Die sibirische Kaltluft rückt vor

Wetterkarten des GFS Modells, Quelle: wetter3.de

Der Winter 2011/2012 war bisher durch milde Temperaturen und zahlreiche Westwindlagen mit unruhiger Witterung geprägt. Mehrere NW-Staulagen brachten den Alpen z.T. gewaltige Neuschneemengen. Nun scheint sich die Wetterlage schleichend umzustellen. Die atlantischen Fronten werden schwächer, und aus Osten sickert zunehmend kalte Bodenluft ein und lässt die Temperaturen im Flachland allmählich wieder in den Negativbereich absinken.

Treibende Kraft der Umstellung scheint das Vorrücken der sibirischen Kaltluft gegen Westen zu sein. Das erkennt man sehr gut an einem Vergleich von zwei Karten des globalen Vorhersagemodells GFS, eine gültig für heute, die zweite gültig für den Donnerstag der nächsten Woche (siehe beigefügte Grafik). Diese Karten zeigen den Bodendruck, das Höhenfeld 500 hPa und die sog. relative Topographie 1000/500 hPa in Farbabstufungen. Diese letzte Grösse ist, anschaulich betrachtet, ein Mass für die mittlere Temperatur der Luftschicht vom Boden bis ca. 5 km Höhe. Orange-gelbe Farbtöne sind warme Luftmassen. Diese werden über grün-blau-violett bis dunkelviolett immer kälter.

Der Kartenausschnitt zeigt fast die gesamte Nordhemisphäre. Der Nordpol ist in der Kartenmitte, Europa liegt im unteren Kartenbereich, Nordamerika links, der Pazifik oben und Asien rechts. Vergleicht man die beiden Karten, dann erkennt man, wie sich vom sibirischen Kältepol ein schönes Stück ablöst und gegen Europa vorankommt. Dieser Kältepool ist mit einem massiven Bodenhoch verknüpft, dessen Bodendruck im Zentrum 1055 hPa überschreitet. Die Ostströmung an der Südflanke des Bodenhochs ist die treibende Kraft, welche die Kaltluft immer weiter gegen Westen vorankommen lässt.

Wie wirkt sich diese Konstellation auf unser Wetter aus? Nun, vorläufig sind wir noch in gebührender Distanz vom Kaltluftzentrum. Mit dem Näherrücken des asiatischen Bodenhochs wird sich bei uns allmählich eine südöstliche Bodenströmung aufbauen. Wir verbleiben in einem Mix aus einsickernder Bisenluft aus Osten, und feuchteren Luftmassen aus dem Atlantik und dem Mittelmeerraum. Bei langsam sinkenden Temperaturen gibt das ein eher trüber Wolkenmix mit gelegentlichen schwachen Niederschlägen. Ob die kälteste Sibirienluft es dann im Februar bis zu uns schafft ist zur Zeit sehr ungewiss. Wenn sie es schafft, dann sind auch im Flachland frostige Temperaturen unter -10 Grad zu erwarten.

Winter oder Frühling?

Zwei Ensemble-Prognosen des GFS Modells. Quelle: wetterzentrale.de

Oder wie Ensemble Prognosen ändern können.

Modellprognosen bis 5 Tage werden gemeinhin als recht zuverlässig angesehen. Längerfristige Modellprognosen streuen immer mehr, je grösser der Vorhersagezeitraum wird. Sogenannte Ensemble-Prognosen sind ein Mittel, um die mögliche Variabilität der gerechneten Vorhersage abzuschätzen. Man erstellt nicht nur eine Modellprognose, sondern typischerweise deren 20, wobei die Anfangsbedingungen immer wieder zufällig etwas geändert werden. Die Streuung dieser 20 Prognosen sollte dann einen Hinweis geben, wie der Trend etwa liegt. Wenn die 20 Modellprognosen auch bei einer 6-Tagesprognose noch eng beisammen sind, dann spricht man von einer „guten“ Prognosequalität. Wenn die Streuung gross ist, dann ist eben die Prognosequalität schlecht.

Soweit so gut. Aber was ist, wenn die Ensemble-Prognosen insgesamt danebenliegen? Daran wird im Zeitalter der Modellvergötterung meistens nicht gedacht. Vergleichen wir mal die Ensemble-Prognosen der Temperatur auf 850 hPa (ca. 1’500m Höhe) des GFS-Modells (eines der ganz grossen globalen Modelle) von gestern abend 18 Uhr und von heute 00 Uhr (siehe beigefügte Grafik). Die beiden Ensembles wurden im Abstand von nur 6 Stunden gerechnet. Das erste Ensemble suggeriert einen markanten und länger dauernden Wintereinbruch um den 20.1., welcher mindestens etwa 5 Tage andauern sollte. Für den 23.1. umfasst die Spannweite der vorhergesagten Temperatur den Bereich von -5 … -12 Grad. Im 2. Ensemble ist zwar der Wintereinbruch noch deutlich erkennbar, aber er wird viel kürzer, am 23.1. ist der vorhergesagte Temperaturbereich zwischen +1 und -12 Grad. In anderen Worten: am 23.1. könnte es alles sein zwischen Hochwinter und Frühling!

Woher kommt dieser plötzliche Sinneswandel der Modellprognose? Ehrlich gesagt, ich weiss es nicht. Offenbar weiss es das Modell selbst auch nicht. Aber solche Modellaunen sollten den Modellschreibern zu denken geben. Offenbar wird die Natur auch von den allerbesten Modellcodes, der allerhöchsten Modellaufllösung und den allerschnellsten Hochleistungsrechnern weiterhin nicht immer verstanden. Das ist eigentlich beruhigend, wie sollte man sonst die Forschungsmillionen für die weitere Modellentwicklung begründen?

In Kürze: trau keiner Ensemble-Prognose!

Referenzen:

– Ensemble Prognose GFS bei wetterzentrale.de: http://www.wetterzentrale.de/pics/MS_847_ens.png
– Weiterführende Diskussion im Schweizer Sturmforum: http://www.meteoradar.ch/forum/viewtopic.php?f=2&t=7935&p=144918#p144918

Turbulente Neujahrswoche 2012

Niederschlags-Summenkarte Montag, 2.1. bis Montag, 9.1.2011. Quelle: GFS-Modell, wetter3.de

Die Wetteraussichten für die kommende erste Woche des neuen Jahres sind mehr als strub. Die Fronten folgen sich Schlag auf Schlag und bringen immer wieder Niederschläge, z.T. Schnee bis in tiefe Lagen, und vor allem am Donnerstag auch wieder Sturmböen. Bis am Montag der kommenden Woche werden in den Bergen zum Teil über 100mm Niederschlag erwartet, siehe Grafik. Das bedeutet in den höheren Lagen 1-2m Neuschneezuwachs und ein erneutes Ansteigen der Lawinengefahr. Längerfristig sind infolge der massiven Schneedecke dann eher günstige Lawinenverhältnisse zu erwarten, aber selbstverständlich erst, wenn sich die Schneeschichten verfestigt haben und nicht immer wieder durch neue Starkschneefälle belastet werden.

Im Einzelnen ist der folgende Wochenfahrplan des Wetters zu erwarten:

Dienstag: freundlich und eher mild, wohl der ruhigste Tag der Woche.
Mittwoch: am Morgen früh Kaltfront mit Regen, später noch einigen Schnee- oder Graupelschauern bis in tiefe Lagen.
Donnerstag: zunehmend stürmischer Westwind, Regen, und am Nachmittag dann Kaltfront mit Sturmböen und Schneefall bis in tiefe Lagen. In den Bergen markanter Neuschneezuwachs.
Freitag: langsames Nachlassen der Schneefälle, dann aufgehellt.
Wochenende: Aus Norden neue Kaltfront mit Schneefall bis ins Flachland.

Warmfront am 22.12.2011

Radarloop Winterradar für die ganze Schweiz. Quelle: meteoradar

Zur Zeit herrscht richtig garstiges Wetter. Der gefallene Schnee hat sich in vielen Regionen in Matsch verwandelt und schmilzt langsam aber stetig vor sich hin. Kritisch ist es in den Bergen. Die gefallenen grossen Neuschneemengen werden durchfeuchtet und und instabil. Dadurch steigt nicht nur die Lawinengefahr, auch die Stabilität vieler Äste, Bäume und Hausdächer wird auf eine harte Probe gestellt. Zudem steigt die Gefahr von Überflutungen durch verstopfte Abläufe und übervolle Gewässer.

Wir möchten aufzeigen, wie mit unserem Produkt Winterradar abgeschätzt werden kann, wo es noch schneit und wo der Regen bereits überhand genommen hat. Der aktuelle Radarloop zeigt Niederschlag in weiten Teilen der Schweiz. Die Farbabstufung, blau/grün für Regen, und türkis/grau für Schneefall zeigt ganz klar, dass es im Flachland regnet und in den Hochalpen schneit. Aber wo liegt die Schneefallgrenze? Dazu bietet die Zoomfunktion eine gute Hilfe. Das Beispiel am Ende dieses Artikels weist darauf hin, dass der Regen in vielen Alpentälern vorherrscht, die Schneefallgrenze also deutlich in die Höhe geklettert ist. Zudem weist die blinkende braune Farbe auf Regionen mit grosser Glättegefahr hin. Das sind Regionen wo es zwar regnet, die Bodentemperatur aber weiterhin bei Null Grad liegt. Bei diesen Bedingungen ist die Gefahr von rutschigen Verhältnissen besonders hoch.

Aber die effektive Höhe der Schneefallgrenze ist auch aus der detaillierten Zoom-Karte nicht einfach herauszulesen. Genau aus diesem Grund haben wir jedem Zoom-Ausschnitt ein Höhenprofil der Lufttemperatur, Bodentemperatur und der Luftfeuchte beigefügt. Mit einem einfachen physikalischen Modell kann aus diesen Daten die mutmassliche Höhe der Schneefallgrenze berechnet werden. Dabei ist zu beachten, dass diese nicht etwa bei Null Grad liegt, sondern bei leicht positiven Temperaturen, nämlich im Mittel bei knapp über einem Grad. Die Höhe der Schneefallgrenze ist von mehreren Faktoren abhängig, u.a. von der Luftfeuchtigkeit. Es würde zu weit führen, an dieser Stelle näher auf diese Faktoren einzugehen.

Anhand mehrerer Höhenprofile (unterste Figur in diesem Blog) kann rasch abgeschätzt werden, dass es im Westen bis knapp 2000m regnet, während im Osten z.T. noch Schnee bis in tiefe Lagen fällt. In den Höhenprofilen ist der mutmassliche Bereich der Schneefallgrenze an der Höhenskala am linken Bildrand mit zwei Strichen markiert. Oberhalb des oberen Striches dürfte es schneien, underhalb des unteren Striches regnen.

Im Schweizer Sturmforum werden laufend Beobachtungen über die lokalen Verhältnisse (Schneefall oder Regen) übermittelt.
http://www.meteoradar.ch/forum/viewtopic.php?f=2&t=7975
So wird aktuell aus dem Graubünden weiterhin über intensiven Schneefall bis in tiefe Lagen berichtet, genauso wie es im Höhenprofil der Region Mittelbünden auch angezeigt wird. Man beachte aber,  dass auch 16 Höhenprofile, verteilt über die Schweiz, nicht immer genügen, um die Schneefallgrenze überall exakt wiederzugeben. Dazu ist die lokale Varibalität der Faktoren, welche die Schneefallgrenze beeinflussen, zu hoch.

