Archiv für Juni 13th, 2008
Wetterwechsel durch die Schafskälte
Nach einigen Wochen mit einer zweigeteilten Wetterlage in Europa – im Norden heiß und trocken, im Süden gab es immer wieder schwere Unwetter – hat ein Kälteeinbruch aus dem Norden die Wetterlage vollkommen verändert. Das ist nichts Ungewöhnliches, denn beinahe in jedem Jahr kommt es um diese Zeit herum, vor dem Sommeranfang, noch einmal zu einer deutlichen Abkühlung durch polare Kaltluft. Dieser Kälteeinbruch wird Schafskälte genannt, weil Anfang Juni normalerweise die Schafe immer schon geschoren sind. Die armen Tiere müssen so um diese Zeit herum gewohnheitsmäßig furchtbar frieren. Schauen wir uns die Wetterlage doch einmal näher auf dem Wetterbild des europäischen Wettersatelliten Meteosat an:
Ein Tief über Skandinavien und ein Hoch westlich davon über dem Atlantik führen gemeinsam polare Kaltluft von Nordwesten heran. Die Kaltluft erkennt man sehr schön an der zellularen Bewölkung, die immer dann entsteht, wenn kalte Luft über eine relativ warme Wasseroberfläche strömt, welche als Heizfläche wirkt. Dadurch bilden sich wabenartig angeordnete Konvektionszellen, in denen die Luft gehoben wird, wobei sie sich abkühlt. In der durch Wasserverdunstung feuchten Luft kommt es sehr schnell zur Wolkenbildung (Quellwolken, Cumulus), die durch dabei frei werdende Kondensationswärme (latente Wärme)weiter angetrieben wird.
Die Schafskälte mit ihren kalten aus Nordwesten wehenden Winden wird durch die in dieser Jahreszeit schon vor allem im Südosten Europas beachtlich erwärmte kontinentale Festland ausgelöst. Die Meeresoberfläche ist dagegen noch kühl, da sich das Wasser im Gegensatz zum Land nur langsam erwärmt. Durch diesen Gegensatz fällt der Luftdruck über Land (thermisches Tief) und steigt über dem Atlantik (thermisches Hoch). Dieses Luftdruckgefälle erzeugt einen Sog von Nordwesten nach Südwesten, der die ursprünglich mehr von Südwesten kommende Westdrift in eine Nordwestdrift dreht. Dadurch wird polare Kaltluft herangeführt.
Auffällig auch die gewaltigen Gewitterwolken (Gewitterzellen) über Osteuropa nördlich des Schwarzen Meeres. Diese erscheinen auf einer zeitgleich gemachten Infrarotaufnahme von Meteosat besonders eindrucksvoll:
Die Infrarotaufnahme bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land, den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist somit ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich. Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn im Gegensatz zum sichtbaren Licht ist die Wärmestrahlung immer vorhanden. Quellwolken (Cumulus), die sich bis in große Höhen auftürmen wie ganz besonders die Gewitterwolken (Cumulunimbus), sind wegen der mit der Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt und erscheinen daher hell. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Wolken in niedrigen Höhen sind dagegen schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel.
Weitere Informationen über die Wetterlage entnehmen wir einer Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes:
Sie zeigt viele Farbschattierungen, die jeweils anzeigen, in welcher Höhe der Luftdruck auf 500 hPa zurückgegangen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Da sich warme Luft mehr ausdehnt als kalte Luft, nimmt der Luftdruck auch dementsprechend langsamer mit zunehmender Höhe ab. Je wärmer also die Luft umso größer also die Höhe in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist. Man erhält in einer zusammenfassenden Kartendarstellung dann eine 500 hPa-Fläche in Form einer “Landschaft” mit “Bergen” und “Tälern”. In den roten, orangefarbenen und gelben Bereichen befindet sich die warme Luft, deren Temperatur von gelb nach rot zunimmt; in den grünen, blauen und violetten Bereichen hingegen die kalte Luft, mit von grün über blau nach violett sinkender Temperatur. Die Isobaren des Bodenluftdrucks sind als weiße geschlossene Linien eingezeichnet. Isobaren verbinden die Orte gleichen Luftdrucks miteinander. Geringe Abstände zwischen diesen zeigen ein großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Die Luftdruckwerte sind auf den Isobaren eingetragen. Die Zahlen auf der 500 hPa-Fläche zeigen die jeweils herrschenden Temperaturen an. Eine schwarze Linie markiert den Verlauf der Polarfront.
An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen, entwickelt sich aufgrund des Temperaturunterschieds und des damit verbundenen Druckgefälles zwischen beiden Luftmassen (warme Luft dehnt sich mehr aus als kalte Luft, entsprechend in einer warmen Luftsäule auch ein langsamerer Druckabfall mit der Höhe!) ein starker Höhenwind, der Jetstream, welcher maßgeblich das Wettergeschehen auf der Nordhalbkugel bestimmt. Durch die Erdrotation (Corioliskraft) wird der polwärts orientierte Jetstream zu einem Westwind abgelenkt, der sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen), weil das ihn antreibende Temperaturgefälle nicht überall gleich ist. Die Wellenberge (Hochkeile, Höhenrücken) enthalten tropische Warmluft, die Wellentäler (Höhentröge) polare Kaltluft. Aus kleinen Strömungsschwankungen (Konvergenzen und Divergenzen) im Jetstream entwickeln sich dynamische Hochs (in den Hochkeilen) und Tiefs (in den Trögen), welche dann die polare Kaltluft und die tropische Warmluft miteinander verwirbeln. Die Hochdruckwirbel (Hochs) sind abwärts gerichtet, so daß die Luftmassen großflächig absinken und sich dabei erwärmen. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert und vorhandene Wolken lösen sich größtenteils auf. Das Wetter ist heiter und trocken. Die aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbel (Tiefs) heben die Luft und diese kühlt dabei ab, so daß bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Wolkenbildung einsetzt. Sehr oft gibt es dann auch Niederschläge.
Einige Hochs, darunter auch das bekannte Azorenhoch, bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs gelangen hingegen (zusammen mit kleinen Zwischenhochs) mit der Westdrift nach Europa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes, aber mildes Wetter.
Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagern sich Polarfront und Jetstream mal polwärts (Sommer) und dann wieder mehr in Richtung Äquator (Winter).
Auf der Höhenkarte sieht man sofort, wie die Lage des Höhentroges über Skandinavien mit seinem Tief die Wetterlage in Nord- Und Westeuropa bestimmt. Da sich Tiefdruckwirbel auf der Nordhalbkugel wegen der Erdrotation im Gegenuhrzeigersinn drehen, führt das Skandinavientief polare Kaltluft aus Nordwesten heran.
Das Hoch über dem Nordatlantik westlich davon wirkt dabei unterstützend, denn Hochdruckwirbel drehen sich auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn.
Nördlich davon fällt ein ausgedehntes Hoch über Grönland ins Auge. Es wird von dem Skandinavientief und einem weiteren Tief über den Arktischen Inseln eingerahmt. Die Konstellation dieser drei Druckgebilde, die an den griechischen Großbuchstaben Omega (Ω) erinnert ist sehr stabil. Der Hochdruckeinfluß über Grönland kann daher noch länger anhalten, so daß dort die Temperaturen langsam aber sicher weiter klettern. Man spricht in diesem Zusammenhang von einer Omega-Wetterlage. In Europa sorgt eine solche Wetterlage im Sommer immer wieder für ein sonniges, sehr heißes und trockenes Wetter.
Zu guter Letzt noch ein Blick auf die bodennahen Temperaturen:
Jens Christian Heuer
Unwetter und Klimawandel
In den letzten Wochen hatten wir in Europa und speziell auch in Deutschland wieder einmal eine zweigeteilte Wetterlage: Im Norden war es sonnig, heiß und trocken, im Süden jedoch gab es schwere Unwetter.
Einzelne dieser Unwetter direkt auf den globalen Klimawandel zurückzuführen, wäre sicher voreilig, ja sogar unzulässig. Aber dennoch, einen Zusammenhang zwischen Häufigkeit sowie Schwere von Unwettern und dem Klimawandel durch globale Erwärmung dürfte es gleichwohl geben:
An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aufeinander treffen, entwickelt sich aufgrund des Temperaturunterschieds der Jetstream, welcher maßgeblich das Wettergeschehen bei uns in Europa, aber auch anderswo auf der Nordhalbkugel bestimmt:
Durch den Temperaturunterschied entsteht ein deutliches Luftdruckgefälle zwischen den beiden Luftmassen, da der Luftdruck mit zunehmender Höhe über dem Erdboden in warmer Luft deutlich langsamer abnimmt als in kalter Luft (größere Ausdehnung der Warmluft verglichen mit kalter Luft). Dieses Luftdruckgefälle treibt den Jetstream an, eine polwärts gerichtete Höhenströmung, die wegen der Erdrotation aber zu einem Westwind abgelenkt wird und sich bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone, Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen). Kleine Störungen im Jetstream erzeugen Hoch- und Tiefdruckwirbel, welche dann polare Kaltluft und tropische Warmluft miteinander vermischen. Folge: Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront geht zurück. Die Hochdruckwirbel (Hochs) sind abwärts gerichtet, so daß die Luftmassen großflächig absinken und sich dabei erwärmen. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert und vorhandene Wolken lösen sich größtenteils auf. Das Wetter ist heiter und trocken. Die Tiefdruckwirbel sind aufwärts gerichtet, die Luftmassen werden gehoben, kühlen sich dabei ab, so daß sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden können. Sehr oft kommt es auch zu Niederschlägen.
Die Hochs halten sich innerhalb der mit tropischer Warmluft gefüllten Wellenberge (Hochkeile) der Rossby-Wellen auf, die Tiefs dagegen vorwiegend innerhalb der mit polarer Kaltluft gefüllten Wellentäler (Höhentröge). Die Hochs, darunter auch das bekannte Azorenhoch, bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs gelangen mit der Westdrift nach Europa und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes aber mildes Wetter. Durch einen starken, nur wenig mäandernden Jetstream wird zudem die polare Kaltluft wie von einem Zaun eingeschlossen, so daß nur wenige Kaltluftausbrüche gen Süden das milde Wetter unterbrechen. Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagert sich der Jetstream und damit auch die Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, im Sommer polwärts und im Winter äquatorwärts.
Durch das Abschmelzen der ausgedehnten polaren Eisflächen, welche normalerweise einen Großteil des Sonnenlichts reflektieren, hat sich die Arktis im Zuge des Klimawandels verglichen mit anderen Regionen überproportional erwärmt. Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront, der Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft, ist demzufolge auf der Nordhalbkugel geringer geworden. Ein deshalb im Durchschnitt schwächerer Jetstream mäandert sehr stark, so daß die Strömungsgeschwindigkeit noch weiter abnimmt. Das erleichtert wiederum die Bildung ausgedehnter Hochs, welche die Westdrift und ihre Tiefs blockieren. Im Einflussbereich dieser blockierenden Hochs ist das Wetter sonnig, heiß und trocken. Die Höhentröge mit den blockierten Tiefs schnüren sich nun von der polaren Kaltluftseite ab und wechseln auf die tropische Warmluftseite über. Die blockierten Tiefs werden auf diese Weise von der Westdrift getrennt und weichen dabei nach Süden aus. Als kalte, allseitig von tropischer Warmluft umgebene Höhentiefs (Kaltlufttropfen) „saugen“ sie von unten Luft an und lösen deshalb in ihrem Einflussgebiet Unwetter mit Starkregen und heftigen Gewittern aus. Verstärkend wirkt hierbei noch die mit der globalen Erwärmung einhergehende erhöhte Wasserverdunstung. Bei der Wolkenbildung wird dadurch mehr Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die ihrerseits die Wolkenbildung weiter antreibt, so daß die Unwetter dementsprechend heftiger ausfallen.
Der gesamte Jetstream hat sich in den letzten Jahren als Folge der Erwärmung auf der Nordhalbkugel polwärts verlagert, und damit hat sich auch die Grenze zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft nach Norden verschoben. Über das ganze Jahr gesehen wird das Wetter dadurch überall auf der Nordhalbkugel ein wenig sommerlicher.
Der Klimawandel begünstigt also eine zweigeteilte Wetterlage, mit heißem und trockenem Wetter auf der einen und starken Unwettern weiter südlich auf der anderen Seite. Tritt eine solche Wetterlage im Winter auf, sorgen die Höhentiefs mit massiven Kaltlufteinbrüchen für sehr ergiebige Schneefälle und desöfteren auch für heftige Schneestürme, denn der geschwächte Jetstream kann die polare Kaltluft kaum noch einschließen. So geschah es im Winter 2007/2008 beispielsweise in Griechenland, im Nahen Osten, in den Vereinigten Staaten und in Zentralasien.
Jens Christian Heuer
