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Weisse Weihnachten?

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Viele Menschen wünschen sich, dass es in Deutschland über Weihnachten endlich mal wieder schneit und dann eine schöne Winterlandschaft sie zum Spaziergang einlädt. Wird es diesmal so kommen? Um diese Frage zu beantworten, muss man sich die Langfristprognosen der Wetterdienste näher ansehen. Die Atmosphäre ist ein chaotisches System mit vielen Wechselwirkungen, und deshalb ist auch jede Wettervorhersage, die mehr als 5 Tage in die Zukunft reicht mit einer extrem grossen Unsicherheit behaftet. Da bei der Erhebung der aktuellen Wetterdaten, die einer vom Computer berechneten Prognose zugrunde liegen, kleine Messungenauigkeiten unvermeidbar sind, gibt es immer einen Unterschied zwischen Rechenmodell und Wirklichkeit. Dieser kleine Fehler erscheint bei Kurzfristprognosen noch relativ unbedeutend, zumindest aber beherrschbar. Versucht man jedoch über längere Zeiträume in die Zukunft zu rechnen, so summieren sich auch kleinste Fehler derart, dass die auf einer solchen Berechnung basierenden Wettervorhersagen irgendwann wertlos werden.

Bis Heiligabend sind es noch 8 Tage und das ist schon ein Zeitraum, wo die Sicherheit einer Vorhersage doch sehr zu wünschen übrig lässt. Trotzdem wollen wir uns hier eine derartige Langfristprognose einmal ansehen. Vorher blicken wir jedoch auf die Wetterlage von Gestern und Heute zurück.

Gestern

Wetterlagen lassen sich sehr gut auf Höhenkarten ablesen. Diese hier stammt vom amerikanischen Wetterdienst und zeigt die Nordhalbkugel am 15. Dezember 2008.

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Wetterlage am 15. Dezember 2008 (Höhenkarte)  Quelle: http://www.wetter3.de/

Man sieht darauf die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und erkennt indirekt auch die Lufttemperaturen anhand der sogenannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und entspricht der jeweiligen Höhe über dem Boden in welcher der Luftdruck auf 500 hPa gefallen ist (Höhenangaben in Dekametern!). Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe wegen der nachlassenden Wirkung der Schwerkraft allmählich ab. Da warme Luft sich in der Vertikalen mehr ausdehnt als kalte Luft, geht in einer warmen mit zunehmender Höhe der Luftdruck langsamer zurück als in einer kalten Luftsäule. Das 500 hPa – Niveau wird dementsprechend auch erst in grösserer Höhe erreicht. Die 500 hPa – Fläche bildet somit eine Art „Landschaft“ mit „Bergen“ (Warmluft)und „Tälern“(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa – Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde und der Polarfront gut erkennen. Die Farben zeigen die Relative Topographie. Darunter versteht man die Darstellung des Höhenunterschiedes oder der Schichtdicke zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen in denen jeweils der gleiche Luftdruck herrscht. Hier sind es die 500 hPa (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche (in etwa 50m Höhe). Dieser Höhenunterschied ist wiederum durch Isohypsen dargestellt. Gebiete mit geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur, Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den beiden Isobarenflächen zeigen dagegen eine relativ höhere Lufttemperatur an. Die Temperaturen innerhalb der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Darüber hinaus ist auf der Karte auch noch der jeweils herrschende Bodenluftdruck eingezeichnet. Man erkennt ihn an den weißen geschlossenen Linien, den Isobaren, die Orte gleichen Luftdrucks miteinander verbinden. Ein geringer Abstand zwischen den Isobaren zeigt eine großes Luftdruckgefälle an und umgekehrt. Der jeweilige Luftdruckwert ist bei den Isobaren eingetragen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. 

Wie können wir von der Höhenkarte nun aber auf das Wetter schliessen?

Im Winter ist der Temperaturgradient (Gradient = Gefälle) an der Grenze (Polarfront) zwischen polarer Kaltluft und der deutlich wärmeren Luft aus dem Süden (Tropenluft) besonders ausgeprägt. Das erkennt man sofort an den Farbunterschieden auf der Höhenkarte. Wegen der grösseren vertikalen Ausdehnung der Warmluft im Vergleich zur Kaltluft führt der Temperaturgradient zwischen beiden Luftmassen zu einem mit der Höhe immer weiter anwachsenden Luftdruckgradienten. Daraus resultiert ein zunächst polwärts gerichteter starker Höhenwind (Starkwindfeld, Jetstream), der aber von der Erdrotation (Corioliskraft) abgelenkt wird und deshalb von Westen nach Osten verläuft. Diese Windrichtung setzt sich oft bis zum Boden hin durch (Westwindzone). Kleine Unterschiede im Temperaturgradienten entlang der Polarfront sorgen automatisch auch für verschiedene Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams. Die Luftströmungen im Jetstream werden immer turbulenter, bis bei Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit der ganze Jetstream zu mäandern beginnt (Rossby-Wellen). In den Wellenbergen (Hochkeilen) wird warme Luft polwärts transportiert, in den Wellentälern (Höhentrögen) polare Kaltluft in Richtung Äquator. Diese meridionale Zirkulation (meridional = entlang der Längenkreise) bringt einen Temperaturausgleich zwischen Polar- und Äquatorregion. Aus kleineren Turbulenzen aufgrund von Konvergenzen (Luftstauungen) und Divergenzen (Luftlöchern) innerhalb der Jetstreams entwickeln sich dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete, die Warm- und Kaltluft direkt miteinander verwirbeln. Die Hochdruckwirbel entstehen innerhalb der Hochkeile, die Tiefdruckwirbel dagegen innerhalb der Höhentröge. Die Zugbahnen der Hochs und Tiefs und damit auch das Wetter, werden vom Jetstream gesteuert. Umgekehrt beeinflussen beide Druckgebilde auch wieder das Verhalten des Jetstreams. Noch ein Grund, warum eine Wettervorhersage so schwierig zu berechnen ist!

In den aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbeln wird die Luft gehoben, dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Die Energie für die Ausdehnung stammt aus der Bewegungsenergie der Luftteilchen. Daher die Abkühlung! Ist die Luftfeuchtigkeit ausreichend hoch, dann bilden sich Quellwolken und sogar Gewitterwolken (Schlechtwetter).

In den abwärts gerichteten Hochdruckwirbeln sinken die Luftmassen grossflächig ab und erwärmen sich dabei, so dass  vorhandene Wolken sich auflösen oder Wolken sich von vorneherein gar nicht bilden können (Schönwetter).

Wenn die meridionale Zirkulation sehr ausgeprägt ist, der Jetstream also sehr stark mäandert, können seine Windgeschwindigkeiten so sehr abnehmen, dass die Höhenströmung teilweise ganz und gar zusammenbricht. Die davon betroffenen Hoch- und Tiefdruckwirbel werden sozusagen “eingefroren (”cut off“). Polwärts bildet sich ein neuer, zunächst nur schwach mäandernder Jetstream mit extrem hohen Windgeschwindigkeiten. Bei dieser zonalen Luftströmung (zonal = entlang der Breitenkreise) findet kaum ein Temperaturausgleich zwischen Warm- und Kaltluft statt. Der Temperaturgradient zwischen beiden Luftmassen nimmt deshalb wieder zu, bis der Jetstream wieder stärker mäandert, sich also erneut ein meridionales Zirkulationsmuster ausbildet. Da die “eingefrorenen” Tiefdruckwirbel bestehen aus einer Kaltluftlinse, die von warmer Umgebungsluft (auf der Warmluftseite) vollkommen eingeschlossen ist. Man nennt diese kalten Höhentiefs daher auch Kaltlufttropfen. Aufgrund der labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft) bildet sich eine Konvektionszelle, in der die warme Luft gehoben wird und dabei abkühlt, so dass es bei ausreichender Luftfeuchtigkeit zur Quellwolkenbildung kommt (s.o.). Kaltlufttropfen bewegen sich mit den bodennahen Winden und müssen dabei immer wieder den “eingefrorenen”, beinahe stationären Hochdruckwirbeln ausweichen (blockierende Hochdrucklage). Daher können die Zugbahnen der Kaltlufttropfen auch sehr weit südlich verlaufen.

Genau das sehen wir auch auf unserer Höhenkarte:

Bei der Iberischen Halbinsel liegt ein ausgedehnter Kaltlufttropfen, der sich von einem Höhentrog über Westeuropa gelöst hat und heftige Unwetter verursacht. Das zeigt auch sehr schön das folgende Infrarotbild des europäischen Wettersatelliten Meteosat:

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Wetterlage am 15. Dezember 2008 (Satellitenbild)  Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

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, die sich bis in große Höhen auftürmen 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. Niedrige Wolken sind dagegen schon fast genauso warm wie die Erdoberfläche darunter und erscheinen somit ähnlich dunkel.

Ein weiterer Höhentrog liegt über Russland östlich des Schwarzen Meeres. Der Jetstream hat 4 Rossby-Wellen, ein Schwingungsmuster, was mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit für eine eher stabile Wetterlage spricht. Höhere Wellenzahlen deuten dagegen auf wechselhaftes Wetter hin, weil Höhentröge und Hochkeile dann recht schnell um den Globus wandern. Die Zirkulation über Europa ist eher meridional geprägt, über Nordamerika und dem Nordatlantik dagegen eindeutig zonal.

Heute

Die Wetterlage hat sich von Gestern auf Heute, wie zu erwarten, nur wenig geändert. Das erkennt man auch an der zum Vortag sehr ähnlichen Höhenkarte:

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Wetterlage am 16. Dezember 2008 (Höhenkarte)  Quelle: http://www.wetter3.de/

Das Zirkulationsmuster ist gleich geblieben. Nur der Kaltlufttropfen bei der Iberischen Halbinsel hat sich ein wenig nach Osten verlagert. Die Unwetter in seinem Einflussbereich halten an. Das Infrarotbild von Meteosat zeigt eindrucksvoll die damit einhergehende Wolkenbildung, die einen schönen Wirbel hervorgebracht hat:

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Wetterlage am 16. Dezember 2008 (Satellitenbild)  Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/

Bemerkenswert ist auch das Tief bei Island (Islandtief), welches aus nordwestlicher Richtung im Gegenuhrzeigersinn polare Kaltluft heranführt. Man erkennt diese an der zellularen Bewölkung, die entsteht, weil die Kaltluft über die relativ warme Wasseroberfläche des Atlantik strömt und sich dabei an ihrer Unterseite erwärmt. Dadurch bilden sich mächtige Konvektionszellen, in denen die Luft gehoben wird und dabei abkühlt. Da über dem Wasser die Luft immer genug Feuchtigkeit enthält, bildet sich hochreichende Quellwolken, deren Anordnung die einzelnen Konvektionszellen widerspiegelt.

Vorausberechnetes Wetter

Wir machen nun einen Zeitsprung in die Zukunft, an die äusserste Grenze der brauchbaren Vorhersagbarkeit, bis an den „Ereignishorizont“ des Rechenmodells sozusagen. Dieser „Ereignishorizont“ liegt beim 23. Dezember 2008, einen Tag vor Heiligabend und 2 bzw. 3 Tage vor Weihnachten. Schauen wir uns die dazugehörige Höhenkarte nun näher an:

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Wetterlage am 23. Dezember 2008, dem „Ereignishoritzont“ des Rechenmodells (Höhenkarte)  Quelle: http://www.wetter3.de/

Auch über Europa ist nun die Zirkulation nach Auflösung der beiden Höhentröge über Westeuropa und Russland zonal geworden! Der Jetstream rast nahezu breitenkreisparallel über den Norden der Britischen Inseln, über Südskandinavien und dann weiter über das nördliche Russland. Die Zugbahnen der dynamischen Tiefdruckgebiete, die allein uns Schneefall zu Weihnachten bescheren könnten, verlaufen zu weit nördlich. Es wird also wohl nichts mit Schneefällen über Weihnachten!

West-, Mittel- und Osteuropa liegen unter einem zusammengesetzten, sehr ausgedehnten, vom Atlantik bis weit nach Russland hineinreichenden Hochdruckgebiet.

Hochdruckgebiete bringen schönes Wetter, so könnte man meinen, und im Prinzip stimmt das auch (s.o.). Aber im Winter gibt es leider einen Haken: Zwar kommt es zu der hochdrucktypischen Absinkbewegung der Luftmassen, wobei die Luft komprimiert wird und sich deshalb erwärmt. Da der Erdboden im Winter jedoch nachts stark auskühlt, sind auch die bodennahen Luftschichten entsprechend kalt und halten die absinkende warme Luft auf. Es kommt zu einer sogenannten Absinkinversion, bei der die warme wie ein Deckel auf der kalten Luft liegt. Kalte Luft nimmt nur relativ wenig Feuchtigkeit auf, so dass sehr schnell die Sättigung erreicht wird und Kondensation einsetzt. Es bilden sich also sehr leicht ausgedehnte Nebelfelder. Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne den Erdboden und dieser wiederum die Luftschichten darüber. Die Kraft der schwachen Wintersonne reicht aber vielerorts nur aus, um die Bodenebel aufzulösen. Übrig bleibt der Hochnebel. Die vorhergesagten bodennahen Temperaturen:

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Wetterlage am 23. Dezember 2008, dem „Ereignishoritzont“ des rechenmodells (bodennahe Temperaturen)  Quelle: http://www.wetter3.de/

Das Modell rechnet zwar nur bis zum 23. Dezember 2008. Da aber nach wie vor der Jetstream die Wellenzahl 4 hat, ein deutlicher Hinweis, für eine recht stabile Wetterlage, kann man doch mit einiger Berechtigung das, was für den 23. Dezember zutrifft, auch auf die kommenden Weuhnachtsfeiertage übertragen.

Fazit

Das Weihnachtswetter wird also nach dem amerikanischen Rechenmodell in tieferen Lagen feuchtkalt und neblig sein. Im Gebirge, in Höhenlagen oberhalb der Inversion, da hält die Hochdrucklage jedoch auch im Winter, was sie verspricht. Es ist sonnig, mild und trocken. Schon seit den ersten Wintereinbrüchen liegt überall Schnee. Bei ausgezeichneter Fernsicht fällt der Blick auch auf die weiter unten liegenden Hochnebelfelder. Eine weisse Winterlandschaft zu Weihnachten, im Flachland nur ein Wunschtraum, wird hier Wirklichkeit, denn bei den vorangegangenen Wintereinbrüchen ist der Schnee bereits gefallen.

Jens Christian Heuer

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Written by jenschristianheuer

16 Dezember, 2008 um 23:07 pm

Eine Antwort

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