Zoomloop Winterradar Zentralschweiz. Quelle: meteoradar

Stürmisches Westwindwetter und Schnee bis ins Flachland

Am kommenden Freitag erwartet uns stürmisches Westwindwetter. Am Wochenende ist Schnee bis ins Flachland in Sicht.

GFS Prognose für 16.12.2011 um 1600, Quelle: wetterzentrale.de

Momentan zeigen diverse Wettermodelle ein kräftiges Sturmtief, das im Laufe des Freitags über Deutschland hinweg ziehen soll. Es hat bereits den Namen Joachim erhalten. Sturmschäden sind nicht ausgeschlossen, auch wenn die Schweiz nicht im Zentrum des Sturmes liegt. Die kräftigsten Winde werden über den Beneluxstaaten, Deutschland und Polen erwartet.Im Alpenraum kann es im Vorfeld zu einem kurzen aber kräftigen Föhnschub kommen.

Begleitet wird das Tief durch eine gut ausgeprägte Kaltfront mit starken Niederschlägen. In den Bergen können stellenweise bis über einen Meter Neuschnee fallen. In der Nacht auf Samstag sinkt die Schneefallgrenze bis ins Flachland. Am Wochenende sind weitere Schneefälle zu erwarten, jedoch mit abnehmender Intensität.

Die Entwicklung dieses Sturmtiefs wird im Sturmforum diskutiert: http://www.meteoradar.ch/forum/viewtopic.php?f=2&t=7957

Stürmisches Dezemberwetter, weisse Weihnachten?

Wetterkarte des GFS Modells für Freitag, 13 Uhr. Die weissen Linien des Bodendruckes sind auch über der Schweiz dichtgedrängt und deuten auf kräftige Westwinde hin. Quelle: wetter3.de

In der kommenden Woche legt das Wetter so richtig los. Uns erwartet ein Auf und Ab der Temperatur, in den Alpentälern kurze Föhnphasen, Auch im Mittelland zeitweilig stürmisch auffrischender Westwind, und natürlich auch einiges an Niederschlägen, in den Bergen meist als Schnee. Aufs Wochenende zeichnet sich dann ein satter Polarlufteinbruch ab, mit Schneeschauern bis ins Flachland und einem guten Neuschneezuwachs in den Bergen.

Dies ist etwa der Fahrplan der Woche:
Montag: aus Westen Regen, Schneefall unter 1’000m
Dienstag: föhnig aufgehellt, mild
Mittwoch/Donnerstag: erneut Regen, später auch Schneeschauer bis fast ins Flachland
Freitag: mild, stürmisch auffrischender Westwind
Wochenende: Kaltlufteinbruch mit Schneeschauern bis ins Flachland

Am Wochenende ist der Aufbau einer dünnen Schneedecke im Flachland durchaus möglich. Ob sich diese dann bis Weihnachten halten kann oder gar noch dicker wird? Darüber lässt sich zur Zeit beim besten Willen nur spekulieren. Am wahrscheinlichsten ist die Variante, dass sich aus Westen ein Hoch in den Kontinent hineinschiebt, welches aber rasch wieder aufgebaut wird und durch erneute Zufuhr von milder Atlantikluft abgelöst wird. Das ist mindestens die Variante, die uns die Singularität des Weihnachtstauwetters sehr oft beschert. Lassen wir uns überraschen…

Weitere Diskussion und Analysen dazu im Schweizer Sturmforum:
http://www.meteoradar.ch/forum/viewtopic.php?f=2&t=7957

Druckfläche und Temperatur 850 hPa, gültig für Montag, 19.12.2011. Auf 1'500m Höhe wird eine Temperatur von -7 Grad vorausgesagt. Diese Temperatur lässt auch im Flachland Schneefall erwarten. Quelle: wetter3.de

 

Stürmische Kaltfront am 5. Dez. 2011

In der kommenden 2. Nachthälfte wird eine aktive Kaltfront mit starken Niederschlägen, sinkender Schneefallgrenze und Sturmböen erwartet. Die Wetterdienste prognostizieren mehr oder weniger übereinstimmend Böenspitzen bis 90 km/h im Flachland, resp. 110 km/h in erhöhten Lagen, im Jura und in den östlichen Voralpen. Lokal können diese Grenzwerte auch überschritten werden.

