Sonntag, 2. März 2008

Meteorologie Wettergeschehen

Das Sturmtief Emma

Die Herbststurmsaison des Jahres 2007 blieb sehr bescheiden. Die Stürme machten sich rar. Doch nun in den Monaten Februar und März des Jahres 2008 sieht das ganz anders aus. Die Stürme sind wieder da. Mit dem Sturmtief Emma erreicht die Frühjahrssturmsaison nun schon am 1. März einen ersten, vielleicht nur vorläufigen Höhepunkt. Vergleiche mit dem Sturmtief Kyrill, das im Januar letzten Jahres große Teile Europas verwüstete, werden bereits laut. Warum dieser Unterschied zwischen dem eher ruhigen Herbst 2007 und dem wohl recht stürmischen Frühjahr 2008? Spielt der Klimawandel dabei eine Rolle?


Die Wetterlage im Frühjahr 2008
Der Winter 2007/2008 auf der Nordhalbkugel bietet ein sehr uneinheitliches Bild. Während es in Westeuropa wieder einmal für die Jahreszeit viel zu warm geblieben ist, schlug der Winter andernorts alle Rekorde. Massive Kaltlufteinbrüche sorgten in Nordamerika, Zentralasien, Indien, China, im Nahen Osten und im östlichen Mittelmeerraum für Temperaturstürze, ausgiebige Schneefälle, ja teilweise sogar für heftige Schneestürme. In der Arktis erlebte Grönland den kältesten Winter seit vielen Jahren, und die Rekordschmelze des arktischen Meereises vom Sommer 2007 wurde, zumindest was die Fläche angeht, weitestgehend wettgemacht.

In Westeuropa bleibt es aber auch Ende Februar/Anfang März 2008 weiterhin milde, denn es herrscht schon länger eine Westlage, eine Wetterlage, die für diese Gegend recht typisch ist. Diese Wetterlage zeichnet sich, wie im Namen schon ersichtlich, durch vorherrschende Westwinde aus, die die an der Polarfront über dem Nordatlantik entstandenen dynamischen Tiefdruckgebiete nach Europa tragen. Diese Tiefdruckgebiete bringen uns milde Meeresluft, die wir wiederum dem Golfstrom zu verdanken haben. Der Golfstrom, auch die Warmwasserheizung Europas genannt, ist Teil eines weltweiten Kreislaufs von Meeresströmungen, die gemeinsam mit den Luftströmungen der atmosphärischen Zirkulation, die Wärme von der sonnenverwöhnten Äquatorregion, hin zu den von der Sonne vergleichsweise wenig bedachten Polen der Erde umverteilen. Der Golfstrom wird, wie alle anderen Meeresströmungen auch, hauptsächlich durch Winde angetrieben. Aber eben nicht nur, denn es gibt noch einen "Hilfsmotor": Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich an die Luft darüber ab und wird dabei immer kühler, aber auch immer salzhaltiger, denn auf seiner langen Wegstrecke verdunstet viel Wasser. Die Dichte des übriggebliebenen Wassers nimmt so nach und nach zu, bis es langsam abzusinken beginnt. Dabei bilden sich unter dem Einfluss der Erdrotation abwärts gerichtete Wirbel in denen das relativ kühle und salzhaltige Wasser wie im Auslauf eines Waschbeckens, in die Tiefe verschwindet. Derartige Absinkzonen befinden sich westlich der Südspitze Grönlands, sowie südlich und nördlich von Island. Als kalte Tiefenströmung gelangt das Wasser wieder zurück in den Süden. Die vom Golfstrom an die Luft abgegebene Wärme gelangt durch die über dem Nordatlantik im Bereich der Polarfront vorherrschenden Westwinde bis nach West- und Mitteleuropa und sorgt dort für eine auch im Winter oft sehr milde Witterung, so wie wir sie jetzt auch haben.


Die Wetterlage am 26.Februar 2008 um 12:00 Uhr UTC
Links: Das Tiefdruckgebiet mit Zentrum südöstlich von Island besitzt eine ausgedehnte Kaltfront, die sich im Bogen über Nord- und Westeuropa, die Biskaya und bis über den Nordatlantik erstreckt. Aus einer kleinen Wellenstörung im Kaltfrontabschnitt der über dem Nordatlantik verläuft, hat sich ein Tochtertief entwickelt An der zellularen Bewölkung schön zu erkennen ist auch die hinter der Kaltfront nachströmende polare Kaltluft. Die wolkenfreie Zone über der Nordsee ist ein Zwischenhoch. Das im sichtbaren Licht aufgenommene Bild (VIS) stammt von Meteosat, einem Wettersatelliten, der die Erde auf einer geostationären Bahn umläuft. Der Satellit fliegt auf einer so hohen Bahn, daß er für eine Erdumrundung genau einen Tag braucht, also genau die Zeit für eine Drehung der Erde um die eigene Achse. Daher dreht sich der Satellit genau mit der Erde und bleibt so immer über demselben Ort auf der Erdoberfläche. Rechts: Die Infrarotaufnahme (IR) 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. 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. Dieser Gegensatz ist auch auf diesem Bild sehr deutlich zu erkennen, wenn man etwa die hohen, hell erscheinenden Quell- und Cirruswolken (Cumulus und Cirrus) des Tiefdruckgebietes bei Island mit den sehr dunklen Schichtwolken (Stratus, Stratocumulus) )des ausgedehnten Hochdruckgebietes über dem Balkan vergleicht, die dort wegen der herabsinkenden Warmluft nur in geringe Höhen heraufreichen und deshalb nur bei genauem Hinsehen auszumachen sind. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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An der Polarfront treffen die tropische Warmluft aus der Äquatorregion und die polare Kaltluft aufeinander, wodurch es zur Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete kommt. Und das funktioniert so: Warme Luft dehnt sich mehr in die Höhe aus als kalte Luft, so daß der Luftdruck auf der Warmluftseite der Polarfront mit zunehmender Höhe auch dementsprechend langsamer abnimmt. Auf der Warmluftseite bildet sich demzufolge ein Höhenhoch und auf der Kaltluftseite ein Höhentief. Am Boden ist der Luftdruck auf beiden Seiten zunächst noch gleich, denn das Gewicht der beiden Luftmassen ist ja unabhängig von ihrer Ausdehnung in die Höhe. Zwischen dem Höhenhoch der Warmluft und dem Höhentief der Kaltluft wirkt aber eine Gradientenkraft und löst einen starken Höhenwind (Jetstream) in Richtung Kaltluftseite, also in Richtung Nordpol aus. Die Erddrehung um die eigene Achse (Erdrotation) lenkt diesen Wind nach Osten ab, wodurch sich eine Westwindzone herausbildet, die sich bis zum Boden hin durchsetzt. Durch den Höhenwind verliert die Warmluftseite an Masse, so daß dort der auf dem Boden lastende Luftdruck sinkt. Es entsteht ein Bodentief. Die polare Kaltluft am Nordpol, die sich kaum in die Höhe ausdehnt sondern vielmehr in Bodennähe ansammelt, bildet ein bodennahes 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 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 die Höhenströmung wird abwechselnd beschleunigt und dann wieder abgebremst. Wird ein Teilabschnitt der Höhenströmung beschleunigt, so kann die nachfolgende, langsamere Luft nicht mithalten. Die Luftsäule verliert an dieser Stelle an Masse (Divergenz), so daß bis zum Boden hin der Luftdruck fällt. Durch diese Störung wird von ringsherum Luft angesaugt (Konvergenz) und es bildet sich ein aufwärts gerichteter Luftwirbel. So entstehen die dynamischen Tiefdruckgebiete. Durch die von ihrem Tiefdruckzentrum ausgehende Drehbewegung stößt warme Luft nach Norden gegen die Kaltluft vor (Warmfront), und im Gegenzug stößt kalte Luft nach Süden gegen die Warmluft (Kaltfront) vor. 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. So ist es auch auf dem Satellitenbild von Meteosat schön zu sehen. Auf diese Weise können regelrechte Tiefdruckfamilien heranwachsen.

Wird hingegen ein Teilabschnitt der Höhenströmung abgebremst, so kommt es zu einem Luftstau, weil die nachfolgende Luft relativ zu schnell ist. Damit gewinnt die Luftsäule an dieser Stelle an Masse hinzu (Konvergenz), so daß der Luftdruck bis zum Boden hin ansteigt. Die Luft weicht ringsherum nach außen aus (Divergenz) und es bildet sich ein abwärts gerichteter Wirbel. So entstehen die dynamischen Hochdruckgebiete.Da die Luft in einem solchen Hochdruckgebiet nach unten sinkt und sich dabei erwärmt lösen sich vorhandene Wolken auf.

Durch kleine Wellenstörungen wird also die Höhenströmung des Jetstreams zunehmend turbulent, und es entstehen dynamische Hoch- und Tiefdruckwirbel, die dann für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und damit für einen erheblichen Abbau des Temperaturgegensatzes zwischen Tropen- und der Polarregion sorgen. Die Tiefdruckwirbel bewegen sich in der Westwindzone in Richtung Osten nach Europa und sorgen in den Gebieten unter ihren Zugbahnen für eine milde und feuchte Witterung.


Emma
In den letzten Februartagen entwickelt sich über dem Nordatlantik in der Nähe von Island das bisher stärkste Sturmtief des Jahres 2008 und bewegt sich in Richtung Osten.

Am 29.Februar 2008 ist das Sturmtief Emma bereits über der Nordsee, und die ersten Tiefausläufer überqueren im Laufe des Tages West- und Mitteleuropa. Es kommt zu ersten Niederschlägen.


Das Sturmtief Emma hat West- und Mitteleuropa erreicht. Auf der Infrarotaufnahme (IR) von Meteosat erscheinen besonders die Quellwolken (Cumulus) der Kaltfront und der Okklusion ausgesprochen hell, da sich diese Wolken bis in große Höhen auftürmen und wegen der mitzunehmender Höhe abnehmenden Lufttemperatur an ihrer Oberseite relativ kalt sind. Dasselbe gilt für die nur in großer Höhe entstehenden Eiswolken (Cirrus). Hinter der Kaltfront wird polare Kaltluft herangeführt und in die Westwindzone eingemischt. Das ist gut an der zellularen Bewölkung zu erkennen, die immer dann entsteht, wenn kalte Luft über eine noch relativ warme Wasseroberfläche strömt, wobei durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der kalten Luft auf - zahlreiche Konvektionszellen entstehen, in denen sich Quellwolken (Cumulus) bilden. Gegenüber dem Sturmtief Emma befindet sich im Süden das Azorenhoch. Es lenkt tropische Warmluft in die Westwindzone. Beide Druckgebilde erhöhen so gemeinsam den Temperaturgegensatz an der Polarfront und fördern dadurch wiederum die Entstehung neuer dynamischer Hoch- und Tiefdruckgebiete. Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Die Höhenkarte zeigt die 500 hPa-Fläche (Geopotential) und indirekt auch die Temperaturen mit der so genannten Relativen Topogrphie (RETOP). 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 in der Vertikalen 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 und damit auch die 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. Dieser Höhenabstand ist wieder in Form von Isohypsen dargestellt. Gebiete mit relativ geringen Schichtdicken entsprechen einer relativ niedrigen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Gebiete mit hoher Schichtdicke, also einem großen Abstand zwischen den Isobarenflächen entsprechen dagegen einer relativ hohen Lufttemperatur der betreffenden Schicht. Die Temperaturen 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 geschlossene 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 auf den Isobaren eingetragen. Die Hoch- und Tiefdruckgebiete sind so auf einen Blick auszumachen. Im Kern des Sturmtiefs Emma, beispielsweise, ist der Luftdruck auf 960 hPa gesunken!
Quelle:
http://www.wetter3.de/
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Am Abend gibt der Deutsche Wetterdienst (DWD)die folgende Unwetterwarnung heraus:

In der Nacht zum Samstag und am Samstag teils schwerer Sturm mit Orkanböen.

Entwicklung der Wetter- und Warnlage:
Deutschland in den Einflussbereich des Orkantiefs "EMMA", das zur Zeit über das südliche Nordmeer Richtung Norwegen zieht. Dabei überquert eine Kaltfront unseren Raum von Nordwest nach Südost und erreicht Samstagvormittag die Alpen. Im Laufe des Samstags zieht das Orkantief weiter Richtung nördliche Ostsee. In der Nacht zum Samstag dehnt sich das Sturmfeld von Nordwesten sukzessive auf Deutschland aus. Dabei muss verbreitet mit teils schweren Sturmböen oder orkanartigen Böen gerechnet werden. An der Küste sowie in höheren Lagen gibt es Orkanböen, mit der Passage der Kaltfront können - vor allem bei eingelagerten Schauern oder Gewittern - aber auch in tiefen Lagen einzelne Orkanböen auftreten. Entsprechende UNWETTERWARNUNGEN wurden herausgegeben. Nach Passage der Kaltfront stellt sich sehr stürmisches und wechselhaftes Wetter mit Schauern und kurzen Gewittern ein. Es muss weiterhin mit schweren Sturmböen, im Bergland und an der Küste sowie in Verbindung mit Schauern und Gewittern mit orkanartigen Böen oder Orkanböen aus West bis Nordwest gerechnet werden. Über Sturm und Orkan hinaus kann es zeitweise kräftig regnen. Dabei werden in einigen Mittelgebirgslagen mit dem bereits gefallenen Regen Warnschwellen für Dauerregen überschritten.


UNWETTERWARNUNG vor orkanartigen Böen und Orkanböen:
Von Nordwest nach Südost ausgreifend teils schwerer Sturm mit einzelnen orkanartigen Böen (Stärke 11 Bft) oder sogar einzelnen Orkanböen (12 Bft), vor allem an der Küste und auf den Bergen. In Verbindung mit Schauern und Gewittern sowie bei Kaltfrontpassage sind aber auch in tiefen Lagen orkanartige Böen möglich.


Warnung vor Wind- und Sturmböen:
Verbreitet aufkommender Sturm aus westlichen Richtungen mit Spitzenböen bis Stärke 10 Bft.
Warnung vor Dauerregen:
In Staulagen süddeutscher Mittelgebirge Dauerregen, dabei muss in 48 Stunden mit Mengen von etwa 40 bis 50 Liter pro Quadratmeter gerechnet werden. Örtlich können auch bis etwa 60 Liter fallen.


Letzte Aktualisierung
Freitag, 29.02.08, 22.25 Uhr


Am Morgen des 1.März 2008 kommt es weitverbreitet immer wieder zu heftigen Niederschlägen beim Durchzug von Kaltfrontausläufern. Die Windgeschwindigkeiten sind zunächst noch nicht so hoch wie erwartet.


Satellitenfilm (IR) des Sturmtief Emma vom 1.März .2008 morgens.
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Im Laufe des Tages bewegt sich die ausgedehnte Kaltfront von Emma über West- und Mitteleuropa hinweg in Richtung Balkan. Immer wieder kommt es zu kräftigen Windböen mit Regen- und Hagelschauern, da sich zahlreiche Gewitterzellen in der Kaltfront bilden konnten.


Die Wetterlage am 1.März 2008 um 12:00 Uhr UTC ; links: VIS-Aufnahme, rechts: IR-Aufnahme
Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/
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Nachdem die Kaltfront durchgezogen ist folgt nun die polare Kaltluft. Diese ist gut an der zellularen Bewölkung zu erkennen, die entstanden ist, als die kalte Luft über das noch relativ warme Meer strömte, wobei durch die labile Luftschichtung – die vom Wasser erwärmte Luft steigt wegen ihrer dann geringeren Dichte in der kalten Luft auf - zahlreiche Konvektionszellen entstanden, in denen sich Quellwolken (Cumulus), darunter auch zahlreiche Gewitterzellen (Cumulunimbus)bilden konnten. Die kräftigen Windböen halten an. Besonders auf den Bergen wurden hohe Windgeschwindigkeiten erreicht. So wurden zum Beispiel auf dem Wendelstein, südöstlich von München in den Bayrischen Alpen 223 km/h gemessen, auf der Zugspitze 191 km/h und auf dem Feldberg im Schwarzwald 162 km/h. Dagegen kamen die Nord- und Ostseeküste und auch ganz Norddeutschland noch glimpflich davon. In List auf Sylt wurden 119 km/h und am Leuchtturm Alte Weser sogar 130 km/h gemessen. Meistens blieben die Windgeschwindigkeiten im Tiefland aber unter 100 km/h.

Leider sind auch Opfer zu beklagen: Insgesamt 14 Menschen kommen bei Verkehrsunfällen im Zusammenhang mit umgestürzten Bäunen oder starken Windböen ums Leben, davon 6 in Deutschland, 2 in Polen, 2 in Tschechien und 4 in Österreich. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Verletzte und Schäden in Millionenhöhe. Allerdings sind die Verwüstungen, die der heftige Sturm in Deutschland und anderen europäischen Ländern anrichtete, bei weitem nicht so schlimm wie die nach dem Sturmtief Kyrill vor einem Jahr. Feuerwehren, Polizei und Rettungsdienste sind im Dauereinsatz.


Dem Sturmtief Emma folgt das Tochtertief (Randtief) Fee, das weiterhin für stürmisches Wetter sorgt.
Höhenkarte: Geopotential, RETOP, Bodenluftdruck
Quelle: http://www.wetter3.de/
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Für die deutsche Nordseeküste wird vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) für den Abend eine Sturmflutwarnung ausgegeben. In Hamburg erreicht die Sturmflut 5 Meter über Normal, entsprechend 3 Meter über dem mittleren Hochwasser.

Am Morgen des 2. März 2008 ist das Sturmtief Emma schon weit nach Osteuropa abgezogen. Das Tochtertief von Emma mit Zentrum nordwestlich der Britischen Inseln nähert sich Westeuropa und und sorgt hier mit einigen Ausläufern für weiterhin stürmisches und regnerisches Wetter, das während des weiteren Tages noch anhält.


Wetterlage am 2.März 2008 um 6:00 Uhr UTC (IR-Aufnahme von Meteosat): Die Kaltfront von Emma ist schon weit nach Osteuropa vorgerückt. Das Sturmtief ist schon erheblich okkludiert, hat also ein hohes Reifestadium erreicht. Die Ausläufer ihres Tochtertiefs Fee haben inzwischen Westeuropa erreicht. Hinter der Kaltfront von Fee strömt polare Kaltluft nach, gut erkennbar an der zellularen Bewölkung über dem Nordatlantik. )Quelle: http://www.metoffice.gov.uk/ Bild durch Anklicken vergrößern!

Am Abend ist auch das Tochtertief Fee entgültig durchgezogen und der Wind flaut immer mehr ab. Durch die nachfolgende Kaltluft wird es deutlich kälter als bisher.


Wenige Stürme im Herbst 2007, aber viele Stürme im Frühjahr 2008
In zahlreichen Szenarien zu den möglichen Folgen des Klimawandels durch globale Erwärmung wird immer wieder vor häufigeren, aber auch stärkeren Stürmen in Verbindung mit Starkregen gewarnt ( z.B. http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf ). Die mittlere Temperatur auf der Erde ist ganz besonders in den letzten Jahrzehnten deutlich angestiegen. Aber nicht überall gleichmäßig, denn während sich in den Tropen die Durchschnittstemperatur kaum verändert hat, ist diese in der Arktis sehr deutlich angestiegen. Die überdurchschnittliche Erwärmung der Arktis hängt mit dem Abschmelzen des Meereises zusammen: Wenn das Meereis der Arktis schmilzt kommt die darunter liegende wesentlich dunklere ozeanische Wasseroberfläche zum Vorschein. Die Sonnenstrahlung wird nun in wesentlich geringerem Ausmaß reflektiert, als das zuvor beim Eis der Fall war. Die Temperaturen steigen, denn die dunkle Wasseroberfläche absorbiert die Sonnenstrahlung deutlich besser als zuvor die helle Eisoberfläche und erwärmt ihrerseits auch die Luftschichten darüber dementsprechend mehr . Die Wasseroberfläche hat, so sagt man, ein geringeres Albedo als das Eis. Es handelt sich um eine sich selbst verstärkende positive Rückkopplung – je mehr Eis geschmolzen ist, umso stärker die Erwärmung, wodurch noch mehr Eis schmilzt usw. (Eis-Albedo-Rückkopplung). Die besonders starke Erwärmung der Arktis wurde in den letzten Jahren besonders deutlich am beschleunigten Abschmelzen des arktischen Meereises (siehe dazu auch http://weltenwetter.blogspot.com/2007_05_01_archive.html).

Wenn wir uns nun noch einmal vor Augen führen, wie die dynamischen Tiefdruckwirbel, also die Sturmtiefs an der Polarfront entstehen (s.o.), dann erscheinen die Warnungen vor mehr und stärkeren Stürmen auf den ersten Blick widersprüchlich: Die Bildung der Sturmtiefs ist abhängig von dem Temperaturgefälle zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft an der Polarfront, aber genau dieses Temperaturgefälle wird durch die globale Erwärmung ja geringer, weil sich die Arktis mehr erwärmt als die Tropen. Logischerweise müsste dadurch doch eigentlich nicht nur die Anzahl, sondern auch die Stärke der Stürme zurückgehen und nicht etwa zunehmen, so wie viele der Szenarien es behaupten. Und doch gibt es gute Gründe für diese Szenarien: Über dem Nordpol - und natürlich auch über dem Südpol - der Erde bildet sich in der Stratosphäre unter bestimmten Bedingungen ein Polarwirbel, der als Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht. Die Stratosphäre ist die nächsthöhere Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, also oberhalb der Schicht, in der sich die meisten Wettervorgänge abspielen. Die Stratosphäre enthält Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung (UV) absorbiert. Darum ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. Ein Polarwirbel bildet sich aber nur, wenn die Stratosphäre über dem Nordpol sehr kalt wird. Das geschieht vornehmlich während der Polarnacht, wenn die Sonne nicht scheint und deshalb das Ozon die Stratosphäre nicht erwärmen kann. Der Polarwirbel über dem Nordpol beeinflusst aber wiederum den Jetstream in der Westwindzone: Der mäandernde Jetstream, der die Bildung dynamischer Hoch- und Tiefdruckwirbel auslöst, kann in zwei Schwingungszuständen (Phasen) vorkommen ...


Die positive und die negative Phase der Arktischen Oszillation (AO). Erklärungen im Text.
Quelle:
http://www.washington.edu/
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In der positiven Phase der Arktischen Oszillation (AO) wird die polare Kaltluft von einem Jetstream mit hohen Windgeschwindigkeiten weitestgehend eingeschlossen. Es bilden sich zahlreiche, kräftige Sturmtiefs, die milde und feuchte Meeresluft nach Europa bringen (Westlage). Die Sturmtiefs vermischen tropische Warmluft und polare Kaltluft und verringern so den Temperaturgegensatz zwischen der Äquatorregion und dem Nordpol. Nur wenige Sturmtiefs erreichen den Mittelmeerraum, wo es deshalb nur wenige Niederschläge gibt.

In der negativen Phase sind die Windgeschwindigkeiten eher gering, so daß der Jetstream überaus stark mäandert. Häufig bricht die Höhenströmung des Jetstreams ganz zusammen, und die polare Kaltluft kann dann nach Süden ausbrechen. was zu plötzlichen Wintereinbrüchen führt. An der Polarfront bilden sich nur wenige und schwächere Sturmtiefs, so daß der Temperaturgegensatz zwischen Nordpol und Äquatorregion zunimmt. Die Sturmtiefs erreichen dafür häufiger den Mittelmeerraum, wo es dadurch feuchter wird. Der Im übrigen Europa, wo nur noch relativ wenige Sturmtiefs ankommen ist es dagegen eher kalt und trocken. Schwächere Passatwinde begünstigen die Entstehung tropischer Wirbelstürme. Hinzu kommen noch steigende Wassertemperaturen im Atlantik durch den schlechteren Temperaturausgleich, was ebenfalls die Wahrscheinlichkeit und auch die potentielle Stärke der tropischen Wirbelstürme erhöht.

Ein kräftig ausgebildeter Polarwirbel, der bis in weit in die Troposphäre hinabreicht, ist neben dem Temperaturgegensatz an der Polarfront ein weiterer "Motor", der den Jetstream antreibt, also dessen Windgeschwindigkeiten erhöht. Der Jetstream springt bei höheren Windgeschwindigkeiten aber eher in die positive Phase, und es gibt mehr und stärkere Stürme!
Je kälter die Stratosphäre über dem Nordpol ist, umso besser entwickelt sich dort der Polarwirbel. Da kommen jetzt die Treibhausgase ins Spiel. In der Troposphäre erhöhen sie bekanntermaßen durch den Treibhauseffekt die Temperaturen und das geht so: In der Nacht, wenn sie nicht mehr von der Sonne beschienen wird kühlt die Erdoberfläche vor allem durch Abgabe von Wärmestrahlung (Infrarot) sehr schnell ab. Die Treibhausgase in der Troposphäre absorbieren aber bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens und geben einen Großteil dieser Wärme an die zahlreichen anderen Nachbarmoleküle ab. Die Troposphäre erwärmt sich dabei ein wenig. Ein kleiner Teil der Wärme gelangt als infrarote Gegenstrahlung, derselben Wellenlänge in der zuvor absorbiert wurde, wieder zurück zum Erdboden, der dadurch langsamer auskühlt, oder wird in den Weltraum abgestrahlt. Durch diese verzögerte nächtliche Auskühlung erwärmt sich der Erdboden dann später am Tage durch die Sonnenstrahlung auf höhere Temperaturen, als wenn es keine Treibhausgase gäbe. Die Erdoberfläche strahlt nun dem Temperaturanstieg entsprechend mehr Infrarotstrahlung - mit den zahlreichen Wellenlängen, die die Treibhausgase nicht absorbieren können (Infrarotfenster) - in den Weltraum ab, so daß sich ein Strahlungsgleichgewicht auf diesem höheren Temperaturniveau einstellt. Der durch den Treibhauseffekt erwärmte Erdboden gibt seine zusätzliche Wärme dann von unten an die unteren Luftschichten der Troposphäre weiter. In der Stratosphäre absorbiern die Treibhausgase kaum noch Infrarotstrahlung vom Erdboden, da die Treibhausgase in der Troposphäre schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre erhalten aber Wärme durch Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen. Da die Luft hier schon recht dünn ist, können sie einen erheblichen Teil der Wärme in den Weltraum abstrahlen, bevor sie durch erneute Zusammenstöße wieder an Nachbarmoleküle zurückgegeben werden kann. Diese Wärme geht der Stratosphäre unwiderruflich verloren. Eine Zunahme von Treibhausgasen in der Stratosphäre wirkt dort also abkühlend, was sich besonders in der Polarnacht bemerkbar macht, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Und dadurch wird auch der Polarwirbel über dem Nordpol stärker! Genau deshalb also rechnen so viele Szenarien einer globalen Erwärmung durch Treibhausgase mit häufigeren und stärkeren Stürmen! Der Widerspruch ist aufgelöst! Und doch bleibt immer noch die Frage: Warum gab es so wenige Stürme im Herbst 2007, und warum sind die Stürme jetzt im Frühjahr 2008 wieder da? Eine mögliche Antwort könnte vielleicht so aussehen:

Sowohl der Temperaturgegensatz an der Polarfront, als auch die Stärke des Polarwirbels beeinflussen gleichermassen die Windgeschwindigkeiten im Jetstream und damit auch die Häufigkeit und Stärke der Sturmtiefs in der Westwindzone. Im Sommer 2007 erwärmte sich die Arktis besonders stark, was man an dem rekordverdächtigen Abschmelzen des Meereises eindrucksvoll nachvollziehen konnte.


Rückgang des Meereises am Nordpol. Im Laufe des Winters 2007/2008 hat sich die Meereisdecke am Nordpol aber wieder deutlich erholt. Quelle: NASA Bild durch Anklicken vergrößerbar!

Dadurch wurde der Temperaturgegensatz zwischen der tropischen Warmluft und der polaren Kaltluft natürlich geringer, und damit sanken auch die Windgeschwindigkeiten im Jetstream.
Der sturmfördende Effekt der Treibhausgase in der Stratosphäre durch einen stärkeren Polarwirbel wurde so wohlmöglich zunichte gemacht. Dann kam aber der kalte Winter auf der Nordhalbkugel (vgl. http://weltenwetter.blogspot.com/2008_01_01_archive.html) und der Temperaturgegensatz an der Polarfront nahm wieder zu. Deshalb kann jetzt, im Frühjahr 2008 die sturmfördernde Wirkung der Treibhausgase wieder voll durchschlagen und die Stürme kommen in großer zahl und Stärke zurück!

Jens Christian Heuer

Quellen: Deutsche Presse-Agentur (dpa)
http://metportal.dwd.de/ http://www.metoffice.gov.uk/
http://www.sat24.com/frame.php?html=homepage http://www.wetter3.de/

 
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