Sonntag, 23. Dezember 2007

Wetter Aktuell

Das Wetter an Weihnachten – endlich mal wieder Schnee?

Wie wird das Wetter an den Weihnachtsfeiertagen sein? Scheint die Sonne oder wird es mal wieder neblig-trüb? Gibt es Glatteis oder wird es richtig schneien, und bekommen wir dann endlich einmal wieder weiße Weihnachten?
Ich werde versuchen, eine Antwort zu finden und diese dann mit der offiziellen Wettervorhersage des Deutschen Wetterdienstes vergleichen.
Ausgangspunkt jeder Vorhersage ist immer die aktuelle Wetterlage, die wir uns nun genauer ansehen wollen. Wir benutzen dafür eine Infrarotaufnahme und eine Höhenkarte…



Die Infrarotaufnahme bildet die unsichtbare Wärmestrahlung ab, die vom Land,
den Wasserflächen und den Wolken ausgeht. Warme Objekte auf Infrarotaufnahmen
erscheinen dunkel, kalte Objekte dagegen hell. Aus den Helligkeiten der Objekte ist
also ein direkter Rückschluss auf deren Temperatur möglich.
Infrarotbilder gelingen auch in der Dunkelheit der Nacht, denn die Wärmestrahlung
ist immer da. Wolken, die sich bis in große Höhen auftürmen wie etwa Gewitterwolken
(Cumulunimbus), sind wegen der mit wachsender 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.
Dieser Gegensatz ist auf dem Bild sehr deutlich zu erkennen, wenn man etwa die hohen,
hell erscheinenden Quell- und Cirruswolken der Tiefdruckgebiete mit den sehr dunklen
Wolken der Hochdruckgebiete vergleicht, die dort wegen der herabsinkenden Warmluft
nur in geringe Höhen
heraufreichen und nur bei genauem Hinsehen auszumachen sind.
Quelle:
http://www.metoffice.gov.uk/

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Die Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche und die dort herrschenden Temperaturen.
Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und wird aus der Höhe
bestimmt, in der der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!).
Warme Luft ist nun aber nach oben hin ausgedehnter als kalte Luft, so daß der Luftdruck

auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa abgesunken ist. Die 500 hPa-Fläche
bildet also eine Art "Landschaft" mit "Bergen" und "Tälern". Die Farben zeigen die
Temperaturen (von violett, über blau, grün, gelb nach rot zunehmend) auf der 500 hPa-Fläche
und die weißen Linien mit den Zahlen einzelne Temperaturwerte. Linien die Orte miteinander
verbinden, wo jeweils der in der gleichen Höhe liegen, nennt man Isohypsen. Die schwarzen Linien
der 500 hPa-Fläche sind demzufolge 500 hPa-Isohypsen. Diese lassen wiederum den Verlauf der
Höhenströmung der Westwindzone gut erkennen.
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Über Osteuropa liegt ein ausgedehntes Hochdruckgebiet, das sich weiter ostwärts verlagert. Im Bereich eines Hochdruckgebietes kommt es zu einer großräumigen Absinkbewegung der Luftmassen (s.u.), die sich dabei erwärmen. Da der Erdboden wegen der fortgeschrittenen Jahreszeit nachts stark auskühlt, werden die bodennahen Luftschichten entsprechend kalt und halten darum die absinkende warme Luft auf (Absinkinversion). Enthält die bodennahe Luft genug Feuchtigkeit, so entstehen Bodennebel. Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne den Erdboden und dieser wiederum die Luftschichten darüber. Bodennebel, soweit vorhanden, lösen sich auf. Nördlich davon verläuft die stark mäandernde Westwindzone, wo die Warmluft aus dem Süden auf polare Kaltluft trifft.
Dort bilden sich die dynamischen Hoch- und Tiefdruckgebiete, so etwa das Hoch, das nach Osteuropa gewandert ist oder das Tief, dessen Ausläufer gerade die Britischen Inseln erreichen. Drei weitere Tiefs liegen abseits der Westwindzone über dem westlichen Mittelmeer, über Marokko und über Deutschland. Sie sind an ihren leicht verwirbelten Wolken zu erkennen. Alle drei sind zwar wie die anderen Tiefdruckgebiete in der Westwindzone entstanden, haben sich aber dann später als Kaltlufttropfen (Höhentiefs) von dieser gelöst (Cut Off – Prozess).

Wie entstehen aber nun all die Hoch- und Tiefdruckgebiete?

Die Äquatorregionen der Erde, also die Tropen werden durch die Sonne sehr stark erwärmt, die Pole bekommen aber nur wenig Wärme ab. Die Luft über den Tropen wird von dem durch die intensive Sonneneinstrahlung kräftig aufgeheizten Boden erwärmt und dehnt sich sehr weit nach oben hin aus. Die kalte Luft über den Polen dehnt sich dagegen nur vergleichsweise wenig aus, sondern sammelt sich zu großen Teilen in Bodennähe. Die Troposphäre, in der sich das Wetter in der Hauptsache abspielt, .ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre. Sie hat über den Tropen, wo die Luft am wärmsten ist, auch die größte Ausdehnung und reicht bis in eine Höhe von 18km. Dort beginnt dann die Tropopause, der Übergangsbereich zur nächsthöheren Atmosphärenschicht, der Stratosphäre. Der Luftdruck über den Tropen ist deshalb in Bodennähe zwar niedriger als über den Polen, fällt aber mit wachsender Höhe nicht so schnell wie dort Über den Tropen bildet sich eine, die ganze Erdkugel umfassende Reihe bodennaher Tiefdruckgebiete (Innertropische Konvergenzzone, ITCZ), der dann weit oben, am oberen Rand der Troposphäre unterhalb der Tropopause eine Reihe Höhenhochs entspricht. An den Polen ist es genau umgekehrt: Bodennah bilden sich linsenförmige Kältehochs, denen unterhalb der Tropopause jeweils ein Höhentief entspricht. Über den kalten Polen, wo sich die Luft nur wenig nach oben hin ausdehnt, beginnt die Tropopause schon in 7 km Höhe.
Da die aufsteigende Luft über den feuchtwarmen Tropen sehr viel Wasserdampf enthält, entsteht hier eine ausgeprägte Quellbewölkung mit ergiebigen Niederschlägen und heftigen Gewittern. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende Kondensationswärme gibt der Luft in den Wolken neuen Auftrieb und treibt so wiederum die Wolkenbildung an. Die Luft kann nur deshalb aufsteigen, weil in der Troposphäre die Lufttemperatur von unten nach oben abnimmt. In der nächsthöheren Stratosphäre, steigt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe dagegen wieder an. Das liegt an dem dort reichlich vorhandenen Ozon, das die gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert und sich dabei erwärmt. Luft, die in der Troposphäre noch gerade eben wärmer war als die Umgebungsluft und deshalb weiter aufsteigen konnte, trifft in der Stratosphäre auf eine deutlich wärmere Umgebungsluft und verliert so ihren Auftrieb. Deshalb endet das Wachstum der Gewitterwolken spätestens am Übergang zur Stratosphäre. Da die Wolkenbildung sich nur noch seitwärts fortsetzt, entsteht die typische Ambossform der Gewitterwolken (Cumulunimbus).

Wir beschränken uns bei den nun folgenden Überlegungen auf die Nordhalbkugel:
Zwischen der Warmluft über den Tropen und der Kaltluft über der Polarregion besteht in der Höhe ein großes Luftdruckgefälle (Gradient). Dieser Luftdruckgradient ist von den Höhenhochs über den Tropen zu dem Kältetief über der Polarregion gerichtet und erzeugt eine entsprechend starke Gradientenkraft, die wiederum einen Höhenwind (Jetstream) hervorruft. Die Erdrotation lenkt diesen Wind aber nach Osten ab, so daß sich eine Westwindzone herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Vom Kältehoch am Nordpol strömt polare Kaltluft in Richtung der Tropen und wird ebenfalls durch die Erdrotation, diesmal aber nach Westen abgelenkt. Dieser Ostwind beruht auf einer Gradientenkraft, die vom bodennahen Kältehoch der Polarregion zu den bodennahen Tiefs der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) gerichtet ist. Die tropische Warmluft und die polare Kaltluft begegnen sich an der Polarfront und strömen als West- und Ostwind in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei. Eine Durchmischung findet nicht statt, ein Druck- und Temperaturausgleich ist somit nicht möglich, wodurch das Temperatur- und Druckgefälle immer größer wird. Die Temperaturgegensätze an der Polarfront sind nicht überall genau gleich und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten in der Höhenströmung der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt die Höhenströmung zu mäandern (Rossby-Wellen) und wird dabei immer turbulenter. Aus kleinen Wellenstörungen entstehen dann dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel, die endlich für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft sorgen. Das große Temperatur- und Druckgefälle (Gradient) zwischen warmen und kalten Luftmassen baut sich wieder ab. Dieser Gradient ist im Winterhalbjahr besonders groß, da die Polarregion in dieser Zeit überhaupt keine Sonnenstrahlen abbekommt (Polarnacht). Die polare Kaltluft ist dann dementsprechend kälter. Da die Tropen sich im Winterhalbjahr fast überhaupt nicht abkühlen, ist der Temperatur- und Druckgradient zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft erhöht, und es bilden sich häufiger dynamische Tiefdruckgebiete, die auch höhere Windgeschwindigkeiten entwickeln. Es geht im Winterhalbjahr also insgesamt stürmischer zu als im Sommerhalbjahr.

Der genaue Mechanismus der dynamischen Hoch- und Tiefdruckentstehung funktioniert so:

Der Höhenwind der mäandernden Westwindzone wird abwechselnd beschleunigt und dann wieder abgebremst: Wird ein Teilabschnitt der Höhenströmung beschleunigt, so kann die nachfolgende, langsamere Luft nicht mithalten und es entsteht ein Unterdruck. Durch diese Wellenstörung wird Luft nach oben gesaugt, durch die Erdrotation bildet sich ein Luftwirbel, und auch am Boden sinkt der Luftdruck. Auf diese Weise entsteht ein dynamisches Tiefdruckgebiet. Im Bereich der Wellenstörung, also im Tiefdruckzentrum, bekommt die Polarfront in der Westwindzone einen "Knick". Durch die vom Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung stößt warme Luft nach Norden gegen die Kaltluft vor (Warmfront) und im Gegenzug kalte Luft nach Süden gegen die Warmluft (Kaltfront),
An der Warmfront, wo die warme Luft langsam über die kältere Luft nach oben gleitet, bilden sich Schichtwolken, und es fängt häufig über längere Zeit an zu regnen (Landregen). In größeren Höhen, wo es kälter ist, bilden sich Eiswolken (Cirrus). Die Kaltfront und die dahinter befindliche Kaltluft bewegen sich wesentlich schneller als die vorauseilende Warmluft, die wegen ihrer Aufstiegstendenz eine schwächer ausgeprägte Vorwärtsbewegung hat. Die Warmluft wird so nach und nach von der herannahenden Kaltluft durchdrungen, erfährt dabei, da sie leichter ist, einen starken Auftrieb (labile Luftschichtung), und es bildet sich eine ausgeprägte Quellbewölkung. Bei kräftigen Winden kommt es zu sehr heftigen Regenschauern, oft auch zu Gewittern mit Hagel. Der Warmluftsektor wird nach und nach zusammengeschoben. Warm- und Kaltfront vereinigen sich dabei zu einer Mischfront (Okklusion) bis der Warmluftsektor ganz verschwunden ist. Danach löst sich das Tiefdruckgebiet langsam wieder auf. Ein dynamisches Tiefdruckgebiet „lebt“ im Durchschnitt 5-7 Tage.

Durch Wellenstörungen an der Kaltfront eines älteren Tiefdruckgebietes können sich neue dynamische Tiefdruckgebiete bilden. Auf diese Weise können ganze Tiefdruckfamilien entstehen.

Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietes
nach Vilhelm Bjerknes (1862-1951)
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Wird ein Bereich der Höhenströmung abgebremst, so kommt es zu einem Luftstau und damit zu einem Überdruck, weil die nachfolgende Luft relativ zu schnell wird. Die überschüssige Luft wird überwiegend nach unten gedrückt, es entsteht, wegen der Erdrotation, ein Wirbel und damit ein dynamisches Hochdruckgebiet. Da die Luft in einem solchen Hoch nach unten sinkt und sich dabei erwärmt lösen sich eventuell vorhandene Wolken größtenteils auf. Dadurch kann die Sonnenstrahlung ungehindert einfallen und den Boden entsprechend stark aufheizen. Die wiederum vom Boden erwärmte Luft steigt auf, trifft aber bald auf die oft noch wärmeren absinkenden Luftmassen des Hochdruckgebietes, die sich wie eine Sperrschicht verhalten und den weiteren Aufstieg der Luft von unten verhindern (stabile Luftschichtung, Inversion). Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit bildet sich dann unterhalb der Sperrschicht eine Schichtbewölkung (Hochnebel, Stratus, Stratocumulus) aus.

Die Hochdruckwirbel scheren aus der Westwindzone äquatorwärts aus und bilden den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefdruckwirbel orientieren sich dagegen polwärts und werden von den hier vorherrschenden Westwinden nach Osten mitgenommen. In den Gebieten unter ihren Zugbahnen sorgen sie für eine feuchte und milde Witterung. Aus den Subtropenhochs strömt die Luft zunächst in Richtung Äquator, wird dann aber bald durch die Erdrotation zu einem Ostwind abgelenkt (Urpassat). Durch Bodenreibung wird die ablenkende Wirkung der Erdrotation abgeschwächt, so daß nun die Gradientenkraft in Richtung der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) überwiegt. Aus dem Ostwind, dem Urpassat wird so in Bodennähe ein Nordostwind, der Nordostpassat. Die Luft in Bodennähe wird auf ihrem Weg nach Südwesten immer wärmer bis sie schließlich aufzusteigen beginnt und sich die bodennahen tropischen Wärmetiefs der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) bilden. Damit ist der Luftkreislauf geschlossen. Den Luftkreislauf zwischen der Innertropischen Konvergenzzone und den Subtropenhochs wird nach ihrem Entdecker Hadley-Zirkulation genannt.

Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bleibt aber nicht ortsfest am Äquator, sondern wandert in Abhängigkeit vom Sonnenstand und damit von den Jahreszeiten abwechselnd in Richtung einer der beiden Pole, wobei sie aber etwas hinter der Sonne zurückbleibt, da es relativ lange dauert bis auch die Troposphäre durch den von der Sonne schnell aufgeheizten Boden vollständig erwärmt ist. Die ITCZ „hinkt“ dem Sonnenstand also immer hinterher. Im Sommer auf der Nordhalbkugel liegt die ITCZ etwas nördlich des Äquators, um dann im Herbst auf die Südhalbkugel überzuwechseln. Im Winter liegt sie etwas südlich vom Äquator. Auf der Südhalbkugel ist dann Sommer. Die Wanderung der ITCZ verursacht in den Tropen die stetige Abfolge von Regenzeiten (Monsun) im Sommer und Trockenzeiten im Winter.



Die Erde im Infraroten: Die ITCZ mit ihrer starken Quellbewölkung und ihren dicht an dicht liegenden Gewitterzellen befindet sich südlich vom Äquator, da auf der Südhalbkugel Sommer ist. Nördlich davon erstreckt sich der subtropische Hochdruckgürtel. Gut zu erkennen auch das dynamische Tief über dem Nordmeer, dessen lang gestrecktes Wolkenband den Verlauf der Polarfront nachzeichnet und zwei Höhentiefs über dem westlichen Mittelmeer und über Nordafrika, südlich der Straße von Gibraltar, sowie das ausgedehnte Hoch über Osteuropa.
Quelle:
http://oiswww.eumetsat.org/
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Die Kaltlufttropfen entstehen immer dann, wenn die Rossby-Wellen in der Höhenströmung der Westwindzone sehr stark ausgeprägt sind. Das Temperatur- und Druckgefälle (Gradient) an der Polarfront verringert sich durch diese starke Wellenbildung. Mit abnehmendem Gradienten wird die Höhenströmung immer langsamer bis sie ganz zusammenbricht, so daß „ihre“ dynamischen Tiefdruckgebiete "einfrieren" und sich kaum noch weiterbewegen. Die Tiefs werden also stationär. Weiter polwärts bildet sich eine neue Westwindzone mit zunächst noch relativ schwachen Rossby-Wellen und demzufolge hoher Strömungsgeschwindigkeit.
In der „neuen“ Westwindzone entwickeln sich sehr schnell wieder dynamische Hoch- und Tiefdruckgebiete.
Auf diesem Wege trennt sich das "eingefrorene", stationäre Tiefdruckgebiet also von der Westwindzone („Cut Off“). Es ist ein Höhentief und besteht aus kalter Luft, die von der wärmeren Umgebungsluft völlig eingeschlossen ist. Dieser Kaltlufttropfen kann durchaus einige Tage oder sogar Wochen überleben. Da die Luft unter ihm wärmer ist (labile Schichtung) können sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Quellwolken (Cumulus und Cumulunimbus) bilden. Das wiederum bedeutet meist länger anhaltendes Schlechtwetter. Das von der Höhenströmung der Westwindzone völlig losgelöste Tiefdruckgebiet bewegt sich nur noch langsam voran, angetrieben nicht mehr von den Höhenwinden, sondern durch die schwächeren bodennahen Winde.

Soweit also alles zur aktuellen Wetterlage. Doch wie geht es nun weiter?
Um das zu erfahren schauen wir auf die Höhenkarten des kommenden Tages…

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Die Ausläufer des Tiefs, das sich von Island nach Nordnorwegen bewegt, erreichen bald die Nordseeküste und führen relativ milde Meeresluft aus süd- bis südwestlichen Richtungen heran. Der Kaltlufttropfen ist von Norddeutschland aus weiter nach Süden gewandert. Er wirkt abkühlend auf die Luftschichten über die er hinwegzieht. Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit löst er die Bildung von Quellwolken aus, und es kommt dann immer wieder zu Niederschlägen, die bei Temperaturen unter Null als Schnee oder Eis den Boden erreichen. Ist nur der Boden gefroren, die Lufttemperaturen aber über Null, so kann Glatteis entstehen, denn die Niederschläge fallen zwar als Regen, gefrieren aber bei Kontakt mit dem kalten Boden fast augenblicklich.

Die nun noch folgende Karte zeigt, daß die Lufttemperaturen in Deutschland am 24. Dezember meistens unter, allerhöchstens aber am Gefrierpunkt liegen...


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Statt der von uns allen erhofften Schneelandschaft wird es an den Weihnachtstagen wahrscheinlich meistens Regen geben, der teilweise gefriert. Es ist daher leider jederzeit mit Glatteis zu rechnen! Aber gelegentlich könnte es auch schneien. Liegen bleiben wird der Schnee aber wohl nur in höheren Lagen, wo es kälter ist als im Flachland. Durch den Hochdruckeinfluss bleibt es neblig-trüb.

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) sieht das ganz ähnlich. In seiner aktuellen Vorhersage für Deutschland ist zu lesen:
“ In der Nacht zum Montag ist es im Norden und Osten meist bedeckt und gelegentlich kommt es zu Schneefall oder Schneeregen. In den übrigen Gebieten ist es teils neblig, teils klar und im wesentlichen trocken. Die Tiefsttemperaturen liegen in Küstennähe und im Nordwesten um 0 Grad, sonst zwischen -2 und -10 Grad. Meist ist es schwachwindig. Nur in Küstennähe weht zeitweise mäßiger Südwestwind. Am Montag ist es im Norden und Osten meist bedeckt und stellenweise fällt noch etwas Schnee, vor allem im Osten. Sonst ist es teils heiter, teils neblig-trüb. Die Höchsttemperaturen liegen bei längerem Nebel um -3 Grad, sonst meist zwischen 0 und +4 Grad. Es ist schwachwindig. Lediglich an der See weht teilweise mäßiger südlicher Wind. In der Nacht zum Dienstag fällt im Südosten anfangs noch etwas Schnee. Sonst ist es teils neblig, teils klar, im Nordwesten auch stärker bewölkt. Zum Ende der Nacht kann es im Norden etwas regnen. Die Tiefsttemperaturen liegen zwischen Werten um +1 Grad an den Nordseeküsten und örtlich -10 Grad am Alpenrand. Am Dienstag ist es nach Südosten zu noch teils sonnig, teils neblig-trüb. Im Nordwesten überwiegt starke Bewölkung und im äußersten Norden fällt etwas Regen oder Nieselregen. Die Höchsttemperaturen liegen bei längerem Nebel um -3 Grad, sonst zwischen 0 und +5 Grad. Der Wind weht schwach, im Nordwesten und an den Küsten mäßig, in Böen auch stark bis stürmisch aus südlichen Richtungen. In der Nacht zum Mittwoch ist es im Süden und Osten teils neblig, teils klar und trocken. In der Nordwesthälfte zieht dichte Bewölkung auf und nachfolgend kommt es zu Niederschlägen, die teils als Schnee, teils als Regen fallen. Dabei besteht erhöhte Glättegefahr. Die Tiefsttemperaturen liegen zwischen +2 Grad im Emsland und -8 Grad in den Niederungen Süddeutschlands. Am Mittwoch ziehen von West nach Ost dichte Wolken über Deutschland hinweg. Sie bringen teilweise Regen, teilweise leichten Schneefall, vereinzelt auch gefrierenden Regen. Nachmittags lockert die Bewölkung im Westen und Nordwesten wieder auf. Die Höchsttemperaturen liegen zwischen -2 Grad in Südostbayern und +6 Grad an der Nordsee. Der Wind weht schwach, im Norden mäßig, an der Küste frisch aus Südwest bis West.“

Wie auch immer das Weihnachtswetter nun werden wird, für ein gelungenes Weihnachtsfest ist das nicht wirklich entscheidend! Ein weißes Weihnachten mit strahlendem Sonnenschein wäre sicher das „Tüpfelchen auf dem i“ gewesen, mehr aber auch nicht.
Für die ernsthaft Wetterinteressierten bleibt immerhin ein Trost:
Schlechtes Wetter ist (fast) immer das interessantere Wetter!

In diesem Sinne wünsche ich allen meinen Leser ein erholsames Weihnachtsfest und ein glückliches, interessantes Jahr 2008 !

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