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Schnee, Eisregen, Blitzeis – Entstehung und Begriffserklärungen

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Am Mittwoch, teils auch am gestrigen Donnerstag, brachten außergewöhnliche Wetterereignisse den normalen Alltag vieler Bundesbürger ganz schön durcheinander. „Eis-Hexe GERTRUD“ (Schlagzeile einer bekannten deutschen Tageszeitung) bescherte dem Süden und der Mitte Deutschlands gebietsweise erhebliche Glätte durch gefrierenden Regen, Eisregen und Schnee. Gemeint war Tief GERTRUD mit seiner ausgeprägten Luftmassengrenze quer über Deutschland. Diese Luftmassengrenze trennte kalte Polarluft im Norden von subtropischer Warmluft im Süden. Treffen solche unterschiedlichen Luftmassen aufeinander, ist dies meist mit kräftigen Niederschlägen verbunden, die auf der kalten Seite als Schnee und auf der warmen Seite als Regen fallen (Abbildung 1). Im Übergangsbereich kommt es oft zu einer Zone mit „unterkühltem Regen“ (umgangssprachlich als „Eisregen“ bezeichnet), der spiegelglatte Straßen und dicke Eispanzer an Gegenständen und der Vegetation verursachen kann. Wie diese unterschiedlichen Niederschlagsarten entstehen und warum nicht nur Schnee, sondern auch Regen erhebliche Glätte nach sich ziehen kann, klären wir im heutigen Thema des Tages.

Niederschlag entsteht, wenn in einer Wolke Wassertropfen und Eiskristalle zum Beispiel an Frontensystemen oder an Gebirgszügen zum Aufsteigen gezwungen werden. Dabei kühlen sich die Teilchen ab, stoßen mit anderen zusammen, verschmelzen miteinander zu größeren Teilchen oder ändern ihre Phase von Wasser zu Eis. Diese komplexen Vorgänge der Niederschlagsbildung werden im sogenannten „Bergeron-Findeisen-Prozess“ beschrieben, der heute aber nicht Thema sein soll. Um abzuleiten, welche Niederschlagsart am Boden ankommt, verfolgen wir den Weg der bereits gebildeten Niederschlagsteilchen vom oberen Bereich der Wolke bis zum Erdboden. Dieses Vorgehen wird als „Top-Down-Methode“ bezeichnet und kann anhand von gemessenen (Radiosondenaufstiege) oder vorhergesagten Vertikalprofilen von Temperatur und Taupunkt vollzogen werden.

Zunächst muss der Oberrand der Wolke bestimmt werden. Innerhalb der Wolke ist die Luft gesättigt, die Kurven von Temperatur und Taupunkt liegen also übereinander. Im Vertikalprofil von Abbildung 2 ist dies zwischen 950 hPa (ca. 500 m über Meeresniveau) und 530 hPa (ca. 5,3 km ü. NN) der Fall. Darüber gehen die Kurven auseinander, die Luft ist also nicht mehr gesättigt und es sind somit keine Wolken vorhanden. Ist die Wolkenoberkante bestimmt, kommt es auf die Temperatur in dieser Höhe an. Anders als es der Laie vermuten würde, findet man in der Wolke auch bei Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt weiterhin flüssige Wassertropfen vor. Diese haben trotz ihrer flüssigen Phase eine Wassertemperatur unter 0 °C und man spricht von „unterkühlten Wassertropfen“. Studien haben gezeigt, dass bei Temperaturen über -10 °C am Oberrand der Wolke diese mit hoher Wahrscheinlichkeit nur aus unterkühlten Wassertropfen bestehen. Erst bei etwa -10 °C befinden sich in 60 % der Wolken Eiskristalle, bei -15 °C ist dies in 90 % der Wolken der Fall.

Im Beispiel von Abbildung 2 liegt die Temperatur am Oberrand der Wolke bei etwa -15 °C (zum Ablesen der Temperatur verfolgen Sie hierzu die diagonal von oben rechts nach unten links verlaufenden durchgezogenen Linien). Somit ist auszugehen, dass in dieser Wolke Schneekristalle gebildet wurden. Nun verfolgen wir den Weg dieser Schneeflocken bis zum Boden. Sie gelangen dabei zwar in wärmere Luftschichten, die Temperaturkurve bleibt aber bis zum Boden unter dem Gefrierpunkt (blaue Linie). Die Schneeflocken können also auf ihren Weg nach unten nirgendwo schmelzen, sodass es am Erdboden zu Schneefall kommt.

