Der Durchzug von Sturmtief FREDERICO (Wetterpate: Linus) war wieder einmal von der spannenden Seite, denn die Bedingungen waren lehrbuchhaft für die Entwicklung einer Shapiro-Keyser-Zyklone. Seinen Höhepunkt erreichte das Sturmtief bereits über Frankreich. Es zog dann auf einem Südostkurs knapp nördlich des Alpenbogens ostwärts und sorgte vor allem in der Schweiz und entlang der Bayrischen Alpen für Orkanböen. Unter starker Abschwächung durch die Bodenreibung überquerte es schließlich den Osten von Österreich. Im nachfolgenden Nordstau fielen besonders in den westlichen Landesteilen für Mitte November hohe Neuschneemengen.

Shapiro-Keyser-Zyklonen gab es zuletzt u.a. mit XAVIER (05.10.17), FRIEDERIKE (18.01.18), LESLIE (13.10.18), BIANCA (27.02.20) und POLY (05.07.23). Größere Stürme mit diesen Eigenschaften waren CHRISTIAN (28.10.13) und XYNTHIA (28.02.10). Wann immer ich eine Shapiro-Keyser-Zyklone in den Prognosen oder am Satellitenbild identifiziere, schrillen bei mir die Alarmglocken im Hinblick auf mögliche Sting Jets.

In dieser Fallstudie möchte ich die Entwicklung von FREDERICO skizzieren und auch die Herausforderungen in der Kurzfristprognose.

Vorgeschichte:

Schon vor der Ankunft von FREDERICO wurde es interessant mit dem Durchzug einer Randtiefentwicklung.

Die spätere Okklusionsfront entstand aus einer Komma-Entwicklung, die an die barokline Welle „andockte“ („instant occlusion process“).

Die Kaltfront zeigte sich als „split front“ durch Überströmung mit sehr trockener Luft aus dem Dryslot.

Auch wenn es sich nicht um eine Shapiro-Keyser-Zyklone handelte, entwickelte sich so etwas wie ein Sting Jet, als die herumgeführte Okklusion den Osten von Österreich streifte. Im östlichen Flachland gab es verbreitet Windspitzen um 90 km/h, aber das unangefochtene Maximum wurde am Hochschneeberg (Klosterwappen, 2076m) mit 210 km/h um 08 Uhr erreicht. Am Hochwechsel (1743m) waren es 170 km/h.

Der isallobarische Druckanstieg kann die starken Böen in den Hochlagen nicht erklären, das stärkste waren 40er Druckanstiege am Vormittag. Der Druckunterschied zwischen südlichem Wiener Becken und Mariazellerland betrug immerhin 4 hPa. Zum Zeitpunkt des Maximums zogen gerade Schauer aus der herumgeführten Okklusion über den Schneeberg, gleichzeitig war der Himmel außerhalb tiefblau. Verdunstungskälte wird hier die entscheidende Rolle gespielt haben.

Warum erwähne ich das? Bei tagelang in den Modellen sich abzeichenden markanten Sturmereignissen darf man nie aus den Augen verlieren, was vorher passiert. So manches Randtief kann sich da noch als spannend oder potentiell schadensträchtig entpuppen.

Modellprognosen bei FREDERICO:

Die Zeitreihe zeigt sehr schön, dass auch eine vermeintliche Einigkeit der Modelle nur in Schleim gemeißelt sein kann, speziell, wenn es sich um derart kleinräumige Tiefdruckkerne handelt. Größere Unterschiede in der Zugbahn sind da wahrscheinlich und waren erwartbar. Dennoch ist es erstaunlich, dass die vier Modelle diese Varianz 60 Stunden vorher nicht abgebildet haben:

Bei der nördlicheren Zugbahn hätte es für Süddeutschland und später für den Norden von Österreich für einen veritablen Orkan gereicht, der auch in den Niederungen schadensträchtig geworden wäre. Mit der südlichen Zugbahn galt das nurmehr für den unmittelbaren Alpennordrand. Die Abschwächungstendenz nach Osten hin war jedoch schon erkennbar.

Tatsächliche Zugbahn:

Die Modellprognosen vom Vortag hatten es bereits angedeutet: Statt eines einzelnen Tiefdruckkerns zerfiel FREDERICO mehr und mehr in eine schmale Tiefdruckrinne. Der Druckgradient blieb an der Rückseite am stärksten ausgeprägt.

Shapiro-Keyser-Eigenschaften in der Prognose

Erfahrene Meteorologen erkennen mögliche Shapiro-Keyser-Zyklonen rasch in den typischen Parametern Jetstream-Konfiguration, Thetae-Frontogenese und im isentropen Absinken an der Rückseite der Pseudokaltfront.

Double-Jet Configuration

Hier sieht man einen ausgeprägten Jetstream bis Nordfrankreich mit left-exit region über Benelux. Gleichzeitig befand sich der Tiefdruckkern in der right-entrance region des Jets über Südosteuropa.

Kein typisches Norweger-Frontensystem im ThetaE-Feld

Ein breiter Tiefdruckkern mit einem Thetae-Maximum. Entlang der Druckdelle im Süden jedoch kein ausgeprägter Thetae-Rückgang, wo die Kaltfront sein sollte. Immer verdächtig. Shapiro-Keyser-Zyklonen haben oft tropische Eigenschaften oder entwickeln sich aus ehemaligen Tropenstürmen. Dadurch sind sie im Okklusionsbereich deutlich konvektiver ausgeprägt als Norwegerzyklonen (Ausnahme: Cold-conveyor belt und Kommazyklonen).

Isentropes Absinken rückseitig der Kaltfront

Dafür waren die Anzeichen zugegeben marginal, später aufgrund der Modelltopographie, die über 850 hPa hinausgeht, nicht gut erkennbar. Das starke Absinken über Südfrankreich (Zentralmassiv im Weg) dennoch klar erkennbar, hier konnte man von einem Herabmischen der stratosphärischen Luft ausgehen (Dry Intrusion).

Starkes Absinken trockener Luft bis in niedrige Höhen

Im Vorhersageaufstieg geht das trockene Absinken bis 1000m Seehöhe herab. Übrig bleibt lediglich eine dünne Stratocumulus-Schicht. Das Windmaximum wird hier zwischen 900 und 800 hPa erreicht, für einen klassischen Sting Jet würde ich es allerdings höher erwarten (eher 800 bis 700 hPa). Vom Ort her würde es passen: Die herumgeführte Okklusion gerät hier in den Dryslot, die Wolken verdunsten rapide und beschleunigen die Abwärtsströmung.

Beobachtungsdaten:

Der stärkste Druckanstieg an der Rückseite von FREDERICO wurde am Donnerstag, 16.11.23, 07 MEZ von einer Boje/Schiff westlich der Bretagne mit 16,4 hPa in 3 Stunden gemeldet. Im Binnenland lagen die oberen Werte meist zwischen 6 und 9 hPa, um Paris knapp über 10 hPa. Zum Vergleich: Bei Orkan LOTHAR (26.12.1999) waren es 29 hPa. In der Nacht auf Freitag schwächten sich die Druckanstiege verbreitet auf 4 bis 7 hPa ab.

Mit Durchzug der „Kaltfront“ wurde es merklich wärmer, nicht kälter. Die Taupunktsverteilung und -änderung zum selben Zeitpunkt war nahezu identisch mit nach Westen und Südwesten ansteigenden Taupunkten. Von der Bretagne über den Ärmelkanal bis Benelux würde man wohl eine Okklusion einzeichnen, aber wie geht es weiter? Maskierte Kaltfront? Wo ist dann die Warmfront? Shapiro-Keyser-Zyklonen widersprechen der klassischen Norwegerlogik.

Zum Zeitpunkt des Satellitenbilds wurden außerdem die höchsten Windböen an der Atlantikküste gemessen, mit 143 km/h auf der vorgelagerten Insel Belle-Île-en-Mer (Le Talut, 34m). Sting Jet?

Das Wasserdampfbild sagt nein, denn die Dry Intrusion fand nördlicher bzw. östlicher statt. Die Atlantikküste lag am Rand der Absinkzone. Der Druckunterschied zwischen der Bretagne und dem Eingang des Ärmelkanals war da jedoch beträchtlich, mit bis zu 15 hPa auf wenigen hundert Kilometern. Die geringe Reibung über dem offenen Meer reichen und die Gradientverschärfung an der Rückseite der Okklusion reichen als Erklärung aus.

Im Binnenland waren die Spitzenböen großteils unauffällig, am stärksten noch gegen 16 Uhr zwischen La Rochelle an der Atlantikküste und Nevers in Nord-Mittelfrankreich mit 80 bis 100 km/h. Im Wasserdampfbild zu dieser Zeit bereits völlig unauffällig. Am Abend zog der Sturm dann über der Schweiz an und erreichte auf den Bergen verbreitet Orkanböen. Mit lokalen Föhneffekten (Westföhn) erreichten auch einzelne Stationen in den Niederungen hohe Spitzen, mit 118 km/h in Lunzern und 117 km/h in Wädenswil. Dort treten solche Spitzen nur alle 5-10 bzw. 8-15 Jahre auf, auf den Bergen alle 1-3 Jahre. Spitzenreiter war der Säntis mit 171 km/h. (Quelle und mehr Infos in der Analyse der MeteoSchweiz),

In Österreich waren zunächst nur die Bergstationen betroffen. Leider ist die grafische Auswertung der Kachelmanndaten hier unvollständig und die ZAMG bietet nur Stationslisten an. In Tirol wurde das Maximum am Freitag, 17.11.23, gegen 03 Uhr erreicht. In Landeck 55 km/h, in Innsbruck 93 km/h, verbunden mit Niederschlag und Temperaturanstieg (Nordföhn mit Niederschlag, häufigster Fall).

Bemerkenswert sind die 230 km/h bei der Taubenstein-Bergstation (1615m) östlich vom Spitzensee. Die Wetterstation liegt in einer ausgeprägten Sattel-Lage mit Venturi-Effekt. Der Wendelstein (1838m) nordöstlich hatte jedoch nur 107 km/h zum gleichen Zeitpunkt und springt beim Leitplankeneffekt normalerweise am ehesten an (Orkan LOTHAR: 259 km/h). Ein Messfehler? Anzunehmen, der exponierte Feuerkogel (1618m) auf vergleichbarer Höhe hatte beim Durchgang des Maximums nur 130km/h Spitzen. Abseits vom Inntal wurden sonst nirgends höhere Spitzen als 90 km/h in den Niederungen aufgestellt. Für Österreich also kein außergewöhnliches Sturmereignis.

Außergewöhnlicher schon eher der nachfolgende Nordstau, der in der Arlbergregion zu einem der stärksten Schneefallereignisse im November seit Messbeginn geführt hat. In Langen fielen 60cm Neuschnee, nur drei Mal waren es im November die letzten 120 Jahre mehr (65cm am 11.11.2007, 70cm am 30.11.1928, 85cm am 23.11.1908), in Warth war es mit 51cm Neuschnee die höchste Menge in einem Herbstmonat seit 2014.

Radarbilder

Overlay von Wasserdampfbild und Radarbild:

Im Radarbild wies FREDERICO nur über Frankreich noch eine klare Zirkulation auf, je weiter nach Osten, desto dominanter wurde die eingeringelte Okklusion als breiter Wolkenbatzen, der dann gegen die Nordalpen staute. In der Entwicklung der Bodentemperatur- und Taupunkt hatte ich bereits darauf hingewiesen, dass es keine typische Kaltfront gab. Auch hier fehlt eine klassische Kaltfront, die Echos an der Okklusion sind viel stärker ausgeprägt.

Entwicklung im Satellitenbild

Der synoptische Leckerbissen zum Schluss. Die Entwicklung der Zyklone im RGB-Luftmassenbild (Quelle: CHMI.CZ). Ich hab mich gegen einen Loop entschieden, weil das GIF in ausreichender Qualität zu lange Ladezeiten zur Folge gehabt hätte.

Teil 1: Von der Welle zum Reifestadium

Generell fällt auf, dass die Wolkenstrukturen sehr unaufgeräumt wirken, es gibt viel unorganisiert struktierte hohe und mittelhohe Bewölkung auf der warmen Jetseite und ein breites tieferbasiges Wolkenfeld auf der kalten Jetseite.

Mit K gekennzeichnet ein Bereich durchgehend aktiver hochreichender Konvektion, im Thetae-Feld entspricht das dem Maximum der energiereichen Luftmasse. Mit 0 gekennzeichnet die spätere Okklusionsbildung, die mit erheblich niedrigeren Wolkenobergrenzen beginnt.

Teil 2: Reifestadium mit Sting Jet-Phase und Zyklolyse im Binnenland.

Erst ab den Abendstunden vom Mittwoch, 15.11., beginnt die Okklusion sich einzuringeln, während gleichzeitig ein PV-Maximum an der Spitze der Okklusion auftritt.

Im Zeitraum zwischen 22 Uhr MEZ und Donnerstag, 01 Uhr MEZ war am ehesten ein Sting Jet zu erwarten (schwarz eingeringelt)

Das gemessene Windfeld über dem offenen Meer zeigt aber lediglich eine kräftige Zirkulation rund um den Kern.

In weiterer Folge ringelte sich die Okklusion zwar immer deutlicher ein, aber unter gleichzeitiger Abschwächung der Konvektion. Auch das Maximum der potentiellen Vorticity schwächte sich ab und zog sich in die Breite. Das Tief zeigte bereits deutliche Auflösungstendenzen. In allen Zeitschritten nie signifikant ausgeprägt war die Kaltfront.

Teil 3: Zyklolyse und thermischer Trog über den Nordalpen (Nordstau)

In der Zeit von Donnerstagabend bis Freitagmorgen löste sich die Tiefdruckzirkulation weitgehend auf bzw. zerfiel in mehrere Tiefdruckkerne und einen Okklusionsfriedhof. Interessante da eine Entwicklung auf der zyklonalen Seite der Jetachse (weiß eingekreist), wo intensive, konvektiv durchsetzte Nordstau-Niederschläge einsetzten.

Auch diese lassen sich erklären – einerseits genau im linken Jetauszug, andererseits ein ausgeprägter thermischer Trog mit -30 in 500 hPa, der zu einer Labilisierung geführt hat:

Der Aufstieg von Stuttgart ist repräsentativ für den Höhentrog, hier mit beginnendem Absinken oberhalb von 750 hPa (rund 8000ft amsl), theoretisch waren Cloud Tops bis 400 hPa (rund FL240) möglich, also knapp -40°C.

Zusammenfassung:

Sturmtief FREDERICO erreichte sein Reifestadium bereits vor dem Landfall in Frankreich. In einem Zeitraum von wenigen Stunden in der ersten Nachthälfte auf Donnerstag war ein Sting Jet möglich, kann mangels akkurater Messungen jedoch nicht bestätigt werden. Sowohl in den Prognosekarten als auch in den Beobachtungsdaten gab es klare Hinweise auf eine Shapiro-Keyser-Zyklone. Hinter der strömungsparallelen Kaltfront, die sich eher als Höhenfront zeigte, stiegen Temperatur und Taupunkt an. Die eigentliche Abkühlung kam erst mit der eingedrehten Okklusion, die von Nordwesten gegen die Alpen steuerte. Mit der sehr südlichen Zugbahn gab es trotz zyklolytischer Effekte und Zerfall in mehrere Tiefdruckkerne immer noch einen ausgeprägten Leitplankeneffekt, womit es auf den Bergen zu starken Orkanböen kam. Mangels Instabilität mischte es die starken Böen jedoch kaum ins Tal. Das geschah ausschließlich mit Westföhn, etwa in der Zentralschweiz oder mit Nordföhn im Inntal. Nächtliche Spitzen über 50kt sind am Innsbrucker Flughafen keine Seltenheit, treten aber dabei fast immer mit Niederschlag auf. Dieser fällt in die durchmischte Föhnluft und sorgt für intensive Verdunstungskälte. Der Extremwert von 230 km/h nahe dem Spitzingsee in den Bayrischen Alpen ist höchstwahrscheinlich auf einen Messfehler zurückzuführen, realistischer erscheinen 130 km/h. Mit der rückseitig einströmenden Kaltluft und dem nachrückenden Sturmtief über dem Nordatlantik verschärfte sich der Jetstream nochmals und die westlichen Nordalpen gerieten in den linken Jetauszug unter starke Hebungsprozesse. Mit dem thermischen Trog konnte sich so intensiver Schneefall und mehrere Stunden etablieren.