Tageshöchsttemperatur am 04.03.2013, Quelle: http://www.univie.ac.at/amk/veraflex/test/public/

In den vergangenen Tagen war es wieder häufiger ein Thema: Die in den Prognosen versprochenen Frühlingstemperaturen werden häufig bei weitem nicht oder erst deutlich verzögert erreicht. Die fürs Mittelland prognostizierten Tageshöchstwerte von 15 Grad werden oft nur knapp zweistellig – wenn überhaupt. Prognosen müssen immer wieder nach unten korrigiert werden. Nicht wenige fragen sich durchaus begründet, was mit den Wetterfröschen los ist.

Auch bei Tauwetterphasen im Winter ist die Diskussion um zu hohe Temperaturprognosen immer wieder entbrannt. Viele Wetterberichte versprechen mittelfristig flächendeckend milde Temperaturen, die dann meist nur an exponierten oder von Föhneffekten begünstigten Lagen erreicht werden. Die Bevölkerung in den Ballungsgebieten merkt davon aber nur selten etwas und ist zu Recht enttäuscht. Wie kann es immer wieder zu solchen Fehlprognosen kommen?

Zunächst muss auf die Gründe eingegangen werden, warum die Temperatur in den Niederungen trotz markanter Erwärmung in der Höhe nur sehr zögerlich ansteigt:

1. Kaltluft ist dichter und schwerer als Warmluft und sammelt sich daher in Tälern, Mulden und Becken. Erwärmung in der Höhe bei Hochdrucklagen führt daher im Winterhalbjahr in der Regel zu einer Temperaturinversion, es bleiben Kaltluftseen liegen. An der Grenze zwischen warmer Luft in der Höhe und Kaltluft am Boden bildet sich Hochnebel, der die Sonneneinstrahlung stark einschränkt und die Erwärmung des Bodens verzögert. Das Schweizer Mittelland zwischen Jura und Alpen bildet einen solchen Kaltluftsee und ist daher besonders anfällig.
2. Weiter spielt die Trägheit der Luft, Energie aufzunehmen, eine wichtige Rolle. Die Sonne erwärmt nämlich nicht die Luft direkt, sondern gibt die Energie in erster Linie an den Boden ab, welcher wiederum von unten die Luft erwärmt. Wird die Sonneneinstrahlung durch Wolken oder Nebel verringert, kann sich der Boden nur langsam erwärmen. Weiter ist die Bodenbeschaffenheit massgebend: Dunkle und trockene Flächen erwärmen sich rascher als helle und nasse. Schnee und Wasser reflektieren das Sonnenlicht (Albedo), ein Grossteil der Energie wird ins Weltall zurückgeworfen.
3. Schmelz- und Verdunstungsprozesse entziehen der Umgebungsluft Energie. Wo Schnee liegt und erst geschmolzen werden muss, wo gefrorene Böden und Gewässer auftauen müssen und wo nasse Böden erst getrocknet werden müssen, wird die Energieabgabe vom Boden an die Luft stark verringert. Wenn die Luft über dem Boden mangels Wind nicht ausgetauscht wird, können diese Prozesse die Luft sogar weiter auskühlen und anfeuchten, im Extremfall bildet sich Nebel – womit wir wieder bei Punkt 1 wären.
4. Ende Februar / Anfang März ist die Energiebilanz in unseren Breiten immer noch negativ. Nachts wird mehr Energie ins All abgestrahlt, als tagsüber von der Sonne aufgenommen wird, insbesondere in klaren Nächten. Die bodennahe Kaltluftproduktion findet daher immer noch statt, besonders ausgeprägt in Alpennähe, wo zusätzlich Kaltluft aus den höheren Tälern zuströmen kann.

Die heutigen, weit entwickelten Wettermodelle berücksichtigen all diese Faktoren zwar. Probleme gibt es aber offenbar in der Auflösung: Die Topografie zwischen Jura und Alpen, aber auch im Alpenvorland Bayerns und Österreichs wird von den Globalmodellen, welche für die Mittelfristprognose (3-10 Tage) herangezogen werden, unterschätzt. Viele Modelle rechnen den Bodenwind häufig zu stark, womit ein Ausräumen der bodennahen Kaltluft simuliert wird. In der Tat können wir beobachten, dass es an Tagen mit Hochdruck oder bei Tiefrandlagen im Mittelland nahezu windstill ist. Nebel löst sich nur verzögert auf oder es bleibt eine feuchte Dunstschicht zurück, die durch Schmelz- und Verdunstungsprozesse weiter angereichert wird. Die Temperaturen bleiben weit unter den Erwartungen, was meist erst in der Kurzfrist von den höher auflösenden Modellen erkannt wird.

Dieses Phänomen ist alle Jahre wieder zu beobachten, daher wäre es wichtig, wenn die Wettermodelle gerade in diese Richtung verbessert würden. Bis dahin dürfen Meteorologen nicht der Modellgläubigkeit verfallen und die prognostizierten Werte eins zu eins an die Kunden weitergeben, ansonsten wiederholte Enttäuschungen vorprogrammiert sind und die Glaubwürdigkeit leidet.

Kam noch am 24. Oktober ins Schwitzen: Langgletscher im Lötschental

Schneefall im Oktober bis in die Niederungen kommt alle paar Jahre vor, letztmals in den Jahren 2008 und 2003. Beim aktuellen Ereignis ist allerdings der dafür verantwortliche Luftmassenwechsel rekordverdächtig, denn noch vor Wochenfrist wurden in höheren Lagen und in Föhngebieten sommerliche Temperaturen gemessen.

Die meisten Einwohner der Schweiz haben es wahrscheinlich gar nicht so extrem empfunden, denn in den Niederungen der Alpennordseite dominierte bereits während der gesamten letzten Woche Nebel oder Hochnebel mit Tageshöchstwerten um 10 Grad, hier beträgt der Temperaturrückgang innert Wochenfrist somit etwa 8 bis 12 Grad. Das ist zwar durchaus spürbar, aber nichts Aussergewöhnliches. Um den wahren Temperatursturz zu messen, muss man sich in der freien Atmosphäre umsehen, wo der Unterschied zwischen der subtropischen Luftmasse vom letzten Wochenende und der aktuellen Luftmasse polaren Ursprungs am deutlichsten messbar war. Meteorologische Messstationen auf den Bergen oberhalb von etwa 1500 m sind einerseits unbeeinflusst von Kaltluftseen, welche sich in den Niederungen im Winterhalbjahr sammeln und häufig eine Nebelschicht ausbilden. Andererseits sind Bergstationen auch weitgehend frei von starken Schwankungen zwischen Tag und Nacht, wie sie vor allem in engen Alpentälern sehr ausgeprägt auftreten können.

Sehr deutlich ist der Temperaturunterschied in den Föhntälern ausgefallen: Als extremes Beispiel sei das liechtensteinische Vaduz genannt, wo am 19. Oktober 2012 noch 29.0 Grad gemessen wurden, am 28. Oktober sind es gerade noch knapp 3 Grad. Diese Föhnstriche gelten als Ausnahme der Niederungen, aber sie sind ein Hinweis darauf, dass in höheren Lagen (wo die Föhnluft ursprünglich her kam) ähnliche Verhältnisse herrschen mussten. Ich habe die Bergstationen aus der Schweiz mit den extremsten Temperaturrückgängen innerhalb der letzten acht Tage herausgesucht (Zahlenfolge: 1. Temperaturdifferenz; 2. Maximum (mit Wochentag); 3. Minimum in der Nacht von Samstag auf Sonntag 27./28.10.2012):

