Wenn eigene Fehlprognosen ärgern

In einem kritischen Watchblog wie diesem, der vor allem die Fehler der anderen beleuchtet, schadet auch etwas Selbstkritik nicht. Der gestrige Tag bietet dazu einen guten Anlass, da ich mich in der Prognose der Höchstwerte für Österreich gründlich getäuscht hatte und gebietsweise bis zu 8 Grad hohe Abweichungen zugeben muss.

Besonders ärgerlich sind Fehlprognosen dann, wenn man hinterher feststellt, dass es eindeutig war und man nur etwas studierten Hausverstand hätte einsetzen müssen.

Großwetterlage

Eine ausgedehnte Tiefdruckrinne reicht von Island über die Britischen Inseln bis in den westlichen Mittelmeerraum. Der Alpenraum liegt an der Vorderseite der Trogachse und damit wiederholt unter Zufuhr warmer Luftmassen aus Süd.

500 mb + Temperatur

Selbstkritikpunkt 1:

Abbildung 1: Unüblich zu sonstigen Südföhnlagen ist es in der Höhe (hier 500 hPa = ca. 5,5 km) recht kalt mit Temperaturen um -25 Grad. Das hat Auswirkungen auf die Stabilität der Atmosphäre.

850 mb Thetae

Abbildung 2: Da von Süden immer wärmere Luft zugeführt wird, können sich – luftmassenbedingt – keine großen Temperaturgegensätze zwischen Alpensüdseite und Alpennordseite aufbauen. Diese Lage ist häufig typisch für den Dimmerföhn, also viel hohe/mittelhohe Bewölkung durch die Warmluftzufuhr in der Höhe. Der fehlende Kaltluftsee im Süden reduziert außerdem das Druckgefälle über die Pässe hinweg nach Norden, was die treibende Kraft für kräftige Föhnwinde ist.

850 mb Temperatur

Selbstkritikpunkt 2:

Die Fehleinschätzung rührte jedoch von der Unterschätzung des vertikalen Temperaturunterschieds zwischen mittleren Lagen (hier: 850 hPa = 1500 m) und höheren Lagen (5,5 km) her.

Abbildung 3: Denn dieser beträgt bei -25 Grad in 5500 m und +5 Grad in 1500 m genau 30 Grad. Lässt man den Aspekt Temperaturinversionen weg, handelt es sich bei 30 Grad um eine instabile Luftschichtung!

Blitze

Abbildung 4: Über der nördlichen Adria bis nach Mittelkärnten und Slowenien entstanden in der labilen Luftmasse Gewitter mit Starkregen.  Dies potenzierte die Folgefehler meiner Prognose, was ich nachfolgend mit der Situation entlang der Karnischen Alpen skizziert habe:

Abbildung 5:

carinthia

a) Bei einer stabil geschichteten Luftmasse mit Kaltluftsee an der Alpensüdseite regnen sich die Stauwolken oft schon am Karnischen Hauptkamm ab, in Osttirol und Oberkärnten scheint dann die Sonne oder es bleibt bewölkt, aber meist trocken mit höchstens schwachem Niederschlag.

b) Bei einer instabil geschichteten Luftmasse wie am Sonntag, 19.1.2014, existiert kein Kaltluftsee südlich der Karnischen Alpen. Entsprechend sind dort Gewitter unterwegs, die bis über den Gebirgskamm nach Kärnten ausgreifen. Meist handelt es sich in Kärnten dann um Ambosswolken, die schauerartig und gewittrig verstärkten Starkregen (oder ergiebigen Schneefall!) bringen. Je labiler die Luftschichtung, desto weiter greifen die Schauer und Gewitter bis zum Alpenhauptkamm aus. Durch die Verdunstungskälte wird die Luftmasse an der Alpensüdseite deutlich abgekühlt, entsprechend schneite es in Osttirol und Oberkärnten je nach Intensität bis in die Niederungen.

Und voilà – wir haben trotz Zufuhr warmer Luftmassen und synoptisch-skalig geringem Druckgradienten dank des Starkniederschlags einen markanten horizontalen Temperaturunterschied am Alpenhauptkamm, was in einem verstärkten Druckgefälle nach Norden hin resultiert!

Selbstkritikpunkt 3:

Ich ging bei der Erstellung der Prognose jedoch davon aus, dass die Föhnströmung zu schwach sei und die Warmluftzufuhr in Pass- und Kammniveau zu stark ist, und damit die Tallagen an der Alpennordseite vom Südföhn entkoppelt sind, d.h. im Kaltluftsee baden, der sich – auch aufgrund der erwarteten dichten Bewölkung – nicht so stark erwärmen kann.

Zum Zeitpunkt der Höchstwerte an der Alpennordseite, gegen 15.00 MEZ, wurden folgende Temperaturen gemessen:

Unmittelbar südlich des Alpenhauptkamms 0 bis +4 Grad in den Niederungen, in den Föhnregionen verbreitet 10 bis 16 Grad, am Patscherkofel (2200m) -2 Grad, auf der Zugspitze (3000m) -5 Grad, auf der Schmittenhöhe (2000m) +3 Grad. Diese Bergstationen liegen jedoch bereits im Lee des Alpenhauptkamms, unterliegen also bereits einer (geringen) Erwärmung, während es unmittelbar am Alpenhauptkamm noch wenige Gräder kälter war.

Vereinfacht gesagt herrscht dann Föhn, wenn die Luftmasse vollständig durchmischt wurde, d.h., vom Berg ins Tal die Temperatur mit 1 Grad pro 100 m zunimmt.  Dies führt zu erstaunlichen Resultaten:

  • Zugspitze: -5 Grad, Garmisch-Partenkirchen: +16 Grad. Höhenunterschied: 2300 m, Temperaturunterschied: 21 Grad.
  • Patscherkofel: -2 Grad, Innsbruck: +13 Grad. Höhenunterschied: 1600 m, Temperaturunterschied: 15 Grad.
  • Sonnblick: -6 Grad, Salzburg: +16 Grad. Höhenunterschied: 2700 m, Temperaturunterschied: 22 Grad.

in allen Fällen betrug der Temperaturunterschied mehr als  0,8 Grad pro 100 m, die etwas höhere Diskrepanz in Salzburg erklärt sich dadurch, dass die Luft erstens einen weiteren Weg vom Hauptkamm bis ins nördliche Salzachtal zurücklegen muss (und von den Seitentälern Kaltluft nachströmt) und zweitens wohl aus etwas niedrigeren Höhen stammt.

Ergebnis: Die Föhnluft stammte aus großen Höhen, es wurde also sehr wohl die warme Luft in der Höhe bis ins Tal gebracht. Kaltluftseen hatten keine Chance, sich beständig zu halten.

Selbstkritikpunkt 4:

Abbildung 6: Turbulenzballen-Theorie:

turbulenzballen

a) Bei einer typischen Föhnlage im Winter sind die Täler bedingt durch geringer Bewölkung und Schneebedeckung stark ausgekühlt. Lange Nächte begünstigen die Auskühlung. Der Kaltluftsee ist dann mehrere hundert Meter dick. Wirbel mit horizontaler Achse (Turbulenzballen) müssen so groß wie die Kaltluftschicht sein, um diese zu erodieren und schließlich zu entfernen. Es wird also eine starke Strömung benötigt, oder eine labile Luftschichtung!

Abbildung 7: Beispiel: München (Alpenvorland), 19.1.2014, 13.00 MEZ

munich

München liegt weit abseits der Alpen, zu weit entfernt, als dass Föhnwinde sich hier bemerkbar machen könnten. Die Kaltluftschicht war zwar seicht, aber sehr stabil, mit über 10 Grad Temperaturanstieg auf wenigen hundert Metern. Darüber nahm die Temperatur bis fast 4000 m trockenadiabatisch (1 Grad pro 100 m) ab, erst darüber befand sich eine ewas stabilere Luftschichtung. Die instabile Luftschichtung war also fast 3000 m dick!

b) Ist der Kaltluftsee hingegen sehr seicht, weil etwa die Schneebedeckung fehlt (am 19. Jänner recht verbreitet in den Nordalpen bis über 1500 m hinauf gegeben!) oder Wolken die nächtliche Auskühlung verhindern, dann reichen sehr kleine Wirbel bereits aus, um den Kaltluftsee zu entfernen. Am 19. Jänner war der Föhn am Nachmittag bereits am Abschwächen als der Föhn verbreitet durchbrach. Die instabile Luftschichtung war dafür verantwortlich, dass trotz schwachen Föhnwinden vielererorts der Kaltluftsee ausgeräumt wurde.

Abbildung 8: Beispiel Innsbruck (Alpennordseite), 19.1.2014, 04 MEZ

innsbruck

Am Innsbrucker Flughafen wurden um 04 MEZ nur 2 Grad gemessen, an der nur 2 km östlich gelegenen Universität waren es bereits +8,5 Grad. Die Kaltluft war nur wenige Dekameter bis wenige hundert Meter dick, darüber herrschte bis etwa 2900 m eine relativ instabile Luftschichtung, ebenso oberhalb von 4000 m. So einen Temperaturverlauf mit der Höhe sieht man eher im Frühsommer, tagsüber sind dann mitunter Schauer oder Gewitter die Folge.

Selbstkritikpunkt 5:

Die instabile Luftschichtung verhinderte außerdem die Entstehung kompakter Schichtwolken, welche die Sonneneinstrahlung und Tageserwärmung vermindert hätten.

Wenn warme Luft nordafrikanischen Ursprungs im Spiel ist, muss man immer die Möglichkeit von Saharastaub in Betracht ziehen, der über Nordafrika aufgewirbelt und mit der lebhaften Südströmung nach Mitteleuropa verfrachtet wird.

Saharastaub

Abbildung 9: Exemplarisch dafür die Analyse von Montag, 20.1., um Mitternacht. Staub wurde großflächig über den zentralen Mittelmeerraum bis in den Alpenraum und zum Balkan verfrachtet. Staubteilchen dienen jedoch als Kondensationskerne, an die sich bei ausreichender Luftfeuchte unterkühlter Wasserdampf anlagert. Dies beschleunigt die Wolkenbildung in höheren und mittleren Schichten. Ein milchiger Schleierwolkenhimmel ist das Resultat.

Sichtbares Satellitenbild

Abbildung 10: Wenn man sich das Satellitenbild vom 19.1.2014 um 14.38 MEZ anschaut, erkennt man sehr schön die Auswirkungen des Saharastaubs in der Wolkenbildung. Hohe Wolken sind in Blau- und Weißtönen dargestellt, okker hingegen tiefe Wolken.

Von Kroatien, Bosnien, Serbien bis nach Ungarn und Rumänien wirkt die hohe Bewölkung kompakt, aber sehr körnig, grieselig. Dies ist ein typisches Merkmal von Saharastaub! Abgeschwächt finden sich diese Eigenschaften auch in der Leebewölkung nördlich der Alpen. Die Wolkenkante der Leewolke ist dabei nördlich des Alpenhauptkamms und nicht am Alpenhauptkamm selbst anzutreffen, so ist das Inntal etwa teilweise gering bewölkt.

Gewitterwolken zeigen sich hingegen über der Poebene sowie über Südostfrankreich, wo diedamit verbundenen stundenlang anhaltende Regenfälle teilweise für Überflutungen und Erdrutsche sorgen.

Zusammenfassung:

Die Unterschätzung der instabilen Luftschichtung im Alpenraum wirkte sich gleich mehrfach in der Fehlprognose aus:

1. In Osttirol und Oberkärnten regnete es schauerartig, teils sogar gewittrig verstärkt, was lokal die Schneefallgrenze bis in Tallagen drückte ( Höchstwerte und Schneefallgrenze überschätzt), auch in Unterkärnten dämpfte Regen und dichte Bewölkung die Erwärmung (Höchstwerte überschätzt).

2. In abgeschwächter Form sorgten Schauerwolken und der Streifschuss mit dem Saharastaub (unterschätzt) auch in der Südoststeiermark aus, wo der Jauk nahezu ausblieb und die Höchstwerte unter den Erwartungen blieben (Höchstwerte überschätzt).

3. Niederschlag und Verdunstungskälte bildeten an der Alpensüdseite einen Kaltluftsee aus, wodurch die Temperaturunterschiede über den Alpenhauptkamm hinweg größer als erwartet wurden. Das hat den Südföhn hydrostatisch stärker gemacht, obwohl synoptisch-skalig die Föhnströmung im westlichen Bergland bereits hätte abnehmen müssen. (Föhn unterschätzt)

4. Der Kaltluftsee war an der Alpennordseite vielerorts mangels Schneebedeckung und starker nächtlicher Auskühlung seicht oder schon in der Früh kaum noch vorhanden. Entsprechend hatte der Föhn bzw. die warme Luft- unterstützt durch die ohnehin schon instabile Luftschichtung – leichtes Spiel, sich bis in Tallagen durchzusetzen, auch inneralpin, wo sich bei früheren Föhnereignissen noch öfters die Kaltluft gehalten hatte (Höchstwerte deutlich unterschätzt).

Die Lehre, die ich aus dieser Fehlprognose ziehe, ist eindeutig: Unterschätze niemals die Stabilität der Atmosphäre. Sie ist die treibende Kraft des Föhns, weniger die großräumigen Druckverhältnisse durch die Lage von Hoch und Tief.

Quelle der verwendeten Abbildungen:

Abbildung 1-3: http://www.wetter3.de/Archiv/

Abbildung 4: http://www.lightningmaps.org

Abbildung 5-6: selbst skizziert

Abbildung 7-8: http://weather.uwyo.edu/upperair/europe.html

Abbildung 9: http://forecast.uoa.gr/dustindx.php

Abbildung 10: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/sat/data_jsavhrrview.html

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