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Der Sturm am Alpenostrand

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Der zweitägige Sturm in Österreich vom vergangenen Wochenende (15-16.3.14) hat teils beträchtliche Schäden angerichtet.

Ein paar Windspitzen von Bergstationen …

  • Klosterwappen (2076m), Schneeberg: 185 km/h
  • Hocheck (1037m), Gutensteiner Alpen: 152 km/h
  • Hohe Veitsch (1981m), Veitschalpe: 150 km/h
  • Eismauer, Hochschwab (2220m): 150 km/h
  • Buchbergwarte (465m), Wienerwald: 133 km/h
  • Ötscher (1520m): 130 km/h

und aus dem Flachland:

  • Bad Vöslau- Flugfeld (233m), Alpenostrand: 141 km/h
  • Turnau (782m), Aflenzer Becken: 123 km/h
  • Wien-Unterlaa (201m): 119 km/h
  • St. Georgen ob Judenburg (718m): 115 km/h
  • Eichberg (578m), Joglland: 115 km/h
  • Pottschach-Ternitz (415m), Alpenostrand: 112 km/h
  • Brunn am Gebirge (300m), Wienerwaldosthang: 108 km/h

Für die Ursache des Sturmtiefs wurde ein Meteorologe von der ZAMG durch die APA befragt. Hier das Zitat auf der orf.at-Seite:

Meteorologe Alexander Orlik von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) sagte gegenüber der APA, Stürme wie jener vom Wochenende kämen alle vier, fünf Jahre vor. Die hohen Windgeschwindigkeiten waren durch große Temperaturunterschiede zwischen einem isländischen Tief und einem Hoch vom Atlantik entstanden […].

Ob er das wirklich so gesagt hat, sei dahingestellt. Dass Meteorologen mit verdrehten, verkürzten und aus dem Zusammenhang gerissenen Zitaten leben müssen, ist leider eine Tatsache.

1. Temperaturunterschiede?

Das ist zwar indirekt richtig, treibende Kraft für den Wind sind jedoch Druckunterschiede, die durch den Wind ausgeglichen werden. Schauen wir uns die Situation genauer an:

Zum Zeitpunkt der starken Tiefdruckentwicklung über der Nordsee wurden im Bereich des Hochs 12 Grad auf der Wasseroberfläche gemessen, im Raum Island waren es rund 7 Grad. Schön, aber was hat das mit den Orkanböen im östlichen Flach- und Bergland zu tun?

Zum Zeitpunkt eines Islandtiefs und des Atlantikhochs sahen die Bodendruckverhältnisse folgendermaßen aus:

Sturmtief

Die Abbildung zeigt die Analyse vom Freitag, 14. März, 2014, 06 UTC (= 06 Uhr MEZ), vom Bodendruck (weiße Linien) und pseudopotentieller Temperatur in 850 hPa. Hoch und Tief habe ich zur Verdeutlichung markiert, ebenso die Lage Österreichs. Ein Zusammenhang des Druckunterschieds und der Orkanböen in Österreich ist auszuschließen – es ist ja auch noch ein Tag zu früh!

Die weitere Entwicklung:

kaltfront

Samstagmittag überquert die Kaltfront des Sturmtiefs über dem Baltikum (!) Österreich von Nord nach Süd, in Wien treten sogar Gewitter auf. Der Druckgradient nimmt erstmals zu, zudem mischt die nachströmende Höhenkaltluft den Höhenwind herab. Der Schneeberg erreicht sein voraussichtlich höchstes Windmaximum seit dem 27.1.2008 (damals 230 km/h) mit 185 km/h.

Von Island her nähert sich bereits das nächste Tief.

randwelle1

In der Nacht auf Sonntag schiebt sich von Westen ein Bodenkeil nach Österreich herein, das Sturmtief wütet weiter über dem Baltikum und Russland, über Polen treten anfangs verbreitet noch Gewitter auf. Von der Nordsee her nähert sich eine weitere Störung, die sich an der Warmfront des vorherigen Islandtiefs weiterentwickelt.

randwelle2

Sonntagmittag, als der Höhepunkt des schweren Sturms am Alpenostrand erreicht wird, liegt das Hoch nahezu unverändert über der Biskaya, während das Russlandtief mit 965 hPa für Österreich keine Rolle mehr spielt. Entscheidend ist die flache Störung (Meteorologen sagen offene Welle dazu, da sich noch keine abgeschlossene Bodenisobare um den Kern des Tiefs zeigt). Sie verschärft das Druckgefälle über Österreich deutlich.

Die markanten Druckgegensätze erklären jedoch nicht, weshalb die stärksten Böen am Alpenostrand (Joglland, südliches Steinfeld, Wienerwaldosthang inkl. Wien ) aufgetreten sind.

Alpenostrand-Skizze

(Kartengrundlage: Bergfex)

Die topographische Karte des Alpenostrands wurde um die Hauptwindrichtungen während der Spitzenböen ergänzt. Es handelt sich hier klar um einen Überströmungseffekt, d.h. absinkende Luftbewegung auf der windabgewandten Seite der Voralpen und des Wienerwalds sorgte für kräftigen Westföhn. Der Mittelwind in 1500 m betrug zum Zeitpunkt der Spitzenböen etwa 130-140 km/h.

gapflows

Die obere Skizze zeigt die Verhältnisse etwa am Hocheck oder auf weiteren Kuppen der Voralpen, wo die Windgeschwindigkeiten zum Teil höher als auf den hohen Alpengipfeln lagen. Durch den Hochdruckeinfluss lag die Temperaturinversion relativ niedrig (ca. 1400 m), und zwischen niedrigen Voralpengipfeln und Inversion wurde das Luftvolumen regelrecht zusammengequetscht. Die Luft muss aber irgendwo hin und beschleunigt also. Daher die starken Winde auf freien Kuppen. Im Lee des Berges sinkt die Luft wieder ab und beschleunigt durch die Abwärtsbewegung abermals.

Ein weiterer Effekt könnte das ungewöhnlich hohe Windmaximum bei Bad Vöslau erklären, das am Ausgang des Triestingtals liegt. Hier beschleunigt der Wind vom Hocheck kommend das Tal hinaus, das sich abrupt ins Steinfeld öffnet. Der sogenannte gap flow ist hier für eine Beschleunigung am Talausgang verantwortlich.

In Summe kann man also mehrere Faktoren für die recht heftigen Sturmwinde verantwortlich machen:

  1. Starkes Druckgefälle zwischen einem Hoch über der Biskaya und einer Störung über Polen (ein Randtief im Entwicklungsstadium).
  2. Stabil geschichtete Luftmasse durch Hochdruckeinfluss mit niedriger Sperrschicht. 
  3. Dadurch verstärkte Höhenwinde in den Kamm- und Gipfellagen im östlichen Bergland.
  4. In den Niederungen Kanalisierungseffekte entlang eines Tals und am Talausgang („gap flow“) sowie Westföhn („downslope winds“).
  5. Untertags begünstigend waren außerdem die kräftige Sonneneinstrahlung auf die ausgedörrten Böden sowie stellenweise über die Kämme gewehter Niederschlag, der in die trockene Föhnluft fiel und durch Verdunstungskälte diese beschleunigte.

Insgesamt ähneln sowohl Tief- und Niederschlagsentwicklung als auch die Großwetterlage der Sturmtiefserie um den 27. Jänner 2008, als in Unterkärnten und in der südlichen Steiermark verbreitet Böen zwischen 110 und 150 km/h gemessen wurden.

Im Unterschied zu damals war jedoch die Luftmasse dieses Mal wesentlich feuchter und weniger für Verdunstungskälte anfällig, zudem kam der Höhenwind mehr aus West statt Nordwest, weshalb inneralpine Tallagen nur stellenweise betroffen waren (z.B. Aichfeld, Aflenzer Becken, Ennstal), verbreiteter jedoch der Alpenostrand. Der Druckgradient war ebenso etwas schwächer, in 3 km Höhe maximal 120-140 km/h (2008: 150-180 km/h).

Das Islandtief in der ZiB2

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Am Höhepunkt des Frühlingswetters, am Montag, 20.1.2014, berichtete die Zeit-im-Bild 2 endlich über die ungewöhnlich milde Luft in Österreich und verknüpfte es (nicht unzurecht) mit der Kältewelle in den USA. Die Erklärung lässt jedoch etwas zu wünschen übrig:

„Laut Meteorologen“ verantwortlich für die Wärme bei uns und die Kälte in den USA sei „ein kräftiges Islandtief. Es steuert milde Luftmassen nach Europa und Kalte nach Nordamerika.

Mir ist natürlich klar, dass in einer Nachrichtensendung mit dem Anspruch, möglichst viele Zuseher zu erreichen, keine komplexe Erklärung gewünscht ist, um die derzeitigen Wetterkapriolen für die Mitzi aus Hintertupfingen deutlich zu machen.

Die Verkürzung auf ein singuläres Tiefdruckgebiet, namentlich das Islandtief, ist jedoch fachlich nicht korrekt. Dazu zwei Beispiele – weiß gezeichnet jeweils das Islandtief, schwarz die tatsächliche Lage der Tiefdruckgebiete am jeweiligen Tag.

1.  6. Jänner, Kältewelle in den USA

6114

Als am 6. Jänner 2014 in weiten Teilen Nordamerikas eisige Fröste gemeldet wurden, lag ein kräftiges Sturmtief über dem Osten der USA an der Grenze zu Kanada. Es transportierte an seiner Rückseite Kaltluft arktischen Ursprungs nach Süden, die sich wegen der weiten Strecke über dem Kontinent nicht erwärmen konnte. Die Warmluft auf der Vorderseite des Tiefs gelangte aber nicht nach Europa, sondern in einem schmalen Bereich lediglich bis nach Südgrönland.

Bei uns zeichnete hingegen ein Tief nordwestlich von Irland für die Zufuhr milder Luftmassen atlantischen Ursprungs verantwortlich. Dessen Kaltluft flutete aber nicht Nordamerika, sondern bloß den Ostatlantik.

2. 19. Jänner, Frühlingswärme in den Nordalpen und am Alpenostrand

19114

Am vergangenen Sonntag war die Lage ähnlich, wenn nicht identisch, denn es gab mehrere Tiefdruckableger, etwa über Kanada mit erneuter Kaltluftzufuhr, und über Neufundland, wo das Tief einen Warmluftberg vor sich herschob.

In Europa hatten sich Tiefdruckgebiete auch im westlichen Mittelmeerraum gebildet, sie steuerten warme Luft von Nordafrika in den Alpenraum. Da bei südlichen Strömungen häufig Föhn im Spiel ist, wurde die warme Luft aus der Höhe bis zum Boden herabgedrückt. Entsprechend gab es nämlich – wie schon über weite Strecken des Winters – die extremen Höchstwerte nur nördlich des Alpenhauptkamms sowie stellenweise am Alpenostrand und im südöstlichen Flachland, wo die Luft von der Adria übers Dinaridische Gebirge muss, und weiter noch über die slowenischen Alpen, und entsprechend stark abgetrocknet und erwärmt Österreich erfasst.

Erkenntnis:

Nicht ein einzelnes Tief ist für die Wetterextreme verantwortliche, sondern es sind mehrere Tiefdruckgebiete beteiligt. In den USA sitzt es seit Monaten immer wieder zwischen den Großen Seen und Neufundland, so dass die kältestmögliche Luftmasse von der Arktis über den Kontinent nach Süden strömen kann.  In Europa stellt sich dagegen immer wieder Tiefdruckeinfluss über dem Mittelmeerraum ein. Dieser ist auch für die teils beträchtlichen Neuschneemengen im Südalpenraum verantwortlich. Im Gegensatz zum Vorjahr, als es auch im Nordosten immer wieder starke Schneefälle gab, ziehen die Mittelmeertiefs heuer nicht weiter zum Balkan und Osteuropa, sondern verharren über Norditalien. Damit setzt sich nach Ende einer Südföhnperiode keine kältere Luft durch, wie üblich, sondern es bleibt mild.

Möchte man die Aussage also kindgerecht verkürzen, müsste es heißen:

Laut Meteorologen“ verantwortlich für die Wärme bei uns sei ein Mittelmeertief mit Föhn, für die Kälte in den USA hingegen ein kräftiger Sturmwirbel über Kanada.

Die amerikanischen Medien sind da genauer:

polartexnoaa

Was ist ein Polarwirbel?

Ein beständiges, großräumiges Tiefdruckgebiet in der Höhe nahe einer oder beider der Erdpole.

Es existiert IMMER an den Polen, aber schwächelt im Sommer und verstärkt sich im Winter.

Viele Male im Winter bricht ein Stück des Wirbels ab und wird mit dem Strahlstrom nach Süden geschickt, was derzeit passiert.

Der Polarwirbel ist NICHT

  • etwas neues
  • etwas, das auf der Erdoberfläche passiert, sondern in der höheren Atmosphäre
  • etwas, das sichtbar beobachtet wird wie Tornados, Trichterwolken, Gewitter, Blitze, etc.
  • etwas, das für sich gefährlich für Menschen ist, aber die damit verbundene kalte Arktikluft auf der Oberfläche kann dies sein.

Zum Abschluss drei Beispiele, wie die großräumige Strömung über der Nordhalbkugel derzeit aussieht (19.1.14), bei einem markanten Kaltluftvorstoß über Mitteleuropa aussah (26.1.2006) und während der Orkantiefserie an Weihnachten (26.12.1999):

beispiele_nhm

Die Lage des Atlantikbergs (Hoch) ist für Winter im Alpenraum entscheidend!

  • a) Oberste Graphik: Das Hoch liegt zu weit westlich auf dem Nordatlantik, entsprechend befinden wir uns auf der warmen Seite des Tiefs.
  • b) Mittlere Graphik: Das Hoch liegt östlicher und ist stärker ausgeprägt, entsprechend wird Kaltluft von Russland her nach Mitteleuropa gebracht.
  • c) Untere Graphik: Die Strömung ist zonal, also West-Ost gerichtet. Dies fördert kleinräumige Sturm- und Orkantiefentwicklungen mit hoher Fortbewegungsgeschwindigkeit.

Meinem subjektiven Empfinden nach befinden wir uns seit einigen Jahren häufiger zwischen a) und b) als bei c, nachfolgend treten seltener die ersehnten Schneebringer für die Nordalpen, die Nordwestlagen auf, dafür häufiger Südlagen. Der Winter 2013/2014 war bisher gekennzeichnet von einer ungewöhnlich langen Abfolge von Südlagen zwischen Mitte Dezember und Ende Jänner.

Polar Vortex und die Kältewelle in den USA

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Hoffen auf Tauwetter

Der „Polar Vortex“ (Polarwirbel), der sonst über dem Nordpol strömt, war im Zuge eines unüblichen Klimaphänomens in Richtung Süden gekippt und damit nach Nordamerika abgelenkt worden. Nur langsam schiebt sich der Polarwirbel über den Kontinent hinweg, aber in den kommenden Tagen soll es wieder wärmer werden. Die zweite Hälfte der Woche soll in den meisten Teilen des Landes Tauwetter bringen. […]

Quelle: http://orf.at/stories/2213122/2213123

So titulierte heute der ORF und führte anschließend aus, was ihrer Meinung nach für die Kältewelle verantwortlich war.

1. Ein Wirbel strömt nicht. Ein Fluss strömt, ein Wirbel verlagert sich unter ständiger Veränderung seiner Form. Der Meteorologe sagt „propagieren“ (engl.: propagating) dazu.

2. Ein Klimaphänomen beschreibt einen langfristigen Prozess, über mehrere Jahrzehnte oder – im Fall von El Nino oder La Nina über wenige Jahre. Die Kältewelle in den USA hingegen begann am Sonntag, 5.1., und ist am Freitag, 10.1., bereits wieder vorbei.

3. Zur Unüblichkeit gibt es von der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

eine lehrreiche und unmissverständliche Graphik:

Image

Hier ist unmissverständlich erklärt, dass es kein unübliches Klimaphänomen ist, sondern gerade in Nordamerika mehrfach im Jahr vorkommt. Es geschah bereits Tage davor und wird auch in weiterer Folge passieren. Ungewöhnlich ist einzig die Ausdehnung und Intensität des Wirbels, was flächig Kaltluftzufuhr zur Folge hatte.

Weiter im Programm:

In Hawaii, wo die Jänner-Tiefstwerte bei durchschnittlich 18,7 Grad Celsius liegen, wurden Minusgrade gemessen, auf dem Berg Mouna Kea sogar minus acht Grad Celsius.

Der Mouna Kea ist ein 4200 m hoher Berg, das kann man kaum mit der Temperatur auf Meereshöhe vergleichen.

Graupeln und Schneegriesel

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Wieder nichts mit weißen Weihnachten: Laut einer Prognose der ZAMG
dürfte am 24. Dezember in keiner Landeshauptstadt Schnee liegen. Für
Wien und anderen Städten in Beckenlage bleibt zumindest die Hoffnung,
dass durch Graupeln eine Illusion von Schnee geschaffen wird.[…]

[…]

Aus dem dichten Nebel kann es leicht nieseln, Graupeln können liegen
bleiben und so zumindest einen Anschein von Schnee vermitteln.

[…]

Quelle: http://orf.at/stories/2211028/

Für die Schlagzeile „Keine weiße Weihnachten“ möchte der ORF erklären, dass aus einer Hochnebeldecke Schneegriesel fallen und damit für eine hauchdünne Schneedecke sorgen kann. Allerdings entsteht hier eine Begriffsverwirrung zwischen Schnee, Graupel, Niesel und Schneegriesel – und dem nicht einmal erwähnten Industrieschnee, der Landeshauptstädte wie Klagenfurt, Graz und Wien in der vergangenen Woche häufiger beehrt hat.

Kurze Übersicht:

  • Schneefall setzt eine nahezu durchgehende Schicht aus Temperaturen unter Null Grad voraus, mit Ausnahme sehr trockener Luft, wodurch der Luft durch Verdunstungskälte genügend abgekühlt wird, damit der Niederschlag als Schnee fällt. Es handelt sich hierbei um unterkühltes Wolkenwasser, das sich an Kristallationskeime (z.B. Staubteilchen) anlagert und Eiskristalle bildet. Beim Fallen lagert sich unterkühlter Wasserdampf bzw. weiteres Wolkenwasser an und bildet die charakteristischen Kristalle.
  • Graupel besteht aus Schneekristallen, an die sich unterkühltes Wolkenwasser anlagert. Im Unterschied zu Niesel und Schneegriesel ist Graupelniederschlag eine typische Begleiterscheinung von Schauern und Gewittern und entsteht ausschließlich im Winterhalbjahr, da hierfür in der niederschlagsbildenden Schicht durchwegs negative Temperaturen herrschen müssen. Graupel wird je nach Umgebungstemperatur in Reifgraupel (unterkühlte Tröpfchen gefrieren sofort am Eiskorn, wodurch die Körner styroporartig aussehen) und Frostgraupel (unterkühlte Tröpfchen umfließen Eiskorn und bilden festere Körner) unterteilt.
  • Schneegriesel ist der kleine Bruder vom Graupel. Auch er benötigt feine Kristalle, an die sich unterkühlte Wolkentröpfchen anlagern. Er entsteht jedoch nur bei stabilen Wetterverhältnissen aus einer Schichtwolke (Stratus bzw. Hochnebel). Aufgrund der verhältnismäßig geringen Mächtigkeit der Schichtwolke sind die Vertikalbewegungen und die unterkühlten Tröpfchen so klein, dass der Schneegriesel kaum einen Durchmesser über 1 mm erreicht.
  • Niesel (in Deutschland auch: Sprühregen) ist der warme Bruder vom Schneegriesel. Das Vertikalprofil der Temperatur und der Feuchte schaut identisch zu dem des Schneegriesels aus, nur ist die Luftschichtung dabei wärmer als beim Schneegriesel. Bei Wolkentemperaturen zwischen -10 und 0 Grad ist jedoch auch gefrierendes Nieseln möglich, was lokal Glätte produzieren kann. Niesel entsteht durch die Kollision von Wassertröpfchen in einer Stratuswolke.
  • Industrieschnee war für die strecken- und gebietsweise vorhandenen Schneedecken in den Ballungsräumen verantwortlich. Es war sicherlich kein Zufall, nennenswerten Schneefall um Wochenmitte in den südöstlichen Bezirken Wiens über Transdanubien bis teils zum Stephansplatz anzutreffen, und in den westlichen Bezirken, wo man aufgrund des Südostwinds und verbundener Aufwärtsbewegung am Wienerwaldhang eigentlich mit Niederschlag rechnet, kaum einen solchen angetroffen hat. Industrieschnee benötigt dichten Nebel, eine markante Temperaturinversion bei Frost zwischen -5 und -8 Grad (empirischer Wert) und künstliche Kondensationskeime, die etwa durch Industrieabgase bereitgestellt werden.

Während Schneegriesel kaum nennenswerte Mengen akkumuliert, kann Industrieschnee für beträchtlichen Neuschnee sorgen, am 20. Dezember 2007 fielen so 10-20 cm, gebietsweise sogar mehr, Schnee in den Niederlanden und in Nordwestdeutschland.

Ausblick: 

Für die Weihnachtsfeiertage ist es jedoch aus heutiger Sicht unwahrscheinlich, dass sich noch einmal eine Neuschneeauflage durch Schneegriesel oder Industrieschnee ergibt, Reif- oder Frostgraupel ist ohnehin mangels einer instabilen Luftschichtung ausgeschlossen:

An Heilig Abend und am ersten Weihnachtsfeiertag stellt sich eine intensive Südföhnlage ein, die vielerorts auch bodennahe für eine signifikante Erwärmung sorgt. Der in Bodennähe lebhaft auffrischende Südwind hebt die Hochnebeluntergrenze deutlich an, womit die Voraussetzung für Industrieschnee wegfällt und auch der vom ORF erwähnte dichte Nebel großteils kein Thema mehr sein wird. Für den zweiten Weihnachtsfeiertag zeichnet sich ohnehin gewöhnlicher Niederschlag durch ein Italientief ab, das aber im Flachland meist für Regen und nur im Berg- und Hügelland für etwas Neuschnee gegen Niederschlagsende verantwortlich ist.