Moléson (1972 m) 31,2 / 19,9 (So) / -11,3
Pilatus (2106 m) 29,6 / 17,6 (So) / -12,0
La Dôle (1676 m) 28,7 / 19,4 (So) / -9,3
Chasseral (1599 m) 28,5 / 19,4 (So) / -9,1
Säntis (2490 m) 28,1 / 13,4 (So) / -14,7
Weissfluhjoch (2690 m) 27,4 / 12,6 (Mo) / -14,8
Napf (1408 m) 26,2 / 18,5 (So) / -7,7

Interessant wären hier auch die Zahlen vom Jungfraujoch gewesen, leider fiel ausgerechnet in der Nacht auf Sonntag die Temperaturmessung aus. Vom Mittwoch, 24. Oktober bis zum Ausfall fiel hier die Temperatur von +5.1 auf -21.2 Grad. Man darf davon ausgehen, dass es bis Sonntag früh noch etwas kälter wurde.

Auffallend ist der Umstand, dass der extremste Temperatursturz in einer Höhe von rund 2000 m stattgefunden hat, weiter oben wie auch weiter unten waren die Extremwerte etwas geringer. Aus den Südalpen befinden sich keine Stationen unter den Spitzenreitern, weil hier die Kaltluft aus Norden weniger gut vordringen konnte – das Tief über Norditalien steuert hier in der Höhe nach wie vor etwas mildere Luft herbei.

Man muss in den Klimatabellen sehr weit zurück blättern, um einen ähnlichen Temperatursturz in weniger als Wochenfrist zu finden: Ähnlich extrem war der Kaltlufteinbruch von Ende Januar bis Anfang Februar 1956 mit durchschnittlich 25 Grad Temperaturdifferenz, der sich allerdings nicht nur in höheren Lagen, sondern beispielsweise auch in Zürich und Basel bemerkbar machte.

Gewitterzelle über dem Berner Mittelland, 20:15 MESZ

Die Prognosen für den Montag, 20. August waren durchs Band weg relativ einfach gehalten: Sonnig und bis 35 Grad heiss, am Abend in den Bergen lokale Gewitter. Die Modellkarten zeigten eine schwache Kaltfront über Frankreich, welche am Abend den Jura und den Norden der Schweiz streifen sollte – diese Gewitter waren erst für die Nacht geplant. Die Zellen in den Alpen sollten aufgrund der schwachen Höhenströmung recht stationär bleiben und zwar lokal grosse Regenmengen bringen, eine Verlagerung nach Nordosten war aber nur andeutungsweise zu sehen. Wie alle feststellen konnten, ist es dann anders gekommen. Hier ein Versuch, den Ursachen dafür auf den Grund zu gehen.

Der folgende Radarfilm soll einen ersten Überblick über den Ablauf verschaffen. Bereits hier wird klar, wie rasch das System eine Eigendynamik entwickelte und eine Folge von Kettenreaktionen auslöste, die in den Prognosen so nicht vorhersehbar war. Bereits beim Start des Filmes um 14:00 MESZ ist ein Gewittersystem über dem Burgund zu sehen: Es handelt sich dabei um die angekündigte Kaltfront – allerdings bereits viel näher bzw. zeitlich früher dran als die Modelle berechnet hatten.

Radarfilm 20.08.2012 14:00 - 23:55 Uhr (Archiv Donnerradar, kostenpflichtig)

Um 14:00 Uhr erreicht bereits der Outflow der Kaltfrontgewitter die Gebiete westlich des Jurahauptkamms. In La Chaux-de-Fonds setzt zu dieser Zeit mit auffrischendem Nordwestwind eine spürbare Abkühlung ein, die Temperatur sinkt von 29 auf 24 Grad. Um 16:00 Uhr schwappt die Kaltluft über den Jurahauptkamm und stürzt als Fallwind (Joran) auf die Jurarandseen. In Cressier NE werden Spitzenböen von 79 km/h erreicht. Zu dieser Zeit präsentiert sich die Lage folgendermassen:

Momentaufnahme 20.08.2012 16:00 MESZ

Rot sind die warmen Talwinde dargestellt, welche den Antrieb für die Zellbildung in den Alpen bilden (Inflow), dunkelblau der Outflow bereits bestehender Gewitter, hellblau die von Westen anrückende Höhenströmung, welche die Kaltfront antreibt. Die Zellen im Wallis und im Berner Oberland sind über den Gipfeln des Hochgebirges entstanden – eine für diese Jahreszeit bei grosser Hitze übliche Quelle für Einzelzellen. Gespiesen werden sie durch die Feuchtigkeit von Schmelzwasser aufgrund einer Nullgradgrenze weit oberhalb von 4000 m. Die an den Kämmen konvergierende Thermik reisst das Feuchteangebot mit nach oben – aufgrund des sehr hohen Kondensationsniveaus sind allfällige tiefer liegende Inversionen bereits überwunden, der Bildung von Gewittertürmen stellt sich somit nichts mehr in den Weg. Bis zu diesem Zeitpunkt kann von einer perfekten Prognose gesprochen werden.

Das nächste Bild von 17:30 Uhr zeigt, dass der Outflow der Kaltfrontgewitter bereits das gesamte westliche Mittelland geflutet hat und nun in die Täler des Berner Oberlands eindringt. Dadurch wird dort die Hebung und Bildung neuer Zellen beschleunigt. Diese beginnen zu verclustern, ziehen aber nach wie vor sehr langsam und bringen daher lokal länger anhaltenden Starkregen. Weiter östlich setzt sich die Bildung von Einzelzellen über dem Alpenhauptkamm fort, und in der Nordschweiz breitet sich ein Outflow von den Zellen über den Vogesen und dem Schwarzwald entlang des Hochrheins und über den östlichen Jura in Richtung zentrales und östliches Mittelland aus. Dieser Ast des Outflows bewirkt die rasche Entwicklung einer starken Zelle im Napfgebiet.

Momentaufnahme 20.08.2012 17:30 MESZ

Um 20:00 Uhr hat die inzwischen abgeschwächte Kaltfront den Jura erreicht. Ihr Outflow lässt zwar nach, ist aber immer noch spürbar. Im östlichen Mittelland stösst er nun bis zu den Voralpen vor, wo er auf den Outflow aus den Hochalpen trifft. In einer Linie vom Napf über Luzern und Schwyz bis ins Zürcher Oberland sind neue Zellen entstanden. Sie bringen heftigen Regen und vor allem kräftige Böen – so z.B. 80 km/h in Wädenswil. Die Verclusterung ist nun perfekt, das System wächst zu einem MCS heran, der sich angetrieben durch den Outflow aus den Alpen in Richtung Nordosten in Bewegung setzt. Durch die neu entstandene Konvergenzzone der beiden Outflows baut das System nun laufend an seinem Nordrand an. Zusätzlich trifft der Outflow aus dem Berner Oberland und von der Napf-Zelle auf die Kaltfront und löst im Berner Seeland die Neubildung von Zellen aus. Diese finden jedoch am Boden keine Nahrung mehr, auch von der untergehenden Sonne ist kein Energienachschub mehr zu erwarten und sobald der Outflow nachlässt, sterben auch die zunächst gesund aussehenden Neubildungen (siehe Titelbild).

Momentaufnahme 20.08.2012 20:00 MESZ

Das letzte Radarbild von 22:30 Uhr zeigt den nach Nordosten abziehenden Cluster. Sein Outflow stösst nach Schwaben vor und trifft an der Donau auf die Kaltfront, die sich nun zu regenerieren beginnt. Das System wird in der Nacht noch bis nach Tschechien und Nordösterreich ziehen und erst am frühen Vormittag allmählich zerfallen.

Momentaufnahme 20.08.2012 22:30 MESZ