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Hurrikan Ophelia mit spannender Zugbahn

Hurrikan Ophelia ist der zehnte Hurrikan in Serie und mit derzeit 80 Knoten Spitzenwinden handelt es sich um den stärksten Oktoberhurrikan soweit östlich seit IVAN im Jahr 1980.

Die aktuelle Prognose des Hurrikancenters in Miami lässt ihn bis als Hurrikan an den Azoren vorbeiziehen und dann in Hurrikanstärke in ein außertropisches Sturmtief umwandeln.

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Hierzu ein paar wichtige Anmerkungen:

Die Windgeschwindigkeits-Wahrscheinlichkeiten beziehen sich auf den Wirbel in Tropensturm-Gestalt. Selbst wenn er nicht mehr als Hurrikan, sondern nur noch abgeschwächt als „normales“ Sturmtief auf Irland trifft, kann er weiterhin Orkanböen hervorbringen, wie es der Morgenlauf des amerikanischen Modells gezeigt hat:

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Zu sehen ist hier der Mittelwind (in Knoten) in 850hPa, das sind bei einem Luftdruck von 1013 hPa am Boden 1500m. Durch den starken Druckfall des Sturmtiefs sinkt die 850hPa-Druckfläche jedoch gut 200m ab, d.h., der Mittelwind hier bezieht sich auf nur rund 1300m Seehöhe und kann entsprechend viel leichter zum Boden herabgemischt werden.

Spezielle Modellkarten zeigen auch, dass OPHELIA auch nach der Umwandlung tropische Eigenschaften besitzt, indem der Kernbereich des Tiefs bodennah mit Warmluft gefüllt bleibt. Man spricht von einem „assymetrischen warmen Kern“, weil der Wirbel mit der Höhe versetzt ist und das Tief zunehmend Fronten ausbildet.

Die Asymmetrie führt dazu, dass das Windfeld an der Ostflanke des Tiefs auf der warmen Seite stärker ausgeprägt sein wird als an der kalten Westflanke. Mit der zügigen Verlagerung nach Norden addieren sich an der Ostflanke Verlagerungsgeschwindigkeit und Windspitzen aus Süden, was das Risiko von heftigen Windböen zusätzlich erhöht.  Die Rückseite wird dem recht labil gerechnet und einzelne Schauer reichen dann aus, um den heftigen Südwind bis Südwestwind zum Boden durchzudrücken, in dem oben gezeigten Fall wären das 110-120km/h an der Südküste Irlands und über 140km/h an der Westküste. Die neueren Läufe des Modells zeigen eine westlichere Zugbahn und eine geringere Beeinflussung der Britischen Inseln, das wird sich aber vermutlich noch ein paar Mal ändern bis Montag.

Die Essenz dieses Sermons:

  1. OPHELIA trifft nicht mehr im Besitz aller tropischer Eigenschaften, die ihn als Tropensturm oder Hurrikan klassifizieren lassen, auf europäisches Festland. Die Azoren werden als Hurrikan beeinflusst, Irland und England nicht mehr.
  2. OPHELIA besitzt auch nach der Umwandlung in ein außertropisches Sturmtief noch tropische Eigenschaften wie kräftigen Regen im Warmfrontbereich und ein sehr kräftiges Windfeld um den Kernbereich herum.
  3. Dieses Windfeld ist an der Ostflanke am stärksten ausgeprägt (wie übrigens auch bei Hurrikan NATE kürzlich) und kann dort nochmals Orkanböen hervorbringen, selbst wenn OPHELIA nicht mehr als Hurrikan klassifiziert wurde.
  4. OPHELIA ist der 4. Tropensturm seit 2005, der Europa direkt beeinflusst: Der letzte Tropensturm in Hurrikanstärke traf 2005 auf Portugal und Spanien (Hurrikan VINCE), danach bildete sich im Oktober 2009 sehr weit östlich über lediglich 18-22°C warmen Wasser Tropensturm GRACE, der noch mit stecknadelkopfgroßem Auge an Irland anstreifte, ehe er sich über Wales auflöste.  Danach gab es einen Tropensturm im Mittelmeer (7. November 2011), vom NHC 01M genannt, hierzulande unter ROLF bekannt, der im westlichen Mittelmeer kurzzeitig Tropensturm-Status erreicht hat. Hurrikane im Mittelmeer werden auch Medicane genannt. Weitere Fallbeispiele für Tropenstürme im Mittelmeer gibt es aus den Jahren 1947, 1969, 1982, 1983, 1995 und 2007.
  5. Fast alle Tropenstürme, die vor Europa oder im Mittelmeer entstehen oder bis zum Ostatlantik durchhalten, werden weniger durch die absolute Meeresoberflächentemperatur am Leben gehalten als durch vertikale Temperaturunterschiede. Diese halten die kräftigen Schauer und Gewitter, die für Tropenstürme notwendig sind, aufrecht. Aufgrunddessen entstehen sie überwiegend im Herbst und Winter, wenn der Ozean oder das Mittelmeer relativ warm sind und in der Höhe erste Kaltluftvorstöße vom Nordatlantik den Süden erreichen.

Unsaubere Recherche zu „XAVIER“

Zu meinem vorherigen Blogtext noch ein wichtiger Nachtrag.

Es scheint, als habe ich die Quelle der irreführenden Beschreibungen zu Sturmtief XAVIER gefunden:

Die Süddeutsche Zeitung schrieb …

  • Das Tiefdruckgebiet Xavier ist eine meteorologische Besonderheit, ein sogenannter „Schnellläufer“.
  • Diese Phänomene sind schwer vorherzusagen und können spontan heftige Windböen und Regenfälle auslösen.
  • Auch Weihnachtsorkan Lothar von 1999 und die Hamburger Sturmflut 1962 resultierten aus Schnellläufern.

Diese Zