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„Kleine Eiszeit“ in Europa

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West- und Mitteleuropa erleben derzeit einen Winter wie schon lange nicht mehr. Insbesondere nachts fallen die Temperaturen bis weit in den zweistelligen Minusbereich.

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Bodennahe Temperaturen am 7. Januar 2009 00:00 Uhr UTC

Die niedrigen Temperaturen kommen einerseits durch polare Kaltluft zustande, die in einem von Skandinavien bis zur Iberischen Halbinsel reichenden Höhentrog mit einer cyclonalen Luftströmung (gegen den Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) von Norden, durch ihren Weg über die Nordsee leicht abgemildert, zu uns gelangt.

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Wetterlage am 7. Januar 2009 00:00 Uhr UTC. Auf der Höhenkarte des amerikanischen Wetterdienstes sieht man die 500 hPa-Fläche (Geopotential, schwarze Linien mit Zahlen) und erkennt indirekt auch die Lufttemperaturen anhand der sogenannten Relativen Topographie (RETOP). Die 500 hPa-Fläche  entspricht in jedem Flächenstück der 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 der Warmluft wird also erst in relativ grösserer Höhe erreicht. Die 500 hPa – Fläche bildet  eine Art “Landschaft” mit “Bergen” (Warmluft) und “Tälern”(Kaltluft). Die schwarzen Linien (Isohypsen) der 500 hPa – Fläche verbinden also Orte miteinander, die jeweils in derselben Höhe liegen. Die Isohypsen zeigen den Verlauf der Höhenwinde und die Lage der Polarfront. Die Farben dienen der Darstellung der Relativen Topographie. Darunter versteht man den Höhenunterschied (Schichtdicke) zwischen zwei isobaren Flächen, also Flächen von jeweils gleichem Luftdruck. Hier sind es die 500 hPa Isobarenfläche (in etwa 5 km Höhe) und die bodennahe 1000 hPa Isobarenfläche (in etwa 50m Höhe). Gebiete mit geringer Schichtdicke entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur, Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den beiden Isobarenflächen, dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur. Die Temperaturen innerhalb der Schichten nehmen von violett, über blau, grün, gelb nach rot immer mehr zu. Weiterhin 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 entspricht einem hohen Luftdruckgradienten und umgekehrt. Der Luftdruckwert ist jeweils bei den Isobaren eingetragen. Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Quelle: http://www.wetter3.de/

Andererseits führt ein Hoch über Mitteleuropa mit einer anticyclonalen Luftströmung (imUhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) sehr kalte Schneeluft aus Osteuropa heran. Im Einflussbereich des Hochs klart es in der Nacht immer wieder auf, so dass es durch die von Wolken unbehinderte Infrarotabstrahlung des Erdbodens ganz besonders kalt wird. Temperaturen bis -30°C sind stellenweise möglich.

Schon sehr bald wird die meridionale Zirkulation im Bereich des Höhentroges über Europa teilweise zusammenbrechen und sich daraufhin über der Iberischen Halbinsel ein Tiefdruckwirbel (Kaltlufttropfen) abspalten und da in ihm die Luft gehoben wird und dabei abkühlt für vermehrte Wolkenbildung und Schneefälle sorgen.

Schauen wir uns die weitere Entwicklung des Wetters anhand der Höhenkarte der Nordhalbkugel  ausgehend vom 7. Januar 2009, 12:00 Uhr UTC einmal näher an:

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Wetterlage 7. Januar 2009 12.00 Uhr UTC Quelle:  http://www.wetter3.de/

Die Höhenströmung hat vier bis fünf Rossby-Wellen ausgebildet. Eine Vierzahl ist sehr stabil, eine Fünfzahl aber schon deutlich weniger, d.h. die Wetterlage zeigt eine leichte Tendenz in Richtung einer grösseren Wechselhaftigkeit.

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Wetterlage 8. Januar 2009 18:00 Uhr UTC Quelle:  http://www.wetter3.de/

West und Mitteleuropa liegen nun unter einem Hochkeil. Mit einer anticyclonalen (imUhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel) Luftströmung wird aus südwestlicher Richtung relativ milde atlantische Meeresluft herangeführt, so dass die bodennahen Temperaturen steigen. Durch den Hochdruckeinfluss gehen Bewölkung  und Niederschläge zurück. Ganz anders sieht das, wie schon oben erwähnt, im Einflussbereich des  Kaltlufttropfens aus.

Jens Christian Heuer

Annex: Dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete

Die Hochs und Tiefs unserer Breiten entstehen durch strömungsdynamische Prozesse im Bereich der Polarfront, der Grenze, wo warme tropische Luftmassen und polare Kaltluft aufeinander treffen. Wegen der grösseren vertikalen Ausdehnung der warmen im Vergleich zur kalten Luft bildet sich zwischen beiden Luftmassen ein mit der Höhe immer weiter anwachsender Luftdruckgradient heraus. Dieser erzeugt einen zunächst polwärts gerichteten starken Höhenwind (Starkwindfeld, Jetstream), der aber sofort von der Erdrotation (Corioliskraft) nach Osten abgelenkt wird,  so zum Westwind wird und sich oft bis zum Boden hin durchsetzt (Westwindzone). Da die Temperaturunterschiede zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entlang der Polarfront nicht überall gleich gross sind, gibt es unterschiedliche Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams, der dadurch turbulent wird. Bei Überschreiten einer kritischen Geschwindigkeit beginnt der gesamte Jetstream zu mäandern  (Rossby-Wellen). In den Wellenbergen (Hochkeilen) wird Warmluft polwärts , in den Wellentälern (Höhentrögen) polare Kaltluft äquatorwärts transportiert. Diese meridionale Zirkulation (meridional = entlang der Längenkreise) sorgt für einen Temperaturausgleich zwischen Polar- und Äquatorregion. Aus Konvergenzen (Luftstauungen) und Divergenzen (Luftlöchern) innerhalb des turbulenten Jetstreams entwickeln sich innerhalb der Hochkeile dynamische Hochdruckgebiete (Hochs) und innerhalb der Höhentröge Tiefdruckgebiete (Tiefs), welche jeweils Warm- und Kaltluft direkt miteinander verwirbeln.

In den aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbeln mit cyclonaler Drehrichtung (gegen den Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel aufgrund der Erdrotation) 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, aus denen oft auch Gewitterwolken hervorgehen (Schlechtwetter). Dabei wird Kondensationswärme (latente Wärme) frei, die ihrerseits die Konvektion anheizt und damit die Wolkenbildung fördert.

In den abwärts gerichteten Hochdruckwirbeln mit anticyclonaler Drehrichtung (im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel aufgrund der Erdrotation) 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).

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.

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. Es kommt zu einem “Cut Off” , bei dem sich Hochdruckwirbel von den Hochkeilen und Tiefdruckwirbel von den Höhentrögen trennen. 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 erhöht sich wieder, so dass der Jetstream wieder stärker mäandert und sich erneut ein meridionales Zirkulationsmuster ausbildet. Da abgespaltenen Tiefdruckwirbel bestehen aus Kaltluft, die ringsherum von tropischer Warmluft eingeschlossen ist (Kaltlufttropfen). Aufgrund der labilen Luftschichtung (kalte über warmer Luft) entsteht Konvektion. Die warme Luft wird gehoben und kühlt dabei ab, so dass sich Quellwolken bilden können (Schlechtwetter). Ziehen Kaltlufttropfen über eine relativ warme Wasseroberfläche, so können sie viel latente Wärme aufnehmen. Konvektion und Wolkenbildung werden dann oft so stark, dass eine wirbelsturmähnliche Struktur dabei herauskommt.

Jens Christian Heuer

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Written by jenschristianheuer

7 Januar, 2009 um 18:42 pm

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