Samstag, 19. Januar 2008

Wetter und Klimawandel

Eine vorerst stabile Westlage!
Wirklich keine Chance mehr für den Winter?

Eine ausführliche Betrachtung der augenblicklichen Großwetterlage wirft grundlegende Fragen zum globalen Klimawandel auf. Sind die milden Winter in West- und Mitteleuropa, so wie auch jetzt schon wieder, ein Indiz für die globale Erwärmung? Aber warum ist es dann gleichzeitig woanders auf der Nordhalbkugel so furchtbar kalt? Bei der Suche nach Antworten ergeben sich interessante Einblicke, wie Wetter und Klima funktionieren aber möglicherweise auch sehr beunruhigende Schlussfolgerungen. Kommt die große Kälte?

Die augenblickliche Wetterlage ist eine für Westeuropa recht typische Westlage und lässt sich auf dem Satellitenbild von heute Mittag gut erkennen:


Die Infrarotaufnahme des europäischen Wettersatelliten Meteosat 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 da. Wolken, die sich bis in große Höhen auftürmen wie etwa 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. Dieser Gegensatz ist auch auf diesem Bild sehr deutlich zu erkennen, wenn man etwa die hohen, hell erscheinenden Quell- und Cirruswolken des kräftigen Sturmtiefs mit Zentrum über Skandinavien mit den sehr dunklen Wolken der Hochdruckgebiete -beispielsweise über der Iberischen Halbinsel oder über dem Balkan- vergleicht, die dort wegen der herabsinkenden Warmluft nur in geringe Höhen heraufreichen und deshalb nur bei genauem Hinsehen auszumachen sind. Gut zu erkennen ist auch die zum Sturmtief gehörende Warmfront über Mitteleuropa, der spitz zulaufende Warmluftsektor und die dahinter herannahende Kaltfront, die sich von Norddeutschland über Großbritannien in einem weiten Bogen über den Nordatlantik erstreckt. Von der Spitze des Warmluftsektors bis zum Tiefdruckzentrum haben sich Warm- und Kaltfront vereinigt (Okklusion).

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Die Westlage zeichnet sich –wie im Namen schon angedeutet- durch vorherrschende westliche Winde aus, die die über dem westlichen Nordatlantik entstandenen Tiefdruckgebiete nach Europa tragen. Diese dynamischen Tiefdruckgebiete entstehen an der Polarfront, wo tropische Warmluft aus dem Süden und polare Kaltluft aus dem Norden aufeinander treffen. Zwischen der Warm- und der Kaltluft besteht in der Höhe ein großes Luftdruckgefälle (Gradient). Dieser Gradient kommt zustande, weil sich warme Luft mehr in die Höhe ausdehnt als kalte Luft. Der Luftdruck der warmen Luft nimmt also mit wachsender Höhe langsamer ab als der Luftdruck der kalten Luft. In Bodennähe dagegen, herrscht bei kalter Luft ein höherer Luftdruck als bei der warmen Luft. Deshalb bildet die Warmluft ein Höhenhoch und ein Bodentief; die Kaltluft dagegen ein Höhentief und ein bodennahes Kältehoch), so daß eine Gradientenkraft vom Höhenhoch zum Höhentief wirkt. Diese Gradientenkraft löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Norden aus. Die Erdrotation lenkt diesen Wind aber nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Die Kaltluft, die sich kaum in die Höhe ausdehnt, bildet wie schon gesagt, bodennah ein Kältehoch aus. Von diesem Kältehoch strömt die Kaltluft in Richtung Süden und wird ebenfalls durch die Erdrotation abgelenkt, diesmal aber nach Westen.

Warm- und Kaltluft begegnen sich an der Polarfront, strömen aber wegen der Ablenkung durch die Erdrotation in entgegen gesetzten Richtungen aneinander vorbei. Die Temperatur- und Druckgegensätze sind aber nicht an allen Abschnitten der Polarfront überall genau gleich groß und damit auch nicht die Windgeschwindigkeiten innerhalb des Jetstreams der Westwindzone. Durch diese Unregelmäßigkeiten beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen) und wird dabei zunehmend turbulent. Aus kleinen Wellenstörungen entstehen dann die dynamischen Hoch- und Tiefdruckwirbel, die für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen Abbau des Temperatur- und Druckgefälles sorgen. Tief- und Hochdruckwirbel driften in der Westwindzone Richtung Osten. In den Gebieten unter ihren Zugbahnen sorgen die Tiefs für eine feuchte und milde Witterung.


Die Globale Luftzirkulation der Nordhalbkugel und die Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete in der Westwindzone: Am Nordpol bildet sich bodennah ein Kältehoch und in der Höhe ein Höhentief; in Äquatornähe durch aufsteigende Warmluft am Boden ein Wärmetief und damit in der Höhe ein Höhenhoch. Es resultiert eine starke Höhenströmung (Jetstream) tropischer Warmluft (rot) vom Höhenhoch in Richtung Höhentief, die aber durch die Erdrotation (Corioliskraft) ostwärts abgelenkt wird und sich bis zum Boden durchsetzt (Westwindzone).
In Bodennähe entwickelt sich eine Strömung polarer Kaltluft (blau) vom Kältehoch am Nordpol in Richtung Süden, die ebenfalls von der Erdrotation abgelenkt wird. Warm- und Kaltluft treffen an der Polarfront aufeinander und strömen in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei. Der Jetstream und damit auch die Westwindzone beginnen zu schwingen (Rossby-Wellen). Dadurch kommt zu Turbulenzen (Wellenstörungen), aus denen sich die Hoch- und Tiefdruckwirbel bilden können.
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Durch die von ihrem 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 völlig verschwunden ist.


Entwicklung und Aufbau eines dynamischen Tiefdruckgebietes
nach Vilhelm Bjerknes (1862-1951), der die Polarfronttheorie entwickelte.
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Später löst sich das Tiefdruckgebiet dann ganz auf. Die durchschnittliche Lebensdauer dynamischer Tiefdruckgebiete liegt nur bei knapp einer Woche.
An den Kaltfronten älterer Tiefdruckgebiete können wiederum kleine Wellenstörungen auftreten und die Bildung weiterer dynamischer Tiefdruckgebiete (Randtiefs, Tochtertiefs) auslösen. Auf diese Weise können regelrechte Tiefdruckfamilien heranwachsen.
Die von Westen heranziehenden Tiefdruckgebiete wechseln sich immer wieder mit kleineren Zwischenhochs ab. In diesen kommt es zu einer großräumigen Absinkbewegung der Luftmassen, die sich dabei erwärmen, so daß sich vorhandene Wolken auflösen. Da der Erdboden wegen der fortgeschrittenen Jahreszeit nachts stark auskühlt, werden die bodennahen Luftschichten entsprechend kalt und halten so die absinkende warme Luft auf (Absinkinversion). Enthält die bodennahe Luft genug Feuchtigkeit, so entstehen Bodennebel. Nachts, wenn es besonders kalt wird, kann es stellenweise zu Bodenfrost kommen. Auch die bodennahen Luftschichten kühlen dementsprechend ab. Wenn die Nebeltröpfchen bei Bodenkontakt gefrieren besteht Glatteisgefahr. Im Laufe des Tages erwärmt die Sonne den Erdboden und dieser wiederum die Luftschichten darüber. Bodennebel, soweit vorhanden, lösen sich auf. Die 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). Bei ausreichender Luftfeuchtigkeit bildet sich dann unterhalb der Sperrschicht eine Schichtbewölkung (Hochnebel, Stratus, Stratocumulus) aus.

Noch mehr über die Wetterlage erfährt man beim Betrachten einer Höhenkarte:


Die Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und die dort herrschenden Temperaturen. Die 500 hPa-Fläche wird durch die schwarzen Linien sichtbar und ergibt sich aus den jeweiligen Höhe über dem Boden in denen der Luftdruck auf 500 hPa gesunken ist (Höhenangaben in Dekametern!). Warme Luft dehnt sich nun aber nach oben hin mehr aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auch erst in entsprechend größerer Höhe auf 500 hPa gefallen ist. Die 500 hPa-Fläche bildet so eine Art "Landschaft" mit "Bergen" (Warmluft)und "Tälern"(Kaltluft). Die schwarzen Linien der 500 hPa-Fläche verbinden Orte miteinander, die jeweils in der gleichen Höhe liegen. Diese auch Isohypsen genannten Linien lassen den Verlauf der Höhenwinde in der Westwindzone gut erkennen. 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 an.
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In einem ausgedehnten Höhentrog der Westwindzone befindet sich neben dem schon besprochenen skandinavischen Sturmtief noch ein weiteres dynamisches Tiefdruckgebiet bei Island (Islandtief), welches polare Kaltluft in die Westwindzone einspeist. Gegenüber im Süden liegt das ausgedehnte Azorenhoch, dessen Zentrum im Augenblick über der Iberischen Halbinsel liegt. Es mischt warme Meeresluft aus den Tropen in die Westwindzone. Islandtief und Azorenhoch verstärken gemeinsam die Polarfront in der Westwindzone und damit die Bildung neuer dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete.

Westlich des Azorenhochs befindet sich in einem weiteren Höhentrog der Westwindzone noch ein dynamisches Tiefdruckgebiet, das aber dabei ist, sich als Kaltlufttropfen von der Westwindzone zu lösen („Cut Off“). Ein Kaltlufttropfen ist ein kaltes Höhentief über relativ warmer Luft. Das ist eine labile Luftschichtung. Deshalb „saugt“ das kalte Höhentief die Luft nach oben. Diese kühlt dabei ab, und es bilden sich Quellwolken. Besonders dann, wenn ein solcher Kaltlufttropfen über eine auch in dieser Jahreszeit noch relativ warme Wasserfläche wandert, wo viel Wasser verdunstet, kann er neue Energie (latente Wärme) aufnehmen, die als Kondensationswärme bei der Wolkenbildung wieder frei wird, was dann wiederum die Wolkenbildung verstärkt. Dadurch kommt es oft zu heftigen Niederschlägen und Gewittern.

Die Bildung von Kaltlufttropfen durch „Cut Off“ wird durch ausgedehnte, mehr oder weniger stationäre Hochdruckgebiete –wie in diesem Fall das Azorenhoch- deutlich begünstigt, da sie die Westwindzone vorübergehend blockieren können. Die Westwinde suchen sich aber schon bald einen neuen Weg weiter im Norden, was auf der Höhenkarte gut zu sehen ist. Einen weiteren „Cut Off", der allerdings schon einige Zeit zurückliegt, hat ein ausgedehnte Hochdruckgebiet über Osteuropa hervorgerufen, das ebenfalls die Tiefdruckgebiete der Westwindzone blockiert, also am Weiterziehen hindert. Der dazugehörige Kaltlufttropfen ist schon über das Mittelmeer hinweg gezogen und hat inzwischen Nordafrika erreicht. Er macht sich auf dem Satellitenbild durch verwirbelte Wolken bemerkbar.

Zum Schluss noch die amtliche Wettervorhersage für die kommenden Tage vom Deutschen Wetterdienst (DWD) mit der Vorhersagekarte für das Europawetter am Sonntag:

Deutscher Wetterdienst Wettervorhersage für Deutschland
ausgegeben von der Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach
am Samstag, 19.01.08, 09:54 Uhr