Anders sieht es im Profil von Abbildung 3 aus. Auch hier werden in der Wolke wahrscheinlich Schneekristalle gebildet, da die Temperatur am Oberrand der Wolke (ca. 570 hPa; 4,6 km ü. NN) bei etwa -12 °C liegt. In diesem Beispiel gelangen die Schneeflocken beim freien Fall in Luftschichten mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt (rote Fläche zwischen 840 und 930 hPa bzw. 1600 und 700 m ü. NN). Diese „warmen Nasen“ entstehen, wenn wärmere Luftmassen auf bodennahe Kaltluftschichten aufgleiten, wie es häufig bei Warmfronten oder Luftmassengrenzen der Fall ist. Als Faustregel kann man annehmen, dass Temperaturen von +3 °C für das komplette Schmelzen der Schneeflocken benötigt werden. Bei +1 bis +3 °C schmelzen die Schneekristalle teilweise (d.h. Schneeregen am Boden) und bei weniger als +1 Grad fällt am Boden meist (nasser) Schnee. In unserem Fall schmelzen die Schneeflocken komplett zu Regentropfen. Diese gelangen in den untersten 500 Metern wieder in kalte Luftschichten unter 0 °C (blaue Fläche). Somit werden die Tropfen wieder abgekühlt und erreichen als „unterkühlter Regen“ bzw. „Eisregen“ den Boden.

Durch den mechanischen Impuls beim Auftreffen auf den Boden oder anderen Gegenständen kristallisieren diese Wassertropfen schlagartig zu Eis. Bei hohen Regenmengen können sich dicke Eispanzer bilden, die zu Eisbruch an Bäumen und berstenden Stromleitungen führen können. Auf Straßen und Wegen kommt es zu erheblicher Eisglätte, die im Volksmund wegen ihres schlagartigen Auftretens oft als „Blitzeis“ bezeichnet wird und wogegen präventiv ausgebrachtes Streusalz auch nur begrenzt hilft. Dieses schlagartige Gefrieren können Sie übrigens selbst in einem Versuch beobachten, indem Sie Wasser in einer Plastikflasche für wenige Stunden ins Gefrierfach legen, die Flasche anschließend ganz vorsichtig herausnehmen und kurz auf den Tisch stoßen. Durch den Aufprall kristallisiert binnen weniger Sekunden das gesamte unterkühlte Wasser zu Eis.

Im dritten Beispiel handelt es sich um sogenannten „gefrierenden oder unterkühlten Sprühregen“ (Abbildung 4). Am vorletzten Donnerstag (11. Januar) und in der darauffolgenden Nacht kam es in einem Streifen von NRW über Süd-Niedersachsen und Sachsen-Anhalt bis nach Berlin und Brandenburg zu spiegelglatten Straßen und zahlreihen Verkehrsunfällen. An diesem Tag wurde eine Hochnebeldecke durch einen herannahenden Trog geringfügig gehoben (siehe Thema des Tages vom 14. Januar). Die Stratus-Wolkenschicht reichte nur bis zu einer ausgeprägten Absinkinversion, in unserem Vertikalprofil in 920 hPa (ca. 800 m ü. NN). Da dort eine Temperatur von nur -3 °C vorherrscht, besteht diese Wolke aus unterkühlten Wassertropfen. Die Temperatur bleibt bis zum Boden unter dem Gefrierpunkt. Folglich kommt es am Boden zu „gefrierenden Sprühregen“, der wie Eisregen zu Glatteis führt. Anders als beim klassischen „unterkühlten Regen“ spielen hier schmelzende Schneekristalle in einer warmen Luftschicht keine Rolle.

Glätte kann zuletzt auch dann entstehen, wenn „normaler“ Regen (d.h. keine unterkühlten Tropfen) auf kalte Oberflächen trifft. Wurden Böden und Straßenbeläge während einer Kälteperiode durchgefroren, gefriert das Regenwasser ebenfalls zu Eis. Man spricht in diesem Fall von Glatteis durch „gefrierenden Regen“. Da dieser Prozess nicht so schlagartig wie bei unterkühltem Regen vonstattengeht, kann präventives Behandeln von Straßen mit Streusalz starker Glättebildung entgegenwirken.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.01.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Weiße Weihnachten?

