättigt (relative Feuchte: 100 %). Betrachtet man ein Analyseprofil unseres ICON-Modells an, so erkennt man, dass alle Luftschichten bis zur Tropopause bei etwa 12 km Höhe entweder gesättigt sind, oder eine hohe relative Luftfeuchte aufweisen.
Ein anderes Maß zu Beurteilung ist die sogenannte Dicke der warmen Wolkenschicht. Darunter versteht man den Bereich der Wolke, in dem die Temperatur über 0 Grad liegt und entsprechend viel Flüssigwasser angereichert werden kann. Man sieht, dass die Nullgradgrenze auf eine Höhe von fast 4000 m liegt, was in etwas auch der Dicke der warmen Wolkenschicht entspricht. In aller Regel kann man bei einer Dicke von mindestens drei Kilometern davon ausgehen, dass das Potential für viel Flüssigwasser vorhanden und die beteiligte Luftmasse subtropischen Ursprung hat. Dies war an diesem Tag gegeben.

Ein weiteres gutes Maß für die Niederschlagseffizienz ist die Menge an ausfällbaren Wasser. Es handelt sich dabei um ein Maß um den potentiellen Wassergehalt einer Wolke beurteilen zu können. Werte die über 30 oder gar 40 mm (oder kg/m²) liegen, sind als hohe Werte einzustufen. Für die relevante Gegend in Neuseeland wurden Werte bis nahe 50 mm erreicht.

Andauer

Auf der nachfolgenden Karte kann man auch noch etwas zur zweiten Zutat sagen, der Andauer. Man erkennt, dass knapp westlich von Auckland ein Tiefdruckgebiet lag, während über dem nahen Pazifik ein kräftiges Hoch zu finden war. Damit ergab sich eine nord-nordöstliche Anströmungsrichtung, die in 1km Höhe eine Geschwindigkeit bis 85 km/h aufwies. Zudem war die Anströmung konvergent, das heißt, die Winde strömten zusammen. So kam die Strömung westlich der Konvergenz aus Norden, während sie weiter östlich eher aus Nordost kam. Wenn Luft zusammenströmt, dann hat das zur Folge, dass diese aufsteigen muss (Hebung). Das resultierende kräftige Hebungsgebiet lag nun nahezu ortsfest über mehrere Stunden genau im Anströmungsbereich von Auckland. Die Folge war eine lange Andauer der Niederschläge

Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass die Region im Anströmungsbereich eine Luftmasse mit hoher Niederschlagseffizienz lag, die zudem nahezu ortsfest über mehrere Stunden liegen blieb. Beide Zutaten zusammengenommen führten zum beschriebenen Ergebnis. Weitere Einflussfaktoren waren zudem die hohen Anomalien der Wassertemperatur sowie die Orografie und Oberflächenbeschaffenheit der Region. Durch das außergewöhnlich warme Meereswasser konnte zusätzlich viel Flüssigwasser verdunsten und so den Wassergehalt nochmals erhöhen. Hügeliges Gelände und versiegelte Stadtflächen wirkten begünstigend auf das Überflutungsgeschehen.

Wie geht es weiter?

Zu guter Letzt noch ein Blick auf die Aussichten. Auch weiterhin muss in den nächsten Tagen mit teils kräftigen Niederschlägen gerechnet werden. Diese liegen zwar bezüglich der Mengen voraussichtlich etwas niedriger als am Freitag, bei der Vorgeschichte sind diese aber allemal für neue Überschwemmungen ausreichend, zumal punktuell auch nochmal etwas größere Mengen auftreten können. Entsprechend gibt es vom Wetterdienst Neuseelands auch wieder neue Warnungen

Dipl.-Met. Marcus Beyer
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 29.01.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst