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Die Deckenkugel 

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Die Atmosphäre ist eine Zwiebel! Dieser Satz eignet sich als „Icebreaker“ hervorragend, stimmt aber natürlich nicht. Dass der schichtartige Aufbau der Atmosphäre eine gewisse Ähnlichkeit zur Struktur einer Zwiebel hat, ist jedoch nicht völlig aus der Luft gegriffen. Im Thema des Tages vom 17.10.2025 wurde schon ein kurzer Überblick über die verschiedenen Schichten gegeben. Dem Aufbau der Atmosphäre folgend, ist nun nach Betrachtung der Troposphäre im TdT am 01.11.2025 die Stratosphäre an der Reihe.

Der Name dieser Schicht leitet sich aus dem lateinischen Wort „strātum“ – Decke/Schicht und dem altgriechischen Wort „sphaira“ – Kugel ab. Die Stratosphäre schließt an den oberen Rand der Troposphäre (bzw. der Tropopause) an und erstreckt sich bis in eine Höhe von etwa 50 km, wo sie dann von der Stratopause begrenzt wird. Da sich das Wetter vorrangig unter ihr abspielt, ist sie wie eine Decke, die darüber liegt. Der Name „Deckenkugel“ beschreibt diesen Aspekt also ziemlich treffend.

Grundlage für die Abgrenzung dieser Schicht ist der vertikale Temperaturgradient. In der Troposphäre ist dieser negativ, in der Stratosphäre kehrt er sich jedoch auf einmal um und es wird wärmer mit der Höhe – von -50 °C bis -80 °C an der Unterkante, liegt die Temperatur am Oberrand der Stratosphäre wieder bei rund 0 °C! Woran liegt das? Ausschlaggebend hierfür ist einerseits natürlich die Einstrahlung der Sonne, andererseits spielt ein ganz besonderes Molekül eine große Rolle. Es ist das Ozon (O3).

Von Ozon hört man oft genau dann viel, wenn es gerade fehlt. Ozon hat die Eigenschaft, dass es einen ganz speziellen Teil der Sonneneinstrahlung absorbiert. Die absorbierte Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt und erklärt die Temperaturinversion in der Schicht. Der sogenannte „Chapman-Zyklus“ beschreibt dabei den Kreislauf des Ozons. Ultraviolette Strahlung (der Wellenlänge λ<230 nm) lässt Sauerstoffmoleküle (O2) in zwei einzelne Sauerstoffatome (O) zerfallen. Solch ein Sauerstoffatom kann sich nun wiederum an ein Sauerstoffmolekül hängen und es entsteht Ozon. Nach dieser Rechnung wird nun andauernd Ozon produziert. Ein Gleichgewicht stellt sich dadurch ein, dass Ozon unter Einfluss ultravioletter Strahlung (der Wellenlänge λ<310 nm) zu einem Sauerstoffmolekül und einem Sauerstoffatom zerfällt und somit abgebaut wird. Das Ozon filtert somit die für uns gefährliche UV-Strahlung aus dem Sonnenlicht. 

Abb. 1: Schematische Darstellung des Chapman-Zyklus. 

Ein Fehlen jenes Schutzschildes in Form des bekannten Ozonlochs ist deshalb gefährlich. Die Maßnahmen zum Schutze der Ozonschicht, allen voran das Montrealer Protokoll von 1987, regulieren die Verwendung von Ozon-abbauenden Stoffen und helfen bei der Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes der Ozonschicht. Dies ist das beste Beispiel dafür, dass globale Probleme tatsächlich durch Zusammenarbeit und Abkommen zwischen möglichst vielen Ländern lösbar sind!