Allerdings sind diese Prognosewerte nach wie vor mit einer beträchtlichen Unsicherheit behaftet. Der Grund hierfür liegt in einer sich verstärkenden Randwelle im Bereich der Kaltfront. Je nach der effektiven Stärke dieser Welle bei der Passage in der kommenden Nacht können die effektiven Böenspitzen schwächer, oder auch stärker sein als aktuell erwartet. Im Schweizer Sturmforum
http://www.meteoradar.ch/forum/viewtopic.php?f=2&t=7950
wird zur Zeit das Auf und Ab der Modellprognosen anhand von Beispielkarten gezeigt und diskutiert.

Aktuell sind die Temperaturen im Flachland mit 11-12 Grad durchaus im frühlingshaften Bereich, siehe den Ausschnitt Donnerradar mit eingeblendeter Bodentemperatur. Dies dürfte sich in den kommenden 2 Tagen gründlich ändern. Mit der Passage des Kaltlufttroges sind am Dienstag tagsüber z.T. kräftige Schauer mit Graupel oder Schneeflocken bis ins Flachland zu erwarten.

Ausschnitt Radarbild Donnerradar Zoom mit eingeblendeten Temperaturwerten (grüne Felder)

 

 

34 tägige Trockenphase beendet

Die Niederschläge vom 2. auf den 3.12.2011 haben in weiten Teilen der Schweiz die lang anhaltende Trockenperiode beendet. Die letzten nennenswerten Niederschläge fielen mancherorts am 19. Oktober 2011, d.h. vor 34 Tagen. Die Berge wurden leicht angezuckert.

Der meiste Niederschlag fiel im Mittelland mit teilweise über 20 mm. Gegen die Alpen hin waren die Mengen geringer, z.B. in Interlaken 6.0 mm, Kandersteg 4.0 mm, Muotathal 5.4 mm. Im Bündnerland blieb es teilweise trocken. Im Jura und den Alpen fiel etwas Schnee. Die Mengen sind jedoch noch sehr bescheiden mit 5-20 cm. Nur an wenigen Stationen wurden um die 30 cm Neuschnee registriert.

Ebenso frischte der Westwind auf. Auf dem Säntis konnten Böenspitzen bis 100 km/h registriert werden und selbst in Schaffhausen blies der Wind mit bis zu 60 km/h.

Der Regen leitete eine grundsätzliche Wetterumstellung ein. In den nächsten Tagen muss mit weiteren Niederschlägen gerechnet werden, besonders in der Nacht auf Sonntag und auf Montag. Die Schneefallgrenze sinkt langsam bis am Dienstag teilweise bis ins Flachland. Dabei frischt der Wind weiter auf, Sturmböen sind auch im Flachland nicht ausgeschlossen.

Schneesituation am 2. und 3.12.2011 auf der Metschalp (Quelle: www.elsigen-metsch.ch)

Etwas Regen in Sellenbüren/Stallikon

Regenmessung Sellenbüren

Regenmessung Sellenbüren
Quelle: meteoradar

 

Früher als erwartet gab es in Sellenbüren den ersten Regen nach langer Trockenheit. Der Boden ist nass, und der Wäge-Regenmesser registrierte ab ca. 06:00 bis 07:40 Uhr 0.23 mm Niederschlag. Das ist bestimmt keine berauschende Regenmenge. Aber dies kann genügen, um lokal den unterkühlten Boden in eine gefrorene rutschige Fläche zu verwandeln. Wie das aktuelle Temperaturprofil in der Ostschweiz anzeigt, ist diese Gefahr klein aber nicht ganz auszuschliessen.