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Für die meisten Menschen gehört Schnee zu Weihnachten wie die Kerzen auf den Adventskranz. Tatsächlich sind weiße Weihnachten ein recht seltenes Ereignis. Das letzte Mal, dass ganz Deutschland an Weihnachten unter einer geschlossenen Schneedecke lag, war 2010. Seit 1960 gab es dies nur viermal. Im Tiefland sind lediglich 10 % aller Weihnachten weiß, im Nordosten immerhin bis zu 20 %. Die Situation sieht nur in den Mittelgebirgen deutlich besser aus. Grund für die meistens milde Witterung ist das sogenannte, eine Witterungssingularität, die uns zu Weihnachten häufig eine milde Westwetterlage beschert. Wie es derzeit aussieht, erwartet uns auch dieses Jahr eine solche Westwetterlage. Bis gestern war jedoch unsicher, ob nicht doch ein kurzzeitiger Kaltlufteinbruch auf der Rückseite eigener Tiefdruckgebiete für Schneechancen sorgen könnte. Doch dazu später mehr.

Aktuell ist die Schneelage alles andere als üppig. Im Thüringer Wald und im Erzgebirge liegen in Höhenlagen oberhalb von etwa 700 m noch 10 – 15 cm Schnee. Im Bayerischen Wald ist es noch etwas mehr. Der Brocken meldet 17 cm. Auch in den Alpentälern sind es etwa 10 – 15 cm. Größere Schneemengen gibt es erst oberhalb von 1000 m, beispielsweise auf dem Fichtelberg mit 49 cm, dem Großen Arber mit 92 cm und dem Feldberg mit 71 cm. Diese Schneemengen sollten auch ein potenziell größeres Tauwetter überstehen, sodass oberhalb von 1000 m Schnee zu Weihnachten sicher ist.

Doch wie sieht es in den anderen Gebieten aus? Die aktuelle Großwetterlage ist eher ungünstig. Die Westwetterlage hat uns fest im Griff. Tiefdruckgebiete ziehen in rascher Abfolge auf einer Ost-West-Zugbahn von Island nach Südskandinavien ins Baltikum. Deren Fronten beeinflussen Mitteleuropa, was für stürmisches und regnerisches Wetter sorgt. Dabei wird meist sehr milde Atlantikluft herangeführt, die nur kurzzeitig auf der Rückseite der Tiefdruckgebiete von erwärmter Polarluft verdrängt wird. Diese Polarluft bringt am Donnerstag und Freitag im Mittelgebirgsraum Schnee. Im Bayerischen Wald werden dabei kräftige Schneefälle erwartet, die eine gute Grundlage für den Weihnachtsschnee bilden könnten.

Die weitere Wetterentwicklung war lange unsicher. Einige Modellläufe zeigten für Weihnachten eine Luftmassengrenze zwischen subtropischer Luft im Süden und polarer Kaltluft im Norden. In diesem Bereich wurde Schnee bis in tiefe Lagen simuliert. Andere Optionen rechneten sogar mit einem Kaltlufteinbruch, während wieder andere sehr mildes Wetter zeigten. Nun haben sich die milden Varianten durchgesetzt: Fast alle Modelle zeigen ein neues Tief auf einer nördlichen Zugbahn. Zu Heiligabend gelangt Mitteleuropa in den weit geöffneten Warmsektor dieses Tiefs, wobei für die Jahreszeit ungewöhnlich warme subtropische Luft herangeführt wird. Dazu wird es stürmisch und regnerisch. So setzt sich das Weihnachtstauwetter auch in den Gipfellagen der Mittelgebirge durch. Die Frage bleibt, wie lange die dortige Schneedecke dem Tauwetter standhalten kann. Dies dürfte nur in den östlichen Mittelgebirgen oberhalb von 800 m und in einigen Alpentälern der Fall sein. Im Tiefland werden zweistellige Höchstwerte erwartet. Auch wenn die Modelle sich relativ einig sind, bleibt bei solchen Wetterlagen in diesem Vorhersagezeitraum immer eine Restunsicherheit. Es ist also nicht auszuschließen, dass die Kaltluft, die nicht weit nach Norden zurückgedrängt wird, durch eine etwas andere Zugbahn der Tiefdruckgebiete doch noch ihren Weg zu uns findet. Deshalb besteht eine Restwahrscheinlichkeit von 5 % für weiße Weihnachten in tieferen Lagen, die im Nordosten etwas höher ist.

