Zunächst wird auf die Themen des Tages vom 10. und 14.01.2021 verwiesen, wo wesentliche Grundlagen und Auswirkungen von plötzlichen Stratosphärenerwärmungen (SSW) bereits hinreichend erläutert wurden.

So, nun können wir direkt einsteigen in die Materie. Auf der beiliegenden Grafik (siehe auch Erläuterungen darunter in Englisch) ist der zonal gemittelte (auf 60 Grad Nord) zonale Wind in 10 hPa (in ca. 31 km Höhe) aktuell und als Prognose des Ensemble-Forecast-System des EZMWF in Reading dargestellt. Wichtig hierbei sind einerseits negative Werte des zonalen Windes (kleiner 0, unten). Letzteres würde vollständige Windumkehr auf östliche Winde in diesem Bereich der Stratosphäre (Definition eines Major SSW) bedeuten. Andererseits stellt die dicke rote Linie in der Grafik das vieljährige klimatologische des zonal gemittelten zonalen Windes und die dicke blaue Linie die aktuelle Prognose für das so genannte ensemble mean dar, während die dünnen blauen Linien die einzelnen Member des Vorhersagesystems EZMWF repräsentieren.

Klar zu erkennen ist nach der vorübergehenden Schwächung des SPV im Oktober ein deutlicher Aufwärtstrend (Regenerierung) des SPV sogar über das vieljährige Mittel hinaus. Danach bleibt der SPV bis in die erste Dezemberdekade hinein stabil in der Nähe der vieljährigen klimatologischen Mittelwerte (das Vorhersagemodell GFS des amerikanischen Wetterdienstes hat im Übrigen ähnliche Prognosen (hier nicht gezeigt)). Erst danach finden wir auch nicht wenige Member im unteren Bereich (abschwächende Westwinde).

Abschwächende Westwinde oder gar Umkehr auf Ostwinde in der mittleren und oberen Stratosphäre (verbunden mit starker Erwärmung) führt über die Stratopshären-Troposhären-Kopplung im weiteren Verlauf zur Tendenz hohen Luftdrucks im Arktisumfeld. In der Tat favorisieren aktuelle saisonale Prognosen des EZMWF (Stand: 01.11.2021) für die Monate Dezember 21 und Januar 22 einen negativen Index der Arktischen und Nordatlantischen Oszillation (d.h. NAO bzw. AO negativ). Dies könnte ein Ausfließen arktischer Luftmassen weit nach Süden (südwärts verschobene Frontalzone) im atlantisch-europäischen Raum bedeuten, aber mit Hinblick auf die zitierten TdT soll weiterhin der Konjunktiv verwendet werden. Zum jetzigen Zeitpunkt ist natürlich überhaupt nicht klar, mit welcher Form von Störung oder gar Zusammenbruch des SPV zu rechnen ist. Zudem gehen die weiterführenden saisonalen Prognosen des EZMWF für die Monate Februar und März 2022 von einem eher starken Umschwung zu NAO positiv aus, was wiederum milderen atlantischen Einfluss für Mitteleuropa zur Folge haben könnte.

In der Fachliteratur liest man in diesem Zusammenhang häufig von einer early (frühen) Störung des SPV, die meist von einer Regenerierungsphase gefolgt wird (siehe aktuell Oktoberstörung und Novemberverstärkung des SPV). Physikalisch lässt sich dieser Umstand vereinfacht gesagt damit erklären, dass nach einer markanten Störung bzw. Zusammenbruch des SPV durch starke vertikale Wellenflüsse (meist troposphärischen Ursprungs) letztere in der Folge deutlich nachlassen, da dann ja in der mittleren und oberen (arktischen) Stratosphäre zonal gemittelt Ostwinde vorherrschen, die von den vorherrschenden Westwinden in der Troposphäre dynamisch abgekoppelt sind. Aus diesem Grund ist u.a. die Wellenausbreitung in die Stratosphäre dann vorübergehend deutlich schwächer. Diese physikalischen Prozesse erkennen die Modellvorhersagen (erweiterte Mittelfrist und teils auch saisonal) mittlerweile recht gut.