Unbeständig, windig und zeitweise stürmisch, sehr mild. Am Nordrand der Mittelgebirge Dauerregen mit Hochwassergefahr.Wetterlage:Der Ausläufer eines nach Mittelskandinavien ziehenden Sturmtiefs verlagert sich zum Nordrand der Mittelgebirge und wird dort nahezu ortsfest. Dabei fließt weiter milde Meeresluft nach Deutschland. Vorhersage:Heute ist es zunächst meist bedeckt und zeitweise fällt Regen. Später lassen die Niederschläge im Küstenbereich und im Südwesten nach und die Wolken lockern sich auf. Im nördlichen Mittelgebirgsraum regnet es dagegen teils länger andauernd und ergiebig. Es wird sehr mild mit Werten zwischen 9 und 13 Grad, am Oberrhein sogar nahe 15 Grad. Der lebhafte, in Böen vor allem anfangs noch starke bis stürmische Wind weht aus Südwest bis West. In der Nacht zum Sonntag lockert es im Nordosten sowie im Südwesten auf. Sonst fällt aus starker Bewölkung weiterhin teils ergiebiger Regen. Dabei besteht am Nordrand der Mittelgebirge Hochwassergefahr. Die Tiefsttemperaturen liegen zwischen 3 Grad am Alpenrand und 10 Grad im Rheinland. Der Südwest- bis Westwind weht weiterhin lebhaft, im Bergland in Böen stark bis stürmisch. Am Sonntag bleibt es in der Nordhälfte meist bedeckt und abgesehen vom Küstengebiet regnet es teils ergiebig. Dabei besteht im nördlichen Mittelgebirgsraum an den Flüssen Hochwassergefahr. Im Süden ist es stark bewölkt mit einigen Auflockerungen und es regnet nur gelegentlich etwas. Die Höchsttemperaturen liegen zwischen 7 Grad im Nordosten und um 12 Grad im Südwesten. Der Wind weht mäßig bis frisch aus Südwest. In höheren Mittelgebirgslagen kommt es zu Sturmböen.
Europavorhersagekarte des DWD für den Sonntag
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In der Nacht zum Montag regnet es in den Mittelgebirgen und nördlich davon. Im Süden und im äußersten Nordosten ist es teils wolkig, teils klar. Die Tiefsttemperaturen liegen zwischen 9 und 3 Grad, in Alpennähe und im Nordosten bei längerem Aufklaren nahe 0 Grad. Der Wind weht im Süden schwach, sonst mäßig, im Bergland frisch um Südwest mit Sturmböen in den höheren Mittelgebirgslagen.Am Montag ändert sich das Wetter nur wenig. Abgesehen von der Küste bleibt es meist bedeckt mit teils ergiebigem Regen. Dabei besteht am Nordrand der Mittelgebirge weiterhin Hochwassergefahr. Im Süden gibt es einige Auflockerungen und es regnet nur örtlich etwas. Mit Höchstwerten zwischen 6 Grad im Nordosten und 12 Grad am Rhein wird es nochmals sehr mild. Der Wind weht schwach bis mäßig, mitunter böig auffrischend aus Südwest bis West. In der Nacht zum Dienstag regnet es im Norden und Westen weiter. Nach Osten zu gehen die Niederschläge bei sinkenden Temperaturen vor allem im Bergland allmählich in Schnee über. Nur im Nordosten klart es auf. Dort gibt es leichten Frost. Sonst liegen die Tiefsttemperaturen zwischen 7 und 0 Grad. Am Dienstag fällt zunächst noch vielerorts Regen, im höheren Bergland Schnee. Später lockert sich die Bewölkung von Nordwesten her vorübergehend auf. - Nur etwa südlich der Donau regnet oder schneit es weiter. Die Tageshöchstwerte liegen zwischen 4 und
8 Grad. Der Wind weht schwach bis mäßig, anfangs vor allem in den Mittelgebirgen noch stark bis stürmisch aus West bis Nordwest.In der Nacht zu Mittwoch kommt von Nordwesten her erneut Regen auf. Anfangs kann vor allem in den Mittelgebirgen auch noch Schnee dabei sein. Die Luft kühlt sich auf Tiefstwerte zwischen 4 Grad im Nordwesten und 0 Grad im Südosten ab.

VBZ Offenbach / Dipl.-Met. D. Paetzold

Die Westlage bleibt uns zumindest in Westeuropa also (vorerst) erhalten und damit auch (zunächst) das relativ milde Wetter.

Der Winter erscheint im Rückblick also wieder einmal als viel zu warm, wie schon so oft in den vergangenen Jahren! Hat das mit dem globalen Klimawandel, der globalen Erwärmung zu tun?
Nicht unbedingt, denn wenn man genauer hinsieht, merkt man schnell, daß das mit dem milden Winter eigentlich nur für Westeuropa und Teile Nordeuropas gilt.
Betrachten wir dazu nur einmal die bodennahen Temperaturen oder die Schneefallgrenzen und Schneestärken von Sonnabend Mittag:

Bodennahe Temperaturen (links) und Schneefallgrenzen mit Schneestärken (rechts)
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Woanders sieht das also schon ganz anders aus als bei uns!

Schon auf den ersten Blick wird der begrenzte Einfluss der Westlage deutlich, denn beim blockierenden Hoch über Osteuropa ist einfach Schluss. In Osteuropa, auf dem Balkan, in der Osttürkei und im Iran ist es schon praktisch die ganze erste Januarhälfte 2008 ausgesprochen winterlich und teilweise bitterkalt. Dies konnte man auch immer wieder den Nachrichten entnehmen. Ebenfalls von starken Wintereinbrüchen mit teilweise rekordverdächtigten Minustemperaturen wurde aus dem Nahen Osten, Nordindien, Zentralasien und Nordamerika berichtet. Hier nur eine kleine Auswahl der Meldungen:

Sibirien steuert auf Kälte-Rekord zu Moskau (dpa) - In Sibirien kämpfen die Menschen in diesem Winter mit selbst für dortige Verhältnisse ungewöhnlich harter Kälte. Der für Temperaturen unter minus 30 Grad berüchtigte Teil Russlands steuert auf neue Kälterekorde zu. Das meldet die Agentur Itar-Tass unter Berufung auf Meteorologen. In vielen Regionen liegen die Werte bei minus 40 und 50 Grad und damit 12 bis 14 Grad niedriger als normal. Die Stadt Jakutsk meldete heute minus 46 Grad. Grund für den außergewöhnlichen Frost sei eine arktische Kaltfront.

Moskau/Warschau SPON- In der russischen Hauptstadt Moskau sanken die Temperaturen heute auf minus 31 Grad - der niedrigste Wert an einem 19. Januar seit 1927. Innerhalb von 24 Stunden erfroren sieben Menschen, teilte der Chef der Moskauer Rettungskräfte, Igor Elkis, mit. Damit stieg die Zahl der Kälteopfer seit Montag auf mindestens 31. Die Zeitung "Gaseta" berichtete, die Kältewelle werde Russland noch bis Ende des Monats fest im Griff haben. Laut der Nachrichtenagentur Itar-Tass herrschten in der nördlichen Region Jamalo-Nenezkij sogar minus 61 Grad. So kalt war es dort noch nie. Die Arbeiten auf einer Ölbohrstelle in der Region mussten eingestellt werden.

Kältewelle im Westen Afghanistan fordert mehr als 80 Todesopfer
Kabul (dpa) - Eine Kältewelle mit heftigen Schneefällen hat im Westen Afghanistans bereits mehr als 80 Todesopfer gefordert. «Wir haben Rettungsmannschaften in die betroffenen Regionen entsandt und befürchten, dass die Opferzahlen weiter steigen», Das sagte eine Sprecherin des Gouverneurs von Herat.


In Bulgarien sind Tausende wegen Schneestürmen von der Außenwelt abgeschnitten. Ein ein Mann ist bereits erfroren. Auch in anderen Teilen Südeuropas verursachte der Schnee Chaos (dpa)Schneeverwehungen und eisige Temperaturen behindern den Verkehr in Bulgarien. Ein Personenzug von Sofia nach Silistra an der Donau blieb in der Nacht zum Freitag in Schneeverwehungen auf den Gleisen stecken, wie örtliche Medien berichteten. Landesweit waren 150 Orte ohne Strom, mehr als 50 Dörfer ohne Wasser. Die Temperaturen lagen bei minus 15 Grad. Ein 65-jähriger Mann erfror im Süden des Landes.

Los Angeles. sda/dpa/baz. Bei schweren Winterstürmen im US- Bundesstaat Kalifornien sind am Samstag zwei Menschen ums Leben gekommen. Gouverneur Arnold Schwarzenegger rief deshalb in einigen Bezirken des Westküstenstaates den Notstand aus. ... Hunderttausende Menschen waren zeitweise ohne Strom, nachdem orkanartige Windböen Strommasten umwarfen. Meterhohe Schneewehen brachten den Verkehr in der Sierra Nevada stellenweise zum Erliegen.

Kältewelle in Florida - Wintersturm an der Westküste cjp/dpa/AFP/AP - Miami/San Francisco - Ungewöhnlich niedrige Temperaturen haben in Miami im US-Bundesstaat Florida für Verwirrung gesorgt. Ein Kälteeinbruch hinterließ märchenhafte Eislandschaften auf den Feldern und ließ Leguane regnen. Die Reptilien fielen bei Temperaturen von minus zehn Grad Celsius in eine Kältestarre und stürzten wie tot aus den Bäumen, in die sie sich zurückgezogen hatten. Angestellte der Stadtverwaltung sammelten die Tiere ein und legten sie zum Aufwärmen wieder in die Sonne. Währenddessen fegt ein schwerer Wintersturm, wie auch schon am Freitag, durch den Westen der USA. Bei 615.000 Haushalten oder Unternehmen im Norden Kaliforniens sei der Strom ausgefallen, sagte ein Sprecher des Versorgers Pacific Gas and Electric. Es werde möglicherweise einige Tage dauern, bis die Stromversorgung wieder vollständig hergestellt sei.
Am stärksten von dem Sturm betroffen waren San Francisco und Umgebung, wo nach Angaben der Nationalen Wetterbehörde (NWS) Windstärken von bis zu 160 Stundenkilometern gemessen wurden. Wegen des Sturms wurden zahlreiche Flüge abgesagt und Highways im Norden Kaliforniens gesperrt. Zahlreiche Bäume stürzten um, Lastwagen wurden umgerissen.

Lucknow/Indien. ap/baz. Eine ungewöhnliche Kältewelle in Nordindien hat seit Anfang Dezember 38 Menschen das Leben gekostet. Allein an Silvester und Neujahr erfroren neun Menschen, wie die Behörden am Mittwoch mitteilten.

Kopenhagen/Ilulissat (dpa) - Die Berichte über das Wegschmelzen des arktischen Eises klingen immer bedrohlicher - zur Zeit aber erlebt die Polarinsel Grönland den kältesten Winter seit vielen Jahren. Wie Dänemarks größte Zeitung «Jyllands-Posten» (Århus) am Mittwoch berichtete, ist die Diskobucht an der grönlandischen Westküste erstmals seit 2004 bei Rekord-Kältegraden komplett zugefroren. Von der an der Bucht liegenden Stadt Ilulissat aus hatte sich im noch letzten Sommer auch Bundeskanzlerin Angela Merkel persönlich ein Bild über die Folgen der globalen Erwärmung in derArktis gemacht, die hier die Eisberge immer schneller verschwinden lässt.Derzeit aber notieren dänische Meteorologen das Gegenteil : «Wahnsinnskälte» und ein harter Nordwind hätten für eine 50Zentimeter dicke Eisdecke gesorgt, hieß es in dem Bericht. Der Bürgermeister von Ilulissat, Anthon Frederiksen, sagte: «Mit 25-26 Minusgraden haben wir es jetzt so kalt wie seit zehn Jahren nicht mehr.» Deshalb müsse ein Teil der Schifffahrt vor der Küste eingestellt werden.


Warum ist es nun bei uns so milde und woanders so extrem kalt? Um das zu verstehen müssen wir noch einmal auf die Vorgänge bei der Bildung von Hoch- und Tiefdruckwirbeln in der Westwindzone zurückkommen, die von dem mäandernden Jetstream ausgelöst werden:

Der Jetstream vollführt entweder nur leichte Wellenbewegungen oder aber er beginnt regelrecht zu "torkeln" , also übermässig stark zu mäandern:



Ruhige Wellenbewegungen des Jetstreams (positive Phase) lassen kaum Kaltlufteinbrüche nach Süden zu (links). Aber wenn der Jetstream zu "torkeln" beginnt (negative Phase) kommt es weiter im Süden immer wieder zu plötzlichen Wintereinbrüchen (rechts).
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Im ersten Fall schließt der Jetstream wie eine äussere "Mauer" die polare Kaltluft ein.
Ein Temperaturausgleich findet dann ganz "geregelt" durch die Tief- und Hochdruckwirbel statt (positive Phase).

Im zweiten Fall jedoch funktioniert das nicht mehr. Es kommt immer wieder zu gewaltigen Kaltlufteinbrüchen in den Süden und zur Bildung blockierender Hochs, welche die Abschnürung von Kaltlufttropfen aus der Westwindzone fördern. Die Kaltlufttropfen verfrachten größere Mengen Kaltluft schnell nach Süden und können so ebenfalls plötzliche Wintereinbrüche hervorrufen (negative Phase).

Zwischen diesen beiden Phasen des Jetstreams pendelt die sogenannte Arktische Oszillation hin und her. Diese wird im Wesentlichen von drei Faktoren gesteuert:

1) Ein hoher Temperaturgegensatz an der Polarfront lässt den Jetstream stärker mäandern, so daß er leichter in die negative Phase gerät. Die Häufigkeit und Stärke von Sturmtiefs in der Westwindzone geht zwar zurück, aber plötzliche Wintereinbrüche in Richtung Süden kommen häufiger vor. Dies mag zunächst seltsam erscheinen, da die Bildung von Sturmtiefs ja gerade von dem Temperatur- und Druckgegensatz an der Polarfront angetrieben wird, der dann den Jetstream verursacht. Doch bei einem zu heftig mäandernden Jetstream wird dieser zunehmend langsamer oder bricht in manchen Abschnitten sogar zusammen. Dann entstehen dort natürlich auch weniger oder gar keine Sturmtiefs mehr! Ein geringerer Temperaturgegensatz an der Polarfront bewirkt natürlich genau das Gegenteil, denn er begünstigt die positive Phase der Arktischen Oszillation.

2) Über den Polen der Erde bildet sich in der Stratosphäre jeweils ein Polarwirbel, der als Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht. Die Stratosphäre ist die nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, in der sich die meisten Wettervorgänge abspielen. Die Stratosphäre enthält größere Mengen an Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Deshalb ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. Polarwirbel bilden sich aber nur, wenn die Stratosphäre über den Polen sehr kalt wird. Das geschieht immer während der jeweiligen Polarnacht, wenn einer der betreffenden Pole keine Sonnenstrahlen abbekommt und deshalb das vorhandene Ozon die Stratosphäre dort nicht erwärmen kann. Ein kräftiger Polarwirbel verhindert aber allzu starkes Mäandern des Jetstreams und begünstigt so die positive Phase der Arktischen Oszillation. Ein schwacher oder gar fehlender Polarwirbel lässt die Arktische Oszillation dagegen immer öfter in der negativen Phase verharren.


Positive Phase der Arktischen Oszillation mit starkem Polarwirbel (links):
Die polare Kaltluft wird vom Jetstream weitestgehend eingeschlossen. Zahlreiche Sturmtiefs bringen milde und feuchte Luft nach Nord-, West- und Mitteleuropa sowie teilweise auch in die Arktis; aber am Mittelmeer bleibt es sehr trocken. Bei einem sehr starken Polarwirbel wird der Jetstream in Richtung Nordpol "gezogen". In West- und Mitteleuropa werden die Sommer dann durchschnittlich heißer und trockener. Da die Zugbahnen der dynamischen Tiefs in der Westwindzone in diesem Fall weiter nördlich verlaufen, sind Hochdrucklagen einfach wahrscheinlicher. Starke Passatwinde vermindern die Anzahl tropischer Wirbelstürme, die schon bei ihrer Entstehung häufig einfach umgeweht werden.
Negative Phase der Arktischen Oszillation mit schwachem Polarwirbel(rechts):
Häufige Kaltlufteinbrüche im Süden. Nur wenige Sturmtiefs, die dazu häufiger den Mittelmeerraum erreichen, wo es so feuchter wird. In übrigen Europa ist es kalt und trocken. Schwächere Passatwinde begünstigen tropische Wirbelstürme. Hinzu kommen noch steigende Wassertemperaturen im Atlantik, weil die geringere Anzahl von Sturmtiefs in der Westwindzone den Wärmetransport in höhere Breiten deutlich verringert. Steigende Wassertemperaturen erhöhen ebenfalls die Wahrscheinlichkeit und auch die potentielle Stärke der tropischen Wirbelstürme.
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3) Ein starker Golfstrom sorgt für einen deutlicher ausgeprägten Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch, denn er bringt warmes Wasser nach Norden, insbesondere in die Nähe des Islandtiefs. Die Wasserverdunstung steigt, wodurch die Luft vermehrt Energie aufnimmt (latente Wärme). Da die Luft im Tiefdruckgebiet aufsteigt und dabei abkühlt bilden sich viele Quellwolken. Dabei wird die latente Wärme als Kondensationswärme wieder frei, fördert wiederum die Wolkenbildung und verstärkt so durch Energieübertragung das Tiefdruckgebiet. Demzufolge steigt natürlich der Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch. Beide Druckgebilde zusammen verstärken (wiederum durch Energieübertragung)entsprechend mehr die Polarfront, damit auch den Jetstream und so letztlich auch die Bildung von Hoch- und Tiefdruckwirbeln in der Westwindzone. Das läuft aber wiederum auf eher positive Phasen der Arktischen Oszillation hinaus. Bei einer Abschwächung des Golfstromes würde eine wichtige Energiequelle des Islandtiefs (und des Jetstreams) gedrosselt und somit der Druckunterschied zwischen Islandtief und Azorenhoch abnehmen. Der dann schwächere Jetstream würde in dem betroffenen Abschnitt stärker mäandern. Dieses verstärkte Schwingungsmuster würde sich fortpflanzen und der gesamte Jetstream so in eine negative Phase geraten.
Der Klimawandel in Form der globalen Erwärmung wird gemeinhin einer steigenden Konzentration von Treibhausgasen, insbesondere des Kohlendioxids (CO2) in der Troposphäre zugeschrieben.

Der Boden kühlt besonders in der Nacht, wenn er nicht mehr von Sonnenstrahlen beschienen wird, durch Abgabe von Wärmestrahlung (Infrarot) sehr schnell ab. Die infrarote Gegenstrahlung der Treibhausgase (Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Lachgas), die aber nur einen kleinen Teil der infraroten Bodenstrahlung absorbieren und wieder zurückschicken verzögern die nächtliche Auskühlung des Bodens, der sich dann durch die Sonnenstrahlung am Tage entsprechend stärker erwärmt bis sich schließlich ein Strahlungsgleichgewicht auf höherem Temperaturniveau einstellt (Wolken haben übrigens einen ähnlichen Effekt, halten die Wärme aber besser als alle Treibhausgase, da sie die Infrarotstrahlung in allen Wellenbereichen absorbieren! Tagsüber wirken sie auch abkühlend, da sie einen erheblichen Teil der Sonnenstrahlen in den Weltraum zurückwerfen.). Der wärmere Boden heizt wiederum von unten die Luftschichten der Troposphäre. Die Troposphäre dehnt sich dadurch weiter nach oben hin aus, und damit beginnt auch der Übergang zur Stratosphäre (Tropopause) erst in größeren Höhen.

Da die Absorption durch die Treibhausgase weniger Infrarotstrahlung des Bodens bis in die Stratosphäre „durchlässt“, wird es dort kälter. Eine Zunahme der Treibhausgase sollte also den Polarwirbel verstärken und damit die positive Phase der Arktischen Oszillation begünstigen.

In der Vergangenheit wurde dies auch immer wieder beobachtet:




Der Index der Arktischen Oszillation (AO) von 1951 bis 2006
Quelle: http://www.beringclimate.noaa.gov/data/index.php

Allerdings tendierte die Arktische Oszillation in den letzten Jahren durchschnittlich eher zur negativen Phase. Unabhängig davon kann die Phase aber auch von Tag zu Tag plötzlich wechseln. Sehr schön lassen sich deshalb die spektakulären Wintereinbrüche in der Grafik mit den Indexwerten dieses Winters wiederfinden:


Die Wintereinbrüche von Anfang bis Mitte Januar fanden tatsächlich
während einer negativen Phase der Arktischen Oszillation statt!
Quelle:
http://www.cpc.ncep.noaa.gov/

Der Winter ist also bei uns in diesem Jahr bisher so milde, weil in West- und Mitteleuropa sich trotz der negativen Phase der Arktischen Oszillation häufig eine relativ stabile Westlage durchsetzen konnte. Das Schwingungsmuster des Jetstreams liess die blockierenden Hochs nicht bei uns, sondern (zufälligerweise, oder weil Kaltlufteinbrüche über dem leicht auskühlendem Land wahrscheinlicher sind?) woanders, beispielsweise in Osteuropa entstehen, so daß die dynamischen Tiefdruckgebiete der Westwindzone relativ weit durchkommen konnten. Die plötzlichen Vorstöße polarer Kaltluft fanden somit nicht bei uns statt. Mit der globalen Erwärmung infolge einer zunehmenden Menge von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre hat diese sehr glückliche Fügung so wohl eher nichts zu tun!

Doch bisher haben wir den Golfstrom, also den dritten Faktor, der die Arktische Oszillation beeinflusst, überhaupt noch nicht weiter berücksichtigt.

Der Golfstrom wird wie alle anderen Meeresströmungen hauptsächlich durch Winde angetrieben. Mitten im Atlantik in Höhe der Iberischen Halbinsel teilt sich die Meeresströmung in einen südlich verlaufenden subtropischen und einen nordwärts gerichteten Ast. Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich ab und wird immer salzhaltiger, da unterwegs ständig Wasser verdunstet. Das übrig gebliebene Wasser des Golfstroms bekommt durch beide Vorgänge eine immer höhere Dichte und beginnt schließlich abzusinken. Die Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser wieder nach Süden. Die vom Golfstrom an die Luft abgegebene Wärme gelangt durch die über dem Nordatlantik vorherrschenden Westwinde (Westwindzone) bis nach West- und Mitteleuropa und sorgt dort normalerweise für ein auch im Winter relativ gemäßigtes Klima. Durch die sich in den letzten Jahren immer mehr beschleunigende Eisschmelze am Nordpol infolge der globalen Erwärmung und den sich daraus ergebenden zunehmenden Eintrag von Süßwasser nimmt der Salzgehalt des Golfstroms aber immer weiter ab, so daß die Meeresströmung allmählich in Stocken geraten könnte. Auch kurzfristige Schwankungen der Stärke des Golfstromes kommen vor und werden immer wieder beobachtet.

Könnten die augenblicklichen extremen Wintereinbrüche also vielleicht mit einer hoffentlich (!) nur momentanen Abschwächung des Golfstromes zusammenhängen, die wiederum die Arktische Oszillation plötzlich in eine negative Phase schubste? Das augenblickliche Wetter hätte dann im ungünstigsten Fall eben doch mit dem globalen Klimawandel zu tun. Aber es wäre nicht der milde Winter in West- und Mitteleuropa, der uns Sorgen bereiten müsste sondern ganz im Gegenteil, es wären die extremen Wintereinbrüche woanders auf der Nordhalbkugel !

Der Angelegenheit wird weiter nachgegangen ...

Jens Christian Heuer

Quellen:

http://www.metoffice.gov.uk/ http://metportal.dwd.de/ http://www.washington.edu/

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