Wie sieht es jedoch bezüglich der weiteren Feiertage aus? Irgendwann im Laufe der Feiertage überquert uns die Kaltfront des Tiefs mit erwärmter Polarluft. Diese könnte zumindest im Bergland und im Nordosten etwas Schnee bringen. Laut den Modellprognosen ist selbst das noch sehr unsicher.

Als Fazit lässt sich festhalten, dass es zu Heiligabend voraussichtlich ziemlich mild wird. Dabei profitieren die Kammlagen der östlichen Mittelgebirge noch vom Restschnee. An den Weihnachtsfeiertagen wird es dann wahrscheinlich etwas kälter, aber ernstzunehmende Schneeoptionen bestehen nur für den Nordosten und das Bergland. Selbst wenn der Kaltlufteinbruch stärker ausfallen sollte, wird er nicht nachhaltig sein. Die derzeitige Westwindzirkulation ist sehr stabil und typisch für milde Winter. Eine nachhaltige Einwinterung wie noch zu Beginn des Dezembers ist derzeit also nicht in Sicht.

Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 19.12.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Der Winter kommt, aber auch mit Schnee?

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Die Wetterlage stellt sich ab der kommenden Nacht grundlegend um. Nachdem in den letzten Wochen Tiefdruckgebiete über Nordwest- und Westeuropa milde und feuchte Luftmassen atlantischen Ursprungs nach Deutschland geschaufelt haben, ändert sich die Strömung bzw. die Großwetterlage zum Wochenende grundlegend. Seither lag der Jetstream zonal von West nach Ost gerichtet über Mitteleuropa und infolgedessen war es kalten Luftmassen nicht gewährt nach Deutschland einfließen zu können. Doch die Konfiguration des Jets ändert sich nun. Zwischen einem ausgedehnten Rücken, der sich von der Iberischen Halbinsel bis nach Grönland erstreckt und einem Trog über Nordeuropa, kann die Strömung meridionalisieren, d.h. die Strömungsrichtung ändert sich auf Nord-Süd. Somit wird also der Weg frei für maritime Polarluft arktischen Ursprungs.

Genau diese Luftmasse kann ab der kommenden Nacht rückseitig einer nach Süden durchschwenkenden Kaltfront, die zum Tiefdruckkomplex NIKLAS über Nordeuropa gehört, einfließen. Mit Ankunft der kälteren Luftmasse sinkt die Schneefallgrenze sukzessive ab. Am Freitagmorgen liegt sie in der Nordhälfte bei 700-900 m und im Süden zunächst noch bei über 1200 m.

In den Alpen stellt sich ab Freitagfrüh, bei einer im Tagesverlauf bis in die Täler absinkenden Schneefallgrenze, eine Dauerschneefalllage ein. Bis Sonntagabend sind dann 30 bis 50 cm, in exponierten Staulagen um 80 cm möglich. Aufgrund des stürmischen Windes kann der Schnee erheblich verweht werden und sich mitunter an manchen Stellen hoch auftürmen und Straßen unpassierbar machen. Auch die Lawinengefahr wird deutlich ansteigen. In den Mittelgebirgen kann sich oberhalb von etwa 400-600 m in den nächsten Tagen eine Neuschneedecke zwischen 5 und 15 cm ausbilden. Im Schwarzwald und im Erzgebirge sind etwas höhere Neuschneemengen denkbar. In tieferen Lagen ist zwar vor allem in den Frühstunden eine weiße Überraschung nicht auszuschließen, aber lange hält sich der Schnee meistens nicht, da die Höchstwerte oftmals über dem Gefrierpunkt liegen und die Böden noch warm sind.

Etwas anders verhält es sich nordöstlich der Elbe. Dort fließt noch etwas kältere Luft ein, als im Westen und oftmals werden auch tagsüber nur Höchstwerte um den Gefrierpunkt erreicht. Somit kann sich dort bis Sonntagmittag eventuell eine dünne Neuschneeauflage ausbilden. Allerdings ist dort die Niederschlagsneigung etwas geringer, da sich wahrscheinlich der Skandenföhn bis in den Nordosten Deutschlands auswirkt.

Der Wettercharakter für Freitag und das Wochenende ist schnell zusammengefasst. Immer wieder kommt es zu Schnee-, Schneeregen- und Regenschauern. Größere Niederschlagspausen und sonnige Lücken in der Wolkendecke stellen sich zeitweise im Nordosten und Norden ein. Der Wind weht insbesondere am Freitag noch stürmisch aus West bis Nordwest und lässt im Laufe des Wochenendes nach.