Auffallend ist auch, dass vom Niederschlag im Radarloop nichts aber auch gar nichts zu sehen war. Die Erklärung hierfür dürfte wiederum im Temperatur/Feuchteprofil zu suchen sein. Dieses zeigt in niederen Schichten eine praktisch mit Feuchte gesättigte Luftmasse. Es ist immer noch die Luftmasse, welche uns den Hochnebel/Nebel der letzten Tage bescherte. Ich vermute, dass sich der Niederschlag hieraus entwickelte. Da die Temperatur in dieser Schicht weiterhin im positiven Bereich liegt, kommt als Prozess zur Niederschlagsbildung eigentlich nur die sog. Koaleszenz von Nebeltröpfchen in Frage, also das Zusammenfliessen von Nebeltröpfchen zu Regentropfen. Die ausfallenden Regentröpfchen blieben wahrscheinlich so klein, dass sie vom Radar nicht erfasst wurden.

Zur Zeit kann nicht beurteilt werden, ob diese Annahme korrekt ist. So oder so bleibt die Frage offen, inwiefern die aktuell durchziehende schwache Störung die Niederschlagsbildung gefördert hat.

Radarloop

Loop Donnerradar 3D. Quelle: meteoradar

Temperaturprofil

Höhenprofil Temperatur/Feuchte Quelle: meteoradar

ANAPROP (anomalous propagation)

Winterradarbild mit Störechos

Winterradarbild mit Störechos Quelle: meteoradar

Zur Zeit sind im Winterradarbild immer wieder Radarechos im westlichen Jura zu beobachten. Das zugehörige Temperaturprofil zeigt eine gut ausgeprägte Temperaturinversion auf knapp über 1’000 m Höhe. Das Rohbild der MeteoSchweiz zeigt auf, dass der Albis-Radar die Echos im Jura registriert (der Radar La Dole ist heute in Wartung).  Es besteht kaum ein Zweifel, dass der Radarstrahl in dieser Inversionsschicht so gekrümmt wird, dass das Signal schliesslich auf die Jurahöhen auftrifft.

Eine einfache schematische Skizze soll dies illustrieren, siehe am Ende dieses Beitrages. Es handelt sich nicht um eine Spiegelung, wie man sich das vorstellt, wenn ein schräg aufsteigender Strahl auf eine Inversionsschicht trifft. Vorbedingung für die Krümmung ist ein flacher Strahl, welcher praktisch parallel zur Inversionsschicht in diese hineinstösst. Dann kann es zur Krümmung kommen, welche dann etwa der Krümmung der Erdoberfläche entspricht. Wichtig ist also die Höhe der Inversionsschicht. Diese sollte sich etwa auf der Höhe der Radarstation oder nur wenig darüber befinden. Eine Inversion auf 2’000 m Höhe wird das Radarbild des Albis Radars kaum gross stören, da die Radarstation auf knapp unter 1’000 m liegt. Die Inversion sollte also, wie im vorliegenden Fall, auf etwa 1’000 m Höhe oder allenfalls knapp darüber liegen. Wenn die Inversion höher liegt, so gegen 2’000 m Höhe, dann sind bei den Radarstationen La Dole und Monte Lema Störechos zu erwarten. Diese beiden Stationen liegen höher als der Albis Radar, nämlich auf etwa 1’600 m Höhe.

Selbstverständlich versucht man, mit geeigneten Filtertechniken die Störechos durch ANAPROP zu eliminieren. Das ist nicht so einfach, weil die Störungen oft in grosser Distanz zur Radarstation (> 100 km) auftreten. In diesen Distanzen sind die Echos kleinräumigen Schauerechos durchaus ähnlich, so dass eine Filterung auch die Erfassung von Niederschlag beeinträchtigen kann.

Referenzen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Anomalous_propagation
http://radar-info.fzk.de/Html/Anaprop.html

Vertikalprofil Temperatur Jura, Quelle: meteoradar

 

Rohbild Radar Albis, Quelle: MeteoSchweiz

 

Illustration der "anomalous propagation"