Wobei wir nun aber bereits bei den anderen Faktoren angelangt sind, die zu einer frühen Störung oder gar zu einem Major SSW in diesem Winterhalbjahr führen könnten. Zum einen wäre da als globale (stratosphärische) Telekonnektion die Quasi-Biennale-Oscillation (QBO, äquatoriale Stratosphäre) zu nennen, die sich aktuell in der östlichen Phase befindet. In der Fachliteratur wird ein relativ starker Zusammenhang zwischen östlicher QBO und nachfolgender Schwächung des SPV angegeben. In Vorhersagemodellen mit guter Stratosphärenauflösung dient allerdings als Referenzwert der östliche Wind auf 50 hPa als gute Korrelation für eine Schwächung des SPV. Auf 50 hPa ist der zonale Wind allerdings derzeit noch westlich (siehe Link QBO) und soll laut Prognose erst im Dezember auf Ost umkehren (so genannte absinkende Ostphase). Erst dann würden auch die Modelle noch stärker darauf anspringen. Eine weitere globale Telekonnnektion ist ENSO (EL Ninjo Southern Oscillation), wobei dort zum wiederholten Male eine La Ninja aufkommt.

Kombinationen von La Ninja und östlicher QBO führen statistisch gesehen durch regional verstärkte vertikale Wellenflüsse in bestimmten Bereichen der nördlichen Hemisphäre oft zu erheblichen Schwächungen oder gar Zusammenbrüchen des SPV.

Apropos Statistik – einige saisonale Vorhersagemodelle nutzen so genannte Prädiktoren zur Wintervorhersage. Dort gehen neben dem beschriebenen zonal gemittelten zonalen Wind (in 60 Grad Nord und 10 hPa) auch Faktoren wie Schneebedeckung im November in Sibirien (oder auch Eurasian Snow Cover genannt), Arktiseisausdehnung, Meeresoberflächentemperaturen in bestimmten Bereichen von Atlantik und Pazifik (SST), Novembertemperatur der Stratosphäre in 10 hPa oder auch regionale bzw. zonal gemittelte Wellenflüsse in der unteren Stratosphäre (bei 100 hPa) ein (teils noch in der Planung). Die Idee dahinter sind statistische Korrelationen (auch aus vieljährigen klimatologischen Daten) mit dem zu erwartenden Zustand des SPV sowie der nordhemisphärischen Winterzirkulation. Aufgrund der dargestellten Komplexität gilt aber auch hier der Verweis auf kurz- und mittelfristige Änderungen mit entsprechendem Feedback auf die atmosphärische Zirkulation.

Der kurze Abriss sollte vor allem die vielfältigen Zusammenhänge und Wechselwirkungen der Prozesse darstellen. Daraus kann in gar keinem Falle eine Prognose oder auch Wintertrend abgeleitet werden. Der Autor würde dies eher als Zusammenschau diverser Faktoren mit unterschiedlichem (möglichen) Impact betrachtet wissen und darauf hinweisen, dass diese Darstellung bei Weitem nicht den Anspruch auf Vollständigkeit besitzt.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 06.11.2021

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Name: Seinen Namen erhielt „PETER“ am gestrigen Mittwoch von der Aktion „Wetterpate“, einer Kooperation der Berliner Wetterkarte e.V. und der Freien Universität Berlin, die seit November 2002 die Vergabe der Hoch- und Tiefnamen organisieren. Dabei kann die Patenschaft eines Hochs und Tiefs käuflich erworben werden. Der Pate kann dann das Druckgebilde mit dem entsprechenden Anfangsbuchstaben selbst benennen. Zugelassen sind dabei allerdings nur standesamtlich anerkannte Vornamen. Im Gegenzug erhält der Namenspate unter anderem eine Wetterkarte und eine Dokumentation der Lebensgeschichte des Druckgebildes. Der Erlös der „Taufe“ wird zur Unterhaltung der studentischen Wetterbeobachtung an der Station Berlin-Dahlem und zur Fortführung einer ununterbrochenen und über hundert Jahre alten Beobachtungsreihe genutzt. Der Pate von Tief „PETER“ ist übrigens ein gewisser Peter Worms.

Geburtsort: Auf der Vorderseite eines Langwellentroges, der sich am Mittwoch vom Nordmeer bis zur iberischen Halbinsel erstreckte, entstand ein Tief im Golf von Genua. Dieses zog entlang der Alpensüdseite, wo es sich schließlich abschwächte. In der vergangenen Nacht zum Donnerstag kam es dann aufgrund der nahezu südlichen Überströmung der Alpen im österreichischen Alpenvorland zu einer sogenannten Lee-Zyklogenese, also einer Tiefdruckentwicklung auf der windabgewandten Seite des Gebirges, aus der Tief „PETER“ hervorging.

Alter: „PETER“ ist noch recht jung. Seit der Lee-Zyklogenese sind noch keine 12 Stunden vergangen (Stand: 08 Uhr MEZ).

Lage und Zugrichtung: Aktuell findet sich „PETER“ bereits über dem Norden Tschechiens an der Grenze zu Deutschland und Polen wieder und zieht auf seiner nördlichen Zugbahn bis zum Abend über Nordwest-Polen hinweg. Gegen 20 Uhr erreicht das Tief die polnische Ostseeküste im Bereich Westpommerns. Am Freitag verlagert sich „PETER“ dann über die Ostsee und das Baltikum bis nach Finnland und verliert allmählich seinen Einfluss auf Deutschland. Aktueller Luftdruck: Dieser beträgt zurzeit etwa 995 hPa.

Besondere Eigenschaften und Auswirkungen: Das Bodentief wird vom Nordrand der Ostalpen unter leichter Intensivierung auf „Vb-ähnlicher“ Zugbahn nach Nordwestpolen gesteuert. Dabei werden feuchte und warme Luftmassen aus dem Mittelmeer nach Norden advehiert, wo sie auf kühlere Luftmassen nördlich der Alpen aufgleiten. Mit diesen Hebungsprozessen sind dann auch länger anhaltende Niederschläge verbunden, die aus den Alpen heraus auf den gesamten Süden Deutschlands bis zu den östlichen Mittelgebirgen ausgegriffen haben und schließlich in der kommenden Nacht über die Uckermark und Vorpommern abziehen. Entsprechende Dauerregenwarnungen mit Mengen von gebietsweise 30 und 40 l/qm in 24 Stunden wurden größtenteils bereits am gestrigen Mittwoch ausgegeben.

Allerdings unterscheidet sich das Tief von einem klassischen „Vb-Tief“ durch eine schnellere Verlagerung und geringere Dynamik. Klassische „Vb-Tiefs“ sind bekannt für ihr erhebliches Unwetterpotenzial, die durch kräftige Hebung und langsame Verlagerung verbreitet für Starkregen sorgen und zu einer schadensträchtigen Hochwassersituation führen können. Bei einer „Vb-Wetterlage“ fielen beispielsweise am 12.08.2002 in Zinnwald (Osterzgebirge) 312 l/qm in nur 24 Stunden, was gleichzeitig auch den deutschen Regen-Rekord darstellt. Das ist rund das Zehnfache von den aktuell vorhergesagten Regenmengen. Von einem rekordverdächtigen Dauerregen sind wir bei dieser Lage also sehr weit entfernt!

Weitere Eigenschaft: „PETER“ dreht, wie andere Tiefdruckgebiete auf der Nordhalbkugel auch, zyklonal, das heißt gegen den Uhrzeigersinn.

MSc.-Met. Sebastian Schappert

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 04.11.2021

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Ganz naiv gedacht könnte man vielleicht auf die Idee kommen, dass die Temperatur doch mit der Höhe zunehmen muss … schließlich kommt man der Sonne mit dem Aufstieg der Sonne immer näher. Natürlich wird es prinzipiell wärmer, je mehr man dem Himmelsgestirn näherkommt. Die Sonne ist aber 150 000 000 km weit entfernt, während die höchsten Berge eine Höhe von gerade einmal knapp 9 km haben. Man merkt also schnell, dass diese Argumentation sehr an den Haaren herbeigezogen ist. Es gibt noch eine andere Überlegung, bei der erneut die Sonne ins Spiel kommt. Ein Teil der von ihr ausgesendeten kurzwelligen Strahlung erreicht den Erdboden und wird von ihm aufgenommen (absorbiert). Gleichzeitig sendet (emittiert) der Erdboden langwellige Wärmestrahlung aus. Diese Strahlung sorgt für eine Erwärmung der unteren Luftschichten. Vor allem an heißen Sommertagen kann man diese Strahlung sogar als eine Art Flimmern über asphaltierten Straßen erkennen.

Aber ist das der eigentliche Grund dafür, dass die Luft mit der Höhe kälter wird? Würde man dieser Argumentation folgen, dann müsste es auf den Bergen ebenfalls warm werden. Schließlich wird auch dort kurzwellige in langwellige Strahlung umgewandelt. Natürlich hat der beschriebene Prozess einen gewissen Einfluss auf die Temperatur am Erdboden. Wäre dem nicht so, würde es zwischen Tag und Nacht keine Temperaturunterschiede geben. Als Antwort auf die Ausgangsfrage, ist diese Begründung allerdings nicht verwendbar.

Was ist denn nun aber die eigentliche Ursache? Es hat gar nichts mit der Sonne zu tun, sondern mit unserer Atmosphäre und der physikalischen Definition von Temperatur. Die Luft besteht aus kleinen Teilchen, die sich bewegen. Durch die Bewegung kommt es zu Reibung und Zusammenstößen zwischen den Teilchen. Damit wird Wärme erzeugt. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto höher ist demnach die Temperatur.

Nun muss man noch bedenken, dass die Masse an Luft in der Atmosphäre einen gewissen Druck auf uns alle ausübt. Und da liegt die Lösung des Rätsels. Der Druck nimmt nämlich mit der Höhe ab. Dies ist recht verständlich, schließlich lässt man so einige Luftmoleküle unter sich, wenn man auf einen Berg steigt.

Soweit so gut, aber was hat das nun mit der Temperatur zu tun? Ganz einfach: Je mehr Druck ausgeübt wird, desto schneller bewegen sich die Teilchen. Eine schnellere Bewegung führt aber wiederum zu einer höheren Temperatur und damit schließt sich der Kreis. Anschaulich lässt sich dieses Phänomen auch mit einer Luftpumpe nachvollziehen. Wenn man bei einer Luftpumpe drückt, dann wird diese bekanntlich wärmer.

Also: Da der Luftdruck mit der Höhe abnimmt, verlangsamt sich die Teilchenbewegung und damit nimmt die Temperatur ab.

Wer sich allerdings in den vergangenen Tagen auf den Weg gemacht und von den Tälern auf die Berge gestiegen ist, der könnte auf die Idee kommen, dass dies alles gar nicht stimmt. Beispiel am gestrigen Samstag: Das Maximum in Mainz und Wiesbaden lag nur bei 7 Grad Celsius, auf dem Feldberg im Taunus wurden hingegen 10 °C gemessen und auf dem Hoherodskopf im Vogelsberg sogar 12 °C. Dabei handelt es sich um ein Phänomen, das besonders in der kalten Jahreshälfte unter Hochdruckeinfluss auftritt. Man spricht dann von einer Inversionswetterlage, wobei eine Inversion eine Temperaturumkehr mit der Höhe darstellt.

Grundlegend dafür sind zwei Dinge. Da ist zum einen die Absinkbewegung der Luft durch den Hochdruckeinfluss. Wenn Luft absinkt, dann erwärmt sie sich. Diese Erwärmung kann sich aber auf der anderen Seite nicht bis zum Boden durchsetzen. Die Ursache dafür liegt in der schwachen Luftströmung infolge der geringen Luftdruckgegensätze im Zentrum von Hochdruckgebieten. Der Wind hat normalerweise, die Aufgabe die Luft in den bodennahen Schichten (Grenzschicht) mit den höheren Luftschichten zu durchmischen. Fehlt er aber, dann wird die Grenzschicht von den darüber liegenden Luftschichten entkoppelt. Es bleibt also in den untersten 100 Metern kalt und auch die „schwache“ Sonne kann daran im Herbst und Winter nicht viel ändern. Oberhalb der Grenzschicht liegt in der Folge die warme Luft wie ein Deckel auf der schwereren kalten Luft darunter. Leider sammeln sich dadurch bei länger andauernden Hochdruck- und Inversionswetterlage auch zunehmend Schadstoffe, zum Beispiel durch Holzöfen.

Gerade bei austauscharmen Wetterlagen empfiehlt sich also immer ein Aufstieg in höhere Berglagen um der kalten und manchmal stinkenden Luftmasse zu entkommen.

Dipl.-Met. Marcus Beyer

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 31.10.2021

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Bereits Anfang dieser Woche waren in den Medien zahlreiche Fotos und Videos von heftigen Überschwemmungen auf Sizilien zu sehen. Straßen in der Hafenstadt Catania verwandelten sich in reißende Flüsse, nachdem dort in nur 48 Stunden die durchschnittliche jährliche Niederschlagsmenge (knapp 600 l/qm) gefallen war.

Während sich die Situation in den letzten Tagen etwas entspannte, war diese Beruhigung – man könnte sagen – trügerischer Natur oder „nur die Ruhe vor dem (nächsten) Sturm“. Denn bereits am gestrigen Donnerstag sorgten neue Unwetter auf Sizilien für abermalige heftige Regenfälle mit 100-200 l/qm in 24 Stunden, die noch bis Samstagabend andauern werden.

Der Verursacher ist auf dem Satellitenbild schnell zu erkennen: Südöstlich von Sizilien wirbelt das Tiefdruckgebiet APOLLO, das sich in den kommenden Stunden weiter verstärkt und vor allem von den Medien auch gerne als „Medicane“ bezeichnet wird. Doch wie kam es zu der Sturmbildung und welche Eigenschaften hat dieses tropensturm-ähnliche Tief?

Es war Donnerstagmorgen, als sich ein Höhentief von der „Westwindautobahn“ der mittleren Breiten löste und begann, über dem Mittelmeer östlich von Malta seine Kreise zu ziehen. Da sich mit dem Höhentief Kaltluft über das sehr warme Meereswasser schob, stellte sich ein starker vertikaler Temperaturgradient ein. Diese rasche Temperaturabnahme mit der Höhe ermöglichte vertikale Umlagerungen in Form von Schauern und Gewittern.

Durch die Gewittertätigkeit unter dem sich kaum verlagernden Höhentief wurde und wird die Luft zum einen immer feuchter. Zum anderen wird in dem Gewittersystem Luft von unten nach oben befördert und nach außen weg transportiert, sodass der Luftdruck über der Meeresoberfläche sinkt.

Diese beiden Vorgänge verstärken bereits das Tief – doch es kommt noch ein weiterer Effekt hinzu: Eine geringe vertikale Windscherung. Das bedeutet, dass die Unterschiede zwischen den Windgeschwindigkeiten und -richtungen in verschiedenen Luftschichten nur gering sind. Eine solche geringe vertikale Windscherung hilft, eine gebündelte zirkulare Struktur zu erhalten. Wäre die Windscherung zu stark, würde es den Sturm „zerreißen“ und ihn angreifbar machen für trockenere Luftmassen aus der Umgebung.

So aber können sich die Schauer und Gewitter spiralförmig um das Tief herum anordnen und es nochmals deutlich verstärken. Die immer schneller um den Tiefkern rotierende „Gewitterspirale“ erinnert dabei schon rein optisch an einen tropischen Wirbelsturm. Doch auch thermodynamisch hat das System Ähnlichkeit mit einem tropischen Sturm wie einem Hurrikan: Zum einen lässt sich ein warmer Kern bis in die höheren Troposphärenschichten finden (bedeutet: die Temperatur im Zentrum ist in allen Höhenschichten wärmer als in ihrer Umgebung. Dadurch findet dort Wolkenauflösung statt und es ergibt sich ein wolkenarmes „Auge“). Zum anderen gibt es keine Warm- und Kaltfronten – wie es bei „normalen Tiefs“ der mittleren Breiten der Fall ist.

Bei solchen Tiefdrucksystemen über dem Mittelmeer, die anfangs vor allem außertropische, später zunehmend tropische Eigenschaften aufweisen, wird auch von einem „Medistorm“ (mediterranean tropical storm) gesprochen – oder, vor allem in den Medien, auch von einem „Medicane“ – einer Wortzusammensetzung aus „mediterranean“ und „Hurricane“.

Und wie geht es weiter? APOLLO zieht am morgigen Samstag gen Süden ab und trifft am Sonntagabend bei Bengasi auf die Küste Libyens. Dort sind ebenfalls Sturmböen, Starkregen und hoher Wellengang bis 3 m möglich, nach jetzigem Stand schwächt sich der Sturm jedoch insgesamt ab.

Auch wenn Hochdruckwetter für uns Meteorologen und Wetterberaterinnen normalerweise eher in die Kategorie „langweilig“ fällt, so ist man in Anbetracht der derzeitigen Bilder aus Sizilien doch ziemlich froh um des ruhigen, warnarmen Wetters hierzulande…

Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 29.10.2021

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