Ein erster Trend für die nächste Woche zeigt, dass es in den Mittelgebirgen und wohl auch in der Osthälfte des Landes winterlich weitergeht. Oftmals kommt es zu Dauerfrost.

Inwiefern noch weiterer Schnee fällt und ob es auch in der Westhälfte für eine Schneedecke bis ins Tiefland reicht, muss abgewartet werden. Die Chancen dafür standen schon schlechter und es gibt durchaus einige Modellberechnungen, die zumindest zeitweise Schneefälle für weite Teile des Landes auf der Agenda haben. Der kommende Winter zeigt also schon mal seine Zähne.

Dipl.-Met. Marcel Schmid
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 23.11.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Regen, Regen und nochmals Regen!

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Viele, aber vor allem die älteren Leser erinnern sich bestimmt noch sehr gut an den zeitlosen Klassiker “November Rain“ von “Guns n Roses“. Und genau das ist auch das Stichwort beim Wetter in den nächsten Tagen.

Verantwortlich hierfür ist eine weiterhin sehr aktive Westwetterlage, wodurch immer wieder Tiefausläufer vom Atlantik nach Mitteleuropa gelenkt werden. Dadurch kam es bereits in den letzten Wochen immer wieder zu Regenfällen, sodass die Böden in einigen Regionen bereits schon reichlich gesättigt sind. Nach einer kurzen Wetterberuhigung am morgigen Sonntag, beeinflusst bereits am Sonntagnachmittag die Okklusion eines Teiltiefs über dem Nordmeer das Wettergeschehen im Südwesten Deutschlands. Dahinter gelangen dann zunehmend sehr feuchte und auch deutlich wärmere Luftmassen in die Südwesthälfte Deutschlands geführt. Gleichzeitig liegt der Nordosten zu Beginn der Woche weiterhin unter der eingeflossenen kühlen, maritimen Polarluft, sodass sich eine recht markante Luftmassengrenze über Deutschland erstrecken wird. Diese Luftmassengrenze wird dadurch gestützt, dass wir uns zu Wochenbeginn im Ausgangsbereich des befinden. Dadurch verlangsamt sich die Höhenströmung, was auch Auswirkungen auf die Verlagerung der Fronten in der unteren Troposphäre hat.

Doch der Reihe nach. Zunächst einmal wird im äußersten Südwesten bereits im Laufe des Sonntags in Verbindung mit der Okklusion Niederschlag einsetzen. In der noch kühlen Luftmasse ist anfangs bis in mittlere Lagen (ab etwa 700 m) Schneefall mit dabei. Dort kann es teils um 5 cm, exponiert sogar bis 10 cm Neuschnee geben.

In der Nacht auf Montag folgt dann rasch eine Warmfront eines neuen Randtiefs. Damit werden feuchte und zunehmend sehr milde Luftmassen herangeführt, wodurch teils kräftige Regenfälle einsetzen. Diese breiten sich bis zum Montagabend bis zur Elbe aus. In den Staulagen der südwestdeutschen Mittelgebirge, sowie im Allgäu kommen dabei innerhalb von 24 Stunden örtlich über 50 Liter pro Quadratmeter Niederschlag zusammen. Aber auch in den anderen Regionen in der Südwesthälfte fallen häufig 10 bis 25 Liter pro Quadratmeter. Ausgenommen bleibt dagegen vorerst lediglich der Nordosten. Somit steigt im Süden an kleineren Flüssen die Hochwassergefahr an. Ein größeres Hochwasser ist aber vorerst nicht in Sicht!

Am Dienstag kommt die Kaltfront des Randtiefs auf ihrem Weg nach Süden kaum noch voran. Wodurch es voraussichtlich im äußersten Süden vom Südschwarzwald ostwärts bis zum Alpenrand zu weiteren kräftigen Regenfällen kommen kann. Allerdings ist diese Entwicklung hinsichtlich der Lage und der Niederschlagsmengen noch mit einigen Unsicherheiten behaftet.

Auch im weiteren Verlauf der Woche bleibt uns diese Wetterlage erhalten. Die Frontalzone, welche warme Luftmassen in den Subtropen von kalten Luftmassen der polaren Breiten trennt, erstreckt sich weiterhin über Mitteleuropa. Dadurch erreichen uns auch in der Folge immer wieder Tiefausläufer mit jeder Menge Niederschlag im Gepäck.

M.Sc. Meteorologe Nico Bauer
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 11.11.2023
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst