Ungewöhnlich oder ganz normal?

Ganz im Stil der Falter-Kolumne „7 Sachen, die Sie über Wetterphänomene in Österreich nicht wussten …“

1 Gewitter im Winter? Dafür ist es doch viel zu kalt?

Der populärwissenschaftliche Ansatz, Gewitter in Front- und Wärmegewitter zu unterteilen, ist mitverantwortlich dafür, dass Gewitter während der Wintermonate als ungewöhnlich wahrgenommen werden. Wärmegewitter suggeriert, dass es für Gewitter unbedingt sehr warm oder heiß sein muss. Wenn es also (subjektiv) kühl oder kalt ist, kann es keine Gewitter geben.

Fallbeispiel vom 27. August 2011, Ostalpenraum

Ein markanter Höhentrog liegt über Westeuropa, vorderseitig wird über den Osten Österreichs und am Balkan sehr heiße Luft herangeführt, von Frankreich, Benelux und der Schweiz her strömt deutlich kältere Luft nach. An der Luftmassengrenze entstehen heftige Gewitter über der Alpensüdseite (in der Warmluft), Entladungen werden aber auch im Nordalpenraum, etwa im Wipptal, beobachtet – bei 8 bis 12°C Lufttemperatur. Obwohl die Bewölkung dort eher einen herbstlichen Charakter annimmt, kompakt und tiefbasig, blitzt es bei teilweise einstelligen Temperaturwerten. Am Nachmittag verschärften sich die Temperaturgegensätze – am Arlberg schneit es bis Passhöhe (1750m) herab, im Osten liegt die Schneefallgrenze noch bei 4500m. Es gibt also selbst im Sommer nicht zwingend immer nur bei Hitze Gewitter.  In Wien geschieht es recht häufig, dass die eigentliche Kaltfront von Westen her trocken durchgeht. Der Wind frischt aus Westen auf, die Nacht verläuft relativ mild, aber nicht mehr schwül. Tagsüber steigen die Temperaturen kaum an, dafür ziehen die Gewitter nun von Süden heran wie an jenem Augusttag 2011. Kühler Bodenwind aus Nordwest, darüber mit straffer Südströmung Gewitter, eine typische Gegenstromlage am Alpenostrand.

Im Winterhalbjahr entstehen Gewitter genauso wie im Sommer. Der einzige Unterschied ist der, dass der Input der Sonne häufig geringer oder vernachlässigbar ist. Dass was von unten als Heizung fehlt, macht die Höhenkaltluft wieder wett. Im Winterhalb kühlt es in den oberen Atmosphärenschichten stärker ab. Der treibende Motor von Gewitter sind neben feuchten Luftmassen und Vertikalbewegungen Temperaturdifferenzen zwischen Boden und Höhe. Die Absoluttemperatur spielt bei der Gewitterentstehung eine geringere Rolle! Sehr hohe absolute Werte begünstigen natürlich hohe absolute Feuchte und damit verbunden Starkregen und Großhagel, während bei sehr niedrigen Werten im Winter eher Graupel oder ausschließlich Schnee mit von der Partie sind. Mit anderen Worten: Die Temperatur, die ich am Erdboden empfinde, ist irrelevant für die Gewitterbildung. Wie kalt es in der Höhe ist, kann ich dadurch nicht abschätzen. Der Meteorologe kann das anhand des Wolkenbildes, wie hochreichend die Schauerbewölkung aussieht.

Die meisten Wintergewitter entstehen in Zusammenhang mit einem Kaltfrontdurchgang. Im Spätwinter auch zunehmend rückseitig einer Kaltfront mit der Höhenkaltluft („Aprilwetter“). Dann beginnt die Sonneneinstrahlung auch wieder vermehrt, die vertikalen Temperaturgegensätze zu verschärfen. Der letzte prominente Gewittertag im Winter war der Heilige Morgen (24.12.2018), vgl. dazu meine Fallstudie. Weitere berühmte Fälle sind die Kaltfront in Zusammenhang mit Orkan Kyrill (18.-19.01.2007) und Orkan Emma (01.03.2008). Auch bei Sturmtief BURGLIND am 03.01.2018 sind Gewitter aufgetreten.

Zusammengefasst: Gewittern ist die Tageszeit und Jahreszeit ebenso egal wie die Temperatur am Erdboden. Wichtig sind genügend Feuchte in den unteren und mittleren Luftschichten, genügend Aufwärtsbewegung (Hebung) und große Temperaturgegensätze zwischen unteren und mittleren/oberen Luftschichten.

2 Heute ist so ein trüber Tag, kaum vorstellbar, dass oben auf dem Berg die Sonne scheint.

Im Zeitalter von Webcams verwundert mich immer wieder, wie überrascht viele Wanderer sind, wenn sie durch den Nebel fahren/schweben/wandern und plötzlich die Sonne herauskommt.

Das Zauberwort heißt Inversion, von lat. inversio = Umkehrung.

Blick vom Gaisberg (1287m) über den Mühlstein (1059m) zu den Hohen Tauern, links das Tennengebirge, rechts das Hagengebirge – 21.November 2018

Oben ist eine klassische Inversionswetterlage bei einem spätherbstlichen Hochdruckgebiet skizziert: Die Hochnebelschicht im Salzachtal reichte bis etwas über 1000m Höhe. Darüber war die Luft sehr trocken mit ausgezeichneter Fernsicht bis zum Ankogel (84km entfernt). Mit der südlichen Höhenströmung hat sich eine schwache Föhnmauer über den Hohen Tauern gebildet. Die Grenze zwischen feuchter und trockener Luft ist nicht nur an der Wolkendecke, sondern auch der scharf abgegrenzten Dunstschichten darüber gut erkennbar. Auch unterhalb der Hochnebeldecke herrscht leidlich gute Sicht, dort liegen Temperatur und Taupunkt etwas weiter auseinander als in der Hochnebelschicht (Temperatur = Taupunkt = 100% relative Luftfeuchte).

Watzmann und Hochkalter, 21.11.2018

Wann immer oben die Sonne scheint und unten eine Nebel- oder Hochnebeldecke liegt, hat man es mit einer Inversionslage zu tun. Je nachdem, wie kräftig das Bodenhoch ist, liegt die Inversion in unterschiedlicher Höhe. Man spricht auch von Absinkinversion, weil die Inversion durch absinkende Luftbewegungen unter Hochdruckeinfluss zustande kommen.

3 Oben ist es viel wärmer als unten!

Die kleine Schwester der Absinkinversion ist die Bodeninversion. Wie der Name schon sagt, findet die Temperaturzunahme mit der Höhe unmittelbar über dem Boden statt. Sie entsteht durch die kräftige nächtliche Auskühlung, begünstigt durch eine klare windstille Nacht mit schneebedecktem Boden.

 

Webcambild von Zell-am-See (Quelle: foto-webcam.eu) vom 17. Februar 2019, 07.00 MEZ, mit Blick von Osten auf den Zeller See

Die noch dünne Eisdecke auf dem See schirmte vom wärmeren Tiefenwasser ab. Dadurch konnte die Talfurche vom Saalacher Becken bis ins Salzachtal auf ganzer Länge kräftig auskühlen bis zum Erreichen des Taupunkts (–> Bodennebel). Zum Zeitpunkt des Webcambildes wurden in Zell am See (750m) -9°C, auf der Webcam-Standort-Höhe in 1000m -2°C und auf 1800m +3°C. Am stärksten ist die Temperaturzunahme auf den untersten Metern über der Seeoberfläche.

Am selben Tag zeigte ein Wetterballonaufstieg in München-Oberpfaffenhofen um 01.00 nachts einen Temperatursprung von -1,1°C in 492m auf +11,2°C in 612m, das macht 12 Grad Differenz auf nur 120 Metern Höhenunterschied!

Wie die Absinkinversion setzt auch die Bodeninversion stabile Wetterverhältnisse voraus. Bodeninversionen sind jedoch oft kurzlebiger und können ab dem Spätwinter von der Sonneneinstrahlung weggeheizt werden. Ganztägig groß bleiben die Unterschiede nur im Früh- und Hochwinter bei gleichzeitig kurzer Sonnenscheindauer und wenig Windeinfluss. Im Laufe einer längeren Hochdruckphase mit hohem absoluten Luftdruck kann die Absinkinversion bis auf Bodeninversionshöhe absinken, wie Mitte Februar 2019 und in der Hochdruckphase (Prognose) ab 23. Februar 2019:

Wetterballonaufstieg vom Montag, 18. Februar 2019, 01.00 MEZ, München-Oberschleißheim, Quelle: Wyoming Soundings

Wie im skizzierten Wetterballonaufstieg vom Gaisberg sieht man hier sehr trockene Luftmassen in der Höhe, jedoch keine feuchte Schicht in Bodennähe. Die trockene Absinkluft hat sich fast bis zum Boden durchgesetzt. In windgeschützteren Alpentälern sind zwar weiterhin flache Nebelschwaden möglich, aber in der Mächtigkeit und Langlebigkeit schon deutlich begrenzt auf die sehr niedrige Inversionshöhe.

4 Warum schmilzt der Schnee bei deutlichen Plusgraden kaum?

Im letzten Beitrag habe ich dieses vermeintliche Paradoxon schon erläutert. Die Kurzfassung: Bei sehr niedrigen relativen Feuchten unter 30 % und gleichzeitigen Plusgraden bis etwa 10°C sublimiert der Schnee großteils, weil Taupunkt und Feuchttemperatur negativ sind, d.h., der Schnee geht von der festen direkt in die gasförmige Phase über. Dieser Prozess ist sehr energieaufwändig und die Schneedecke nimmt dadurch kaum ab. Wenn der Taupunkt negativ bleibt, die Feuchttemperatur aber über Null Grad steigt, geht der Schnee durch Schmelzen sowohl in die flüssige, als auch in die gasförmige Phase über. Der Übergang in die flüssige Phase lässt die Bindungen zwischen den Eiskristallen aufbrechen und die Masse der Schneedecke nimmt schneller ab. Steigt schließlich auch der Taupunkt in den Plusbereich, geht der Schnee ausschließlich von der festen in die flüssige Phase über – er taut.

5 Südföhn im Süden, Nordföhn im Norden?

In Österreich ist vor allem der Südföhn bekannt, er weht in den sogenannten prädestinierten Föhnschneisen, wie wir Meteorologen es auszudrücken pflegen. Bevorzugt sind hier vor allem Alpenpässe und Täler queer zum Alpenhauptkamm, wie Rheintal, Reschenpass, Wipptal und Gasteiner Tal, Pyhrnpass, in weiterer Folge auch das Inntal und Salzachtal und bei starkem Südföhn etliche Täler nördlich des Alpenhauptkamms.

Südföhnregionen an der Alpensüdseite (rot), Nordföhnregionen an der Alpennordseite (blau), maps-for-free.com

Weniger bekannt ist, dass es natürlich auch Südföhn südlich des Hauptkamms gibt, wie im südlichen Lungau über den Katschberg oder generell der Jauk in Unterkärnten und in der südlichen Steiermark, über die Karawanken, Steiner Alpen und Bachergebirge.

Umgekehrt kommt Nordföhn nicht nur im Süden vor, sondern auch entlang der großen Quertäler der Nordalpen, wie im Oberinntal zwischen Landeck und Innsbruck sowie vor allem rund um Aigen. Essentiell für den Föhn ist ein ausreichend mächtiges Gebirge, auf dessen wind abgewandter Seite die Strömung bis ins Tal absteigen können. So ist das Inntal weder für Süd- noch für Nordföhn geeignet (Innsbruck ausgenommen), sondern erfährt die schönsten Föhnwolken und die kräftigste Erwärmung bei Westföhn, wie etwa am 18. März 2007, Frühtemperatur +0,2°C am Flughafen Innsbruck, Höchstwert +22,0°C. In der Nacht mit Kaltfrontdurchgang wieder 0,6°C an der Uni.

Auch am Alpenostrand gibt es Westföhn, er sorgt auch über Wien oft für die schönsten Föhnfische und hohe Tageshöchstwerte bei stürmischem Westwind.

Westföhn über dem Wiener Becken, Februar 2011

Hand in Hand mit Nord- und Südstau gehen auch die tiefe Bewölkung und Niederschlag auf der einen Alpenseite und die sonnigen Auflockerungen mit wärmer Luft auf der anderen. Wenngleich die oft in Schulbüchern gezeigte thermodynamische Föhntheorie veraltet ist, nach der die Erwärmung durch das Abregnen im Luv kommt und der Abtrocknung im Lee. Tatsächlich wird bei Föhn leeseitig die potentiell wärmere Luft in über Kammniveau zum Boden transportiert, unabhängig davon, was im Luv passiert. Ausnahme sind nur die Alpenpässe, wo die luvseitig kältere Luft hindurch zu strömen vermag.

6 Tornados im Alpenraum? Das muss der Klimawandel sein!

Vor einigen Jahren war ich noch skeptisch, ob Häufigkeit und Intensität von Tropenstürmen tatsächlich unter Einfluss des Klimawandels zunehmen. Die letzten Jahre haben gezeigt, dass zwar die Anzahl der Stürme und Hurrikane variabel bleibt, aber Hurrikane sich rascher intensivieren und intensiveren Starkregen hervorbringen. Das hängt direkt mit dem wärmeren Ozean zusammen, der Motor für die Intensität der Tropenstürme. Die hohe Variabilität der Häufigkeitsverteilung liegt jedoch an den Meeresströmungen (El Nino versus La Nina) und diversen Zirkulationen (MJO, Walker-Zirkulation, etc.), ebenso wie an großräumigen Windströmungen in der Höhe. Je schwächer der Höhenwind, desto besser kann sich ein Tropensturm entwickeln, der aus einem unteren und oberen Wirbel besteht. Bei starken Höhenwinden reißt es beide Wirbel regelrecht auseinander. Das ist also gar nicht so trivial, was die Vorhersage deutlich erschwert.

Bei Tornados spielen Wärme und Höhenwind ebenfalls eine wichtige Rolle, aber noch viel, viel kleinräumiger als bei Tropenstürmen, obwohl es sich bei beiden Phänomenen um Wirbel um eine senkrechte Achse handelt. Signifikante Tornados in Mitteleuropa benötigen kräftige Schauer (nicht zwingend Gewitter), damit verbunden kräftige Aufwinde und starken Wind in der bodennahen Schicht, verbunden mit einer Winddrehung mit der Höhe. Günstig sind außerdem eine hohe Bodenfeuchte, weil dann die Wolkenuntergrenze niedrig ist und die Distanz, die der Wirbel zum Boden überwinden muss, kurz ist. Ideal sind also Wetterlagen mit großen vertikalen Temperaturdifferenzen (vgl. Punkt 1 – Gewitter im Winter), entweder durch sommerliche Wärme oder winterliche Höhenkaltluft verursacht, und eine straffe Höhenströmung mit kräftigem Wind außerdem zwischen Boden und ca. 2km Höhe. Dazu reichen auch schon ein Sturmtief und eine markante Kaltfront aus.

Tornados gab es in Mitteleuropa schon immer, einer von beiden F5-Tornados ereignete sich im Jahr 1764 in Woldegk, Mecklenburg-Vorpommern. Am 23. April 1800 gab es einen weiteren F5-Tornado in Hainichen, Sachsen. Aus der jüngeren Vergangenheit werden immer wieder Pforzheim 1968 (F4-Tornado) und Hautmont, Frankreich 2008 (F4-Tornado) genannt.

In Österreich erinnere ich mich noch gut an den F2-T4-Tornado am 25. August 2012 in Ellmau, Tirol. Seit dem Jahr 1570 sind 180 Tornadoereignisse in Österreich durch die Europaische Unwetterdatendank (ESWD) verifiziert. Der letzte bekannte Tornado fand am 15. Juli 2017 am Schwechater Flughafen (!) statt (Video), der letzte starke am 21. Juli 2016 in Karlstein, Waldviertel (F2-T4).

Regionale Verteilung der 180 Tornados des ESWD in Österreich

Die Häufung der Tornados in größeren Städten hängt zwangsläufig den höheren Chancen für eine Sichtung zusammen, aber nicht nur. Speziell im Südosten Österreichs und am Alpenostrand sind auch die klimatischen Bedingungen günstig, eine Kombination aus schwülwarmer Luft von der Adria und der Interaktion der Windströmungen mit dem Berg- und Hügelland. Inneralpin wurden bisher nur sehr wenige Tornados beobachtet.

Der mit Abstand stärkste Tornado in Österreich fand bereits am 10.Juli 1916 in Wiener Neustadt statt. Die Intensität wurde mit F4-T8 eingestuft, wobei einzelne Hinweise in den Schäden auch F5 in den Raum stellen. 328 Menschen wurden verletzt, 34 starben. Über 150 Häuser wurden beschädigt (Abschlussbericht des ESWD-Forschungsprojekts 2013)

Die Frage sollte damit beantwortet sein – Tornados gab es schon immer. Im Gegensatz zu Hurrikanen ist trotz der enorm verbesserten Beobachtungstechnik (Webcams, Smartphones, Kameras) und Sensibilisierung der Bevölkerung und Fachleute (Wissenschaftliche Projekte, Berichterstattung) keine Zunahme an Tornadoereignissen feststellbar. Im Gegenteil – in den letzten Jahren nahm die Anzahl in Mitteleuropa sogar eher ab. Das liegt am Rückgang schadensträchtiger Gewitterlagen, genauer gesagt haben in den vergangenen Sommern die gradientschwachen Lagen (wenig Wind in allen Höhen) zugenommen, wodurch starke Tornados generell unwahrscheinlicher werden. Das passt zur allgemeinen Tendenz der sich abschwächenden Jetstreams in den gemäßigten Breiten (Temperaturgegensätze zwischen Nordpol und Tropen schwächen sich ab). Im Winterhalbjahr treten weiterhin punktuell (starke) Tornadoereignisse in Zusammenhang mit Sturmtief-Kaltfronten auf, wie z.b. am 23.September 2018 mit FABIENNE (meine Analyse).  Stürme wie XAVIER (05.10.2017) oder FRIEDERIKE (18.01.2018) liefern jedoch keine günstigen Bedingungen für Tornados, weil die Kaltfronten oft unterentwickelt sind und keine kräftige Konvektion beobachtet wird. In Summe ist also keineswegs in trockenen Tüchern, dass im Zuge des Klimawandels Tornados häufiger werden.

7 Industrieschnee: Das weiße Gold unter Hochdruckeinfluss

Industrieschneefall entsteht bei länger anhaltendem Hochdruckeinfluss mit Dauerfrost am Boden und milder Luft in der Höhe. Weitere Voraussetzungen:

• Temperatur zwischen -5 und -8°C in 200 m Höhe (empirischer Wert)
• genügend Feuchte in Bodennähe (dichter Nebel)
• Künstliche Kondensationskeime (Rußpartikel) + Wasserdampf durch Industrieanlagen

Die künstlichen Aerosole fungieren als Ersatz für die fehlende Eiswolken in höheren Luftschichten. Die unterkühlten Wolkentröpfchen treffen nun auf die Rußpartikel und bilden Schneekristalle, die wegen der kurzen Fallstrecke nicht verdunsten und zu Boden fallen. Zudem sorgt die kurze Fallzeit für feinen, nadeligen Schneefall, der lokal begrenzt – nahe Industrieanlagen – auftritt, und somit von gewöhnlichem Schneefall eindeutig unterscheidbar ist.

MODIS Satellitenbild vom 22.Dezember 2007, Sondenaufstieg De Bilt vom 20. Dezember, 13 MEZ

Zwei Tage vor der gezeigten Aufnahme von TERRA vom 22.12.2007 gab es flächendeckend eine Stratusdecke, die für den notwendigen Wasserdampf sorgte. Die hellen Flecken zeigen teils beträchtliche Mengen an Industrieschnee (10 cm und mehr, örtlich sogar über 20 cm) in der Nähe von Städten und Industrieanlagen. Im Extremfall wurden auch schon rund 30cm Industrieschnee beobachtet.

Selbst habe ich geringere Mengen Industrieschneefall schon im Süden Wiens beobachtet (Silvester 2010), auch in Miltenberg am Main wurde er schon unweit der Papierfabrik gesichtet.