Ein anderes spannendes Thema der Stratosphäre sind „Polare Stratosphärenwolken“, die sogar entstehen, obwohl so gut wie kein Wasserdampf in dieser Schicht vorhanden ist. Im jeweiligen Winter ist es möglich, dass die Temperatur im Umfeld der Pole unter -78 °C fällt. Diese Temperaturen sind tief genug, damit sich unterkühlte Tröpfchen oder Kristalle aus Salpeter- oder Schwefelsäure bilden können. Wenn Licht auf die Kristalle fällt, dann entstehen durch Beugungseffekte und Interferenz des Lichts faszinierende Farbverläufe, weswegen diese Art der Wolken auch „Perlmuttwolken“ genannt wird. 

Abb. 2: Bild von Stratosphärenwolken. 

Nun können wir noch einen Blick auf die mittlere Luftzirkulation in der Stratosphäre werfen. Hier ist die „Brewer-Dobson-Zirkulation“ das hervorstechende Element. Sie entsteht dadurch, dass tropische Luft bis in die Stratosphäre und sogar zum Teil in die darüber befindliche Mesosphäre aufsteigt. Dort teilt sie sich und wird während sie absinkt polwärts verlagert. Sie sorgt dafür, dass die Stratosphäre sowohl mit der Troposphäre gekoppelt ist. 

Abb. 3: Schematische Darstellung der Brewer-Dobson-Zirkulation. 

Wir haben nun etwas über die Wichtigkeit von Ozon gelernt und ein hervorragendes Beispiel dafür kennengelernt, dass selbst so komplexe Probleme wie das Ozonloch durch Zusammenarbeit vieler Nationen bewältigt werden können. Anschließen wurde ein Blick auf bunte Wolken geworfen. Zum Schluss gab es noch einen Abstecher in die Zirkulation und es ist ersichtlich geworden, dass die Stratosphäre zwar ein bisschen wie eine „Decke“ für das Wetter ist, aber dennoch mit der darunter und darüberliegenden Schicht im Austausch ist und sie sich gegenseitig beeinflussen. Nun warten weitere atmosphärische Schichten darauf, etwas genauer betrachtet zu werden. Aber das ist eine Geschichte für ein andermal… 

M.Sc. Fabian Chow
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 13.11.2025
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst 

 

Reinhard Süring – Bis an die Grenzen und darüber hinaus (Teil 2)

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„…Bald darauf fielen wir beide in tiefe Ohnmacht; Berson zog noch unmittelbar vorher mehrfach das Ventil, als er schon seinen Gefährten (Süring) schlafen sah (Berson und Süring 1901). …“

Wie lebensgefährlich das ganze Unternehmen letztlich war, geht aus einer nicht besonders hervorgehobenen Bemerkung in dem Bericht von Berson und Süring hervor: „…Vor oder nach diesem Ventilziehen versuchte auch Süring in lichten Augenblicken seinem schlafenden Kollegen durch verstärkte Sauerstoffatmung aufzuhelfen, aber vergebens. Schließlich werden vermutlich beide Insassen ihre Atemschläuche verloren haben und dann in eine schwere Ohnmacht gesunken sein, aus welcher sie ziemlich gleichmäßig bei etwa 6000 Metern wieder erwachten …“

Dabei war der Ballon im raschen Fall begriffen. Erst bei 2500 m Höhe bekamen beide den Ballon wieder ins Gleichgewicht, doch konnten beide Männer instrumentelle Beobachtungen wegen zu großer körperlicher Schwäche nicht mehr durchführen. Um 18:25 Uhr landeten Süring und Berson im Kreis Cottbus. Sie wurden von einer großen Menschenmenge empfangen und übernachteten im Haus eines Pfarrers. Erst am nächsten Tag wurde mit Hilfe von 30 Mann das schwere Gerät geborgen und nach Berlin zurückgebracht.

Die Rekordhöhe von 10500 m (es können auch 10800 m gewesen sein, doch war die Registriertinte eingefroren, so dass man die Aufzeichnungen des Barographen nicht als einwandfreies Dokument gelten ließ) für eine bemannte offene Gondel wurde seither nie übertroffen. Süring überließ zwar nichts dem Zufall und hatte im Vorfeld der Ballonfahrt mit dem Wiener Physiologen Hermann von Schröter, einem Pionier der Luftfahrtmedizin, die Höhe abgeschätzt, ab der wegen des geringen Luftdrucks auch die Atmung von reinem Sauerstoff nicht mehr genügen würde, um den menschlichen Körper selbst bei absoluter Ruhe ausreichend zu versorgen. Ihr Ergebnis lag bei 12500 Metern. Wie knapp sie damals dem Tot entronnen sind, belegte leider der Versuch des amerikanischen Ballonfahrers Hawthorne C. Gray im Jahr 1927. Sein mitgeführter Barograph registrierte zwar mit 12800 m Höhe einen nochmals um 2000 m höheren Wert, er überlebte diese Fahrt jedoch nicht.

Die weltweite Anerkennung Sürings durch seine waghalsigen Ballonfahrt im Sinne der Wissenschaft ließ nicht lange auf sich warten. Es war letztlich die entscheidende Grundlage zum Nachweis für die Existenz der Stratosphäre (Aßmann, de Bort 1902), in der die Temperatur mit der Höhe wieder zunimmt. Zuvor regierten die Zweifel über Temperaturverfälschungen durch die in diesen Niveaus ungehinderte Sonnenstrahlung. Unter seiner Leitung wurde das Observatorium ein Wolkenforschungszentrum von internationalem Ruf. Süring gehörte zahlreichen internationalen Kommissionen an. Er war somit zurecht einer der bedeutendsten deutschen Meteorologen in der 1. Hälfte des 20. Jahrhunderts.

Bei allen privaten und dienstlichen Verpflichtungen, die durch seine internationalen Beziehungen und Reputation weiter wuchsen, blieb das Observatorium Potsdam eine Herzensangelegenheit. 35 Jahre nach seiner dort durchgeführten ersten Wetterbeobachtung wurde er im Jahr 1928 zum Direktor ernannt. Mit seiner wohlverdienten Pensionierung 4 Jahre später sollte dieses Kapitel aber noch nicht beendet sein, wovon er selbst zu diesem Zeitpunkt noch nichts ahnte.

Nachdem Potsdam im ersten Weltkrieg fernab des Frontgeschehens lag, sollte sich dies im 2. Weltkrieg ändern. Beim Luftangriff auf Potsdam am Abend des 14. April 1945, der auch als „Nacht von Potsdam“ bekannt ist, wurden große Teile der Potsdamer Altstadt komplett zerstört. Kurz darauf wurde die Stadt zur Festung erklärt und die Front mit Kämpfen um Berlin in der Endphase des 2. Weltkrieges am 23. April 1945 erreichte auch die Außenbezirke Potsdams. Das Personal des Meteorologischen Observatoriums auf dem Potsdamer Telegraphenberg wurde bereits am 20. April abgezogen, die letzten verbliebenen Männer für den „Endkampf“ zum Militär eingezogen. Die letzte Wetterbeobachtung erfolgte am 20. April um 7 Uhr. Am 24. April vormittags sprengten abziehende deutsche Truppen den Übergang über die Havel, die das Potsdamer Zentrum vom Telegraphenberg trennt. Aber vorher hat offenbar der 79-jährige ehemalige Direktor Reinhard Süring noch den Weg zum Observatorium gefunden und bereits am Nachmittag des 24. Aprils wieder die Wetterbeobachtungen aufgenommen, also noch weit vor der Kapitulation am 8. Mai. Er riskierte für eine lückenlose Beobachtungsreihe im Sinne der Wissenschaft erneut sein Leben. Daraufhin übertrugen ihm die sowjetische Besatzungsmacht nochmals die Leitung des Observatoriums, die er nochmals bis zum 31. März 1950 innehatte. Am 29. Dezember desselben Jahres starb Reinhard Süring im Alter von 84 Jahren in Potsdam.

Ihm zu Ehren wurde im Jahr 2005 in Potsdam die Reinhard-Süring-Stiftung gegründet, die sich zum Ziel gesetzt hat, den historischen Standort des Observatoriums auf dem Potsdamer Telegraphenberg zeitlich unbegrenzt zu erhalten. Die Stiftung fördert die Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet der Meteorologie; sie ist eine der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft nahe Stiftung. Es soll schwerpunktmäßig die umweltrelevante Weiterbildung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gefördert werden.

Doch damit nicht genug. Süring ist zugleich auch Namensgeber einer Plakette, die von der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft (DMG) an Persönlichkeiten verliehen wird, die sich hervorragende wissenschaftliche oder organisatorische Verdienste um die Ziele der DMG beziehungsweise ihrer Vorgängergesellschaften erworben haben.

So wird er weiter in Erinnerung bleiben als ein Mann, dem es immer auch am Herzen lag, meteorologisches Wissen zu teilen (unter anderem auch als Herausgeber von Lehrbüchern und Fachzeitschriften) sowie zugleich offen und neugierig gegenüber weiterführender Forschung und teils widersprüchlicher Theorien zu sein.

Diplom Meteorologe Robert Hausen
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 24.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Neues aus der Stratosphäre

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Das heutige Thema des Tages behandelt Phänomene in der Stratosphäre, der zweituntersten Schicht der Erdatmosphäre (zwischen etwa 13 und 50 km Höhe). In dieser Schicht nimmt die Temperatur durch die Absorption von UV-Strahlung an Ozon mit der Höhe zu. Im Gegensatz zur darunter liegenden Troposphäre, in der die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Aufgrund dieser inversen Temperaturschichtung ist die Stratosphäre weitgehend von der Troposphäre entkoppelt und weist eigene Prozesse auf. Darunter fällt auch das sogenannte „Berliner Phänomen“.

Um dieses Phänomen zu verstehen, betrachten wir die winterliche Stratosphäre auf der Nordhalbkugel. Über dem Pol, wo im Winter kein Sonnenlicht einfällt, kann sich die Stratosphäre nicht durch UV-Absorption am Ozon erwärmen. Daher kühlt die Stratosphäre dort auf Temperaturen unter -80 °C ab. Dies führt zur Bildung eines kräftigen Höhentiefs, des sogenannten Polarwirbels, der bis in die Troposphäre reicht.

In den 50er Jahren entdeckte der Stratosphärenwissenschaftler Richard Scherhag bei der Auswertung von Wetterballondaten, dass sich die winterliche Stratosphäre in unregelmäßigen Abständen, im Durchschnitt alle 2 Jahre, plötzlich stark erwärmt. Aufgrund seiner Forschung an der Freien Universität Berlin wird dieses Phänomen als „Berliner Phänomen“ bezeichnet.

Die Ursache für diese plötzliche Erwärmung ist recht komplex und lässt sich in der Troposphäre finden. Etwas vereinfacht dargestellt, breiten sich bei bestimmten Wetterlagen auf der Nordhalbkugel Wellen vertikal bis in die Stratosphäre aus. Dort beginnen sie sich in etwa 30 km Höhe aufzulösen und setzen dabei ihre Wellenenergie frei. Diese wird in Wärmeenergie umgewandelt, sodass es zu einer raschen Erwärmung kommt. Diese Erwärmung beginnt zunächst in etwa 30 km Höhe. Ist diese kräftig genug, „wandert“ sie bis in eine Höhe von 15 km hinunter. Bei sehr kräftigen Erwärmungen wird der bereits beschriebene Polarwirbel zerstört und zerfällt in mehrere Teilwirbel oder wird weit nach Süden abgedrängt. Die winterlichen Westwinde in der Troposphäre schwächen sich infolgedessen ab und kehren sich sogar zu Ostwinden um. Man spricht dann auch von einem „Major Warming„.

Dies hat dann sogar Auswirkungen auf unser Wetter. In der Troposphäre schwächt sich der Jetstream (Starkwindband in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre) ab. Dadurch stoßen Hochdruckgebiete weit nach Norden vor und führen an ihrer Westflanke warme Luft in Richtung Pol. Die normalerweise vorherrschende West-Ost-Zugbahn der Tiefdruckgebiete wird in Folge dessen unterbrochen, sodass sie mit Kaltluft aus polaren Breiten weit nach Süden ausscheren können. Diese Blockade-Wetterlagen sorgen im Winter häufig für längere kältere Phasen in Mitteleuropa. Einfacher ausgedrückt: Der Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch wird im Mittel verringert, sodass sich der Zustrom milder Atlantikluft nach Mitteleuropa häufig abschwächt. Major Warmings erhöhen also die Chance auf kalte Witterungsphasen in den mitteleuropäischen Wintern.

Derzeit simulieren Modelle erneut eine plötzliche Stratosphärenerwärmung. Nach dem aktuellen Stand reicht diese Erwärmung jedoch nicht aus, um den Polarwirbel zu zerstören, sondern er wird sich nur abschwächen und südwärts Richtung Nordeuropa verschieben. Die Auswirkungen auf unser Wetter Anfang Januar sind schwer abzuschätzen. In der erweiterten Mittelfrist zeigen Modelle jedoch eine deutliche Abschwächung der vorherrschenden Westwinddrift, die seit Mitte Dezember durch einen sehr kompakten Polarwirbel aufrechterhalten wird. Stattdessen deutet sich ein Trend zu hohem Luftdruck über Grönland und dem Nordmeer an, was den Weg für kältere Luftmassen nach Nord- und Mitteleuropa ebnen könnte.

Obwohl die Prognose noch vage ist, zeigen die Modellensembles tatsächlich einen groben Trend zu einer Abkühlung in der zweiten Januarwoche, die zumindest im Bergland den Winter zurückbringen könnte. Diese Entwicklung könnte sogar eine direkte Folge der Prozesse in der Stratosphäre sein.

Ein optischer Effekt wird sich ab dem Wochenende wahrscheinlich beobachten lassen: Durch die Verschiebung des Polarwirbels nach Nordeuropa (siehe Abbildung 1) wird die Temperatur über Norddeutschland in einer Höhe von 23 km auf etwa -80 °C fallen. Infolgedessen könnten sich sogenannte „Polare Stratosphärenwolken“ oder „Perlmuttwolken“ bilden. Diese entstehen in einer Aerosolschicht in 22 bis 29 km Höhe, auch bekannt als „Jungschicht“, die winzige Schwefelsäuretröpfchen enthält. Die Hauptquelle für diese Schwefelsäuretröpfchen sind Vulkanausbrüche. Bei Temperaturen unter -78 °C gefrieren diese Tröpfchen und es lagern sich Wasser- und Salpetersäuremoleküle an. Dadurch entstehen Kristalle, die aus einer Mischung aus Schwefelsäure und Salpetersäuretetrahydrat bestehen. Das einfallende Sonnenlicht wird an diesen Kristallen gebrochen, wodurch perlmuttartig erscheinende Wolken entstehen. Aufgrund der Mehrfachstreuung des Sonnenlichts an diesen Wolken könnte es für mehrere Tage zu sehr intensiven roten bis purpurnen Sonnenauf- und Untergängen (Purpurlicht) kommen.

Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 29.12.2023

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Die möglichen Auswirkungen der Erwärmung in der Stratosphäre auf unser Wetter

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Ein im Januar 2021 stark geschwächter Polarwirbel kann in den kommenden Wochen auch das Wetter in Deutschland beeinflussen. Doch wie wirkt sich dieses Ereignis bei uns aus und können überhaupt Aussagen getroffen werden?

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