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DerSpiegel: Aus normal wird paradox

Der Autor meint, eine Sensation gefunden zu haben:

Über trockenen Böden regnet es häufiger.

Im Interview wird dann deutlich eingeschränkt, und zwar auf …

  • Sommerniederschläge
  • relativ trockenere Böden zur Umgebung (keine Wüstengebiete)
  • konvektive Niederschläge (Schauer, Gewitter)
  • Wärmegewitter

Ausgeschlossen wurden orographische Hebung, Land-See-Windsysteme und großräumige Tiefdruckeinflüsse (frontale Niederschläge).

Schlussfolgerung 1: Die Überschrift stimmt nur für sommerliche Wärmegewitter.

Der Forscher bringt den entscheidenden Satz:

Das liegt wahrscheinlich daran, dass sich die Luft über trockenen Böden stärker aufheizt und deshalb schneller aufsteigt.

So gelangt die Luft dort eher in kühle Höhe, wo sie kondensiert – Wolken bilden sich.

Der nächste Satz ist unglücklich wiedergegeben:

Weitere Untersuchungen haben auch ergeben, dass Wärmegewitter besonders in relativ nassen Jahreszeiten auftreten, wenn die Sonne gleichzeitig kräftig scheint.

Na no na net, nasse Jahreszeit und kräftiger Sonnenschein, man könnte auch Mai und Juni dazu sagen. Nichts wirklich Neues.

SPIEGEL ONLINE: Warum fördert stabiles Wetter solche Sommergewitter?

Dorigo: Dann kann sich die Hitze trockener Böden am stärksten auswirken auf die Wolkenbildung.

Ein weiteres na no na net, denn wenn es täglich regnet, haben wir zu wenig Aufheizung am Boden.

Der Punkt ist aber der, dass hier kein wirklich neues Phänomen beschrieben wird!
Wenn der Boden nass ist und Sonnenstrahlen (Sonnenenergie) auf ihn treffen, gibt es zwei Wärmeströme: den fühlbaren Wärmestrom, der dafür sorgt, dass die Temperatur ansteigt und der Boden bzw. die Luft darüber sich erhitzt. Und den latenten Wärmestrom, der in die Verdunstung des Wassers geht. Bei reichlich Nässe muss viel Sonnenenergie aufgewendet werden, um den Boden zu trocknen, entsprechend steht weniger Energie zur Verfügung, um die Temperatur ansteigen zu lassen.

Unter den getroffenen Einschränkungen in Abwesenheit von Fronten, Trögen, Gebirgszügen, entstehen Gewitter ab einer bestimmten Lufttemperatur, der Auslösungstemperatur. Wenn diese Temperatur erreicht ist, bilden sich Quellwolken. Die fühlbare Wärme muss groß genug sein, um die Temperatur auf Auslösetemperatur zu hieven. Bei relativ feuchterem Boden geht jedoch mehr Energie in die Verdunstung und es steht weniger fühlbare Wärme zur Verfügung.

Das Verhältnis aus fühlbarer zu latenter Energie wird Bowen-Ratio genannt.
Über dem Meer beträgt es 0,1, über bewässerten Feldern 0,2, über Wiesen 0,5, über semi-ariden Regionen 5 und über Wüsten 10 (Quelle: Ronald B. Stull, Meteorology for Scientists and Engineers).

Sehr feuchte Bodenschichten inneralpin haben aber auch noch einen weiteren Effekt: Die Restfeuchte steigt von den Hängen auf, bildet flache Quellwolken, die die Sonneneinstrahlung abschatten. Wenn es dann zu flächendeckend wieder zuquillt, kann sich am Boden kein ausreichender fühlbarer Wärmestrom etablieren und die Gewittergefahr wird – ohne externe Einflüsse – verringert. Darum sage ich beim Wandern manchmal provokant „seid froh, dass die Sonne so wenig scheint, dann ist wenigstens das Gewitterrisiko geringer.“

Schlussfolgerung 2:

Es geht hier um das Bowen-Ratio, also um das Verhältnis von fühlbaren und latenten Wärmeströmen.

Es geht im Speziellen um reine Wärmegewitter.

Chuck Doswell, Tornadoforscher in den USA, schrieb in seinen „Lieblingsärgernissen“ schon 2002, dass er nichts von der Unterscheidung in Wärme- und Frontgewitter halte:

An old idea is that thunderstorms are either of the „frontal“ sort, or the „air mass“ sort. This terminology seeks to distinguish between thunderstorms along fronts (zones of strong thermal gradients) from other sorts of thunderstorms. The idea is that fronts provide a lifting mechanism to develop convection, whereas other thunderstorms develop within broad areas of more or less homogeneous characteristics (air masses). It also is often taken to imply that the thunderstorms develop more or less randomly in the „air mass,“ as opposed to the organization provided by the front. I believe that many thunderstorms develop outside of surface frontal zones (i.e., synoptic-scale fronts). Moreover, the development of thunderstorms is never random … they develop in particular places at particular times for reasons that we may not be able to observe and/or understand, but it is absurd to think that thunderstorms develop, in effect, for no reason!

Quelle: http://www.cimms.ou.edu/~doswell/peeves/peeves.html

Es stellt sich also generell die Frage, wie die Forscher Wärmegewitter definiert haben und von Frontgewittern unterschieden haben. So oder so ist die Erkenntnis, dass höhere fühlbare Wärmeströme eher die Auslösungstemperatur und damit Quellwolken erwarten lassen, keine neue. In „nassen“ Jahreszeiten bei geringer Luftbewegung in allen Höhen kann das Luftpaket dann leichter vom LCL (Lifted Condensation Level) aufs LFC (Level of Free Convection) gehievt werden, weil die Absinkinversion geringer oder gar nicht vorhanden ist.

In SUMME also viele Einschränkungen, die in der paradox erscheinenden Aussage „Über trockenem Boden regnet es häufiger“ so nicht haltbar sind.

Was sind „Luftfronten“?

Der Zwischenfall werde untersucht, sagte Mardjono Siswosuwarno, ein Ermittler der Transportsicherheitsbehörde. Vermutlich seien zwei Luftfronten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufeinander getroffen – das könne plötzliche Turbulenzen auslösen, meinte er.

Quelle: Spiegel Online, abgerufen am 05.05.16, 13.58 MESZ

Als ich den Begriff Luftfronten las, dacht ich sofort an eine schlechte Übersetzung aus dem Englischen …

In einem Bericht der Gulf Times lautet der Absatz so:

Mardjono Siswosuwarno, an investigator with the Indonesian Transport Safety Committee, said the incident was being investigated but that the turbulence was likely caused by a meeting of two bodies of air moving at different speeds, rather than a visible storm.

„It looked like clear-air turbulence so it was unexpected,“ he said.

Richtig übersetzt lautet die Aussage:

Die Turbulenz wurde wahrscheinlich durch das Zusammentreffen zweier Luftmassen, die sich mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten bewegen, verursacht, nicht durch ein sichtbares Unwetter. Es sah nach clear-air-turbulence aus, war also unerwartet.

Der entscheidende Zusatz ist der Hinweis auf clear-air-Turbulence!

„Clear-air-turbulence“ (zu deutsch: Klarsicht-Turbulenz) ist eine gefährliche Eigenschaft von Jetstreams (Strahlströme) in großen Höhen, die in der Mitte sehr hohe Windgeschwindigkeiten aufweisen, die zu den Ränden hin stark abnehmen und stark verwirbeln können (sogenannte Windscherung). Das Tückische daran ist, dass sie auch bei wolkenlosen Bedingungen vorkommt und daher nicht immer erkennbar ist (dazu diese Abbildungen ).

Was ist also der Unterschied zwischen Original und Übersetzung?

Hier prallen keine Fronten aufeinander wie bei einem Frontalzusammenstoß, sondern es kommt zu einer raschen Abnahme der Windgeschwindigkeit, was gefährliche Verwirbelungen auslöst. Für meteorologisch nicht versierte Journalisten irreführend war die Verwendung des Wortes „meeting“, wenngleich Zusammentreffen hier weniger frontale Begegnung als „Vorhandensein“ bedeutet. Herr Siswosuwarno hätte auch sagen können „the presence of two bodies of air moving at different speeds“.

Die irreführende Übersetzung zeigt zweierlei: Journalisten sollten sich ggf. durch einen deutschsprachigen Experten rückversichern, wie eine Aussage gemeint ist. Der Experte wiederum muss ggf. bei seiner Wortwahl darauf achten, sich unmissverständlich auszudrücken.

Erstaunliche Folgen von Physik?

Der erste Wintermonat flippt aus, und die Journalisten brauen sich ihre Sensationsstories zusammen.

So berichtet der SPIEGEL heute von einem Orkantief im Nordatlantik.

Irgendwie gingen sachliche Bezeichnungen, die in Mitteleuropa seit offizieller Verwendung der Beaufortskala (Anfang 20. Jahrhundert) üblich sind, verloren. Das im Artikel beschriebene Orkantief erhält folgende Umschreibungen
  • extremer Sturm
  • extremer Tiefdruckwirbel
  • extremes Tiefdruckgebiet
  • starker Sturm
  • riesige Tiefdruckgebiete
  • kräftiger Sturm

Der Luftdruck werde dort in den kommenden Stunden auf rund 920 Millibar absacken, berichten Wetterdienste – ein Extremwert, Durchschnitt sind etwa tausend.

Extremwert ist richtig, der Allzeitrekord liegt bei 914 hPa über dem Nordatlantik (10.01.1993, Braer-Storm). Vom Durchschnittswert darf man aber nicht ausgehen, denn im Winter tummeln sich unzählige Sturm- und Orkantiefs mit Kerndrücken unter 970 hPa in der Region.

Zwei benachbarte riesige Tiefdruckgebiete dürften den Windvorhersagen zufolge auf Hunderten Kilometern Breite auf Hurrikanstärke beschleunigen.

Zwei Mal Vorsicht!

  1. zeigt die Modellkarte im Beitrag die mittlere Windgeschwindigkeit in 850 hPa Höhe, das entspricht zum berechneten Zeitpunkt rund 1200 bis 1400 m Seehöhe, nach Süden hin zunehmend.
  2. befindet sich das langgestreckte Starkwindband im Warmsektor des Tiefdruckgebiets (siehe Vorhersagekarte von GFS darunter)
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Quelle: http://www.wetter3.de – gültig für 30.12.2015, 07 MEZ

Die stärkste Isobarendrängung wird im Warmsektor des Orkantiefs bei Island (hier: 926 hPa) bzw. des Randtiefs bei Irland (hier: 975 hPa) erreicht. Warme Luft ist weitgehend stabil geschichtet, d.h., die in der EZMWF-Karte gezeigte mittlere Windgeschwindigkeit von 35 bis 40 m/s (126-144 km/h, im weißen Bereich  > 150 km/h) wird über weite Strecken nicht 1:1 zum Boden durchgemischt. Die Spitzenböen nahe der Meeresoberfläche betragen dann „nur“ 100 bis 120 km/h.

Höhere Windspitzen sind bei Island verbreiteter anzutreffen, weil sich starke Höhenwinde und instabil geschichtete Kaltluft überlappen, und orographische Effekte hinzukommen (Föhn, Kanalisierung).

Und den Begriff Hurrikanstärke sollte man für tropische Wirbelstürme vorbehalten. Hierzulande spricht man von Orkanstärke (> 117 km/h). Punkt.

…erstaunliche Folgen …schaufelt …milde Luft aus Süden …nach Norden

Nein, Physik.

Am Nordpol gibt es am Mittwoch demnach ähnliche Temperaturen wie derzeit im Süden Kaliforniens oder in Deutschland. Die Eisdecke im Nordmeer dürfte oberflächlich tauen.
Aber höchstens kurzzeitig, denn 24 Std. später ist der Warmluftvorstoß Geschichte. Grund: Das Orkantief bleibt kleinräumig und entwickelt kein umfangreiches Tiefdrucksystem, das über mehrere Tage hinweg Warmluft bis zum Nordpol schaufeln kann, vgl. die Temperaturkarten von GFS für Mittwochfrüh und Donnerstagfrüh:
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Die Warmluft ist zwar weiterhin über Mitteleuropa bis zum Nordmeer erkennbar, allerdings unter Hochdruckeinfluss und bleibt damit großteils durch eine Temperaturinversion (Sperrschicht) vom Boden entkoppelt, mit Ausnahme der Föhnregionen (norwegisches Küstengebirge).

An Deutschland geht das Naturereignis vorbei. Die Wetterdienste sagen für die nächsten Tage ruhiges Winterwetter voraus – bei Temperaturen meist knapp über dem Gefrierpunkt.

Was soll sich bei uns auch ändern, wenn das Förderband von Süden nach Norden reicht und damit das Hochdruckgebiet bei uns bzw. über Skandinavien weiter stützt?

Key facts:

  • Das extreme Tief ist ein Orkantief (Kerndruck unter 955 hPa).
  • Der mutmaßliche Höhepunkt bei 920 hPa ist ein Extremwert, aber kein Rekord.
  • Sturmtiefs mit unter 970 hPa sind im Nordatlantik um diese Jahreszeit normal.
  • Die markante Warmluftzufuhr bis zum Polarkreis ist nur von kurzer Dauer (< 24 Std.) und Tauvorgänge sollten sich entsprechend in Grenzen halten.
  • Der stärkste Höhenwind (siehe gezeigte Modellkarte im Artikel) findet auf der warmen, stabilen Vorderseite der Tiefdruckgebiete statt, und schlägt damit nur stellenweise bis zum Boden durch (z.B. im Lee von Gebirgen, Erhebungen).
  • In Deutschland ist das Naturereignis verantwortlich für ruhiges Winterwetter, denn die herangeführte Warmluft stützt das Skandinavienhoch und hält weitere Tiefdruckgebiete vom Atlantik her vorerst vom Leib.
  • Strenggenommen kommt der aktuelle Warmluftvorstoß (Dienstagfrüh) viel weiter nach Norden als der durch das nachfolgende Tief:
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Entmystifizierung der Ufowolke

Im Spiegel-Online wird sensationsheischend folgende Schlagzeile tituliert:

Vulkan Teide auf Teneriffa: Wolken-Ufos über der Mondlandschaft

Die Gruppe einigt sich schnell auf die Bezeichnung Ufowolke. Das schneeweiße Oval am blauen Himmel scheint vollkommen glatt zu sein, keine wolkentypischen Aufbauschungen, die Ränder sind zart verwischt. Als habe jemand ein Loch in den Himmel geschnitten – oder eben als schwebe da ein Ufo.

Karvaly gefällt der Begriff. Über Naturphänomene spricht sie wie über Menschen. Die glatte Wolke bringe schlechtes Wetter mit, erklärt sie. „Wenn sie sich auf die Spitze des Teide setzt, ist innerhalb von wenigen Stunden alles bewölkt, und es gibt ein Unwetter.“

Zum Glück ist in der Wetterkunde immer alles so einfach.

Bei Ufo-Wolken handelt es sich um Föhnwolken, Meteorologen sagen umgangssprachlich Föhnfische dazu, der lateinische Fachbegriff lautet Altocumulus lenticularis.

Sie entstehen bei der Überströmung von Bergen bzw. Gebirgen. Dabei kühlt die Luft mit 0,65 Grad pro 100 m ab und kondensiert zu Wolken. Auf der windabgewandten Seite sinkt die Luft mit 1 Grad Erwärmung pro 100 m ab, die Wolke löst sich auf. Beim Überströmen werden die Stromlinien gedrängt, weshalb die Wolkenoberseite glatt erscheint. Eine typische Wolke existiert so nicht, für Föhnwolken sind eben glatte Oberseiten typisch.

Beispiele für Föhnwolken:

Altocumulus lenticularis

Abb.1: Föhnwolke in den Türnitzer Alpen (vom Tiroler Kogel fotografiert)

Altocumulus lenticularis

Abb.2: Tiefe Föhnwolke (mitunter schon Stratocumulus) bei Südföhn im Wipptal, hier mit Serles (2717m) im Vordergrund

Altocumulus lenticularis

Abb.3: Föhnwolke bei Nordföhn in Innsbruck, über dem Südhang der Nordkette hängt tiefe Staubewölkung (Schneeschauer)

Altocumulus lenticularis vesperalis

Abb.4: Föhnwolken in der Abendsonne, bei Nordföhn über die Raxalpe vom Payerbach-Reichenauer Bahnhof aufgenommen

Wolkenschlange

Abb.5: Wolkenwalze im Lee des Schneebergs, Niederösterreich (Südföhn)

Steigungswolken

Abb.6: Tiefe Wolken beim Überströmen der Schneealpe (Westföhn)

Cumulus pileus

Abb.7: Sonderform einer Föhnwolke: Wenn Aufwinde Gewitterwolken erzeugen, bildet sich manchmal ein Hauberl aus.

Während vom Gebirge versetzte (d.h. im Lee der Gebirgskette) Föhnwolken bei überwiegend trockenen Luftschichten entstehen (Abb. 1-4), bildet sich die Steigungswolken, die sich als Haube (Abb. 5-6) über den Gipfelbereich legen, nur bei genügend Feuchte in den bodennahen Schichten (< 2000 m). Es handelt sich dann aber nicht zwingend um Schlechtwetterboten. In Abb.6 ist die Front bereits durchgezogen, die Restfeuchte überströmt die Ostalpen, bildet aber keine Schauerwolken mehr aus.  Im Sommerhalbjahr verhält sich die Lage oft anders, dann können die Gipfelhauben in der Tat Gewittervorboten darstellen.

So friedlich eine einzelne Föhnwolke aussieht, steht sie doch für zwei von vier Zutaten für Schwergewitter:

  • Feuchte (Existenz einer Wolke)
  • starker Wind in der Höhe (glatte Form, Föhneffekte)

Ist die Luftschichtung zudem instabil und nähert sich eine Kaltfront bzw. ein Tief (in höheren Luftschichten), können sich Gewitterwolken bilden, die langlebig und mit unwetterartigen Begleiterscheinungen (Sturzregen, großer Hagel, Sturmböen) ausfallen.

Das gilt übrigens nicht nur für die Kanarischen Inseln, sondern ist auch im Alpenraum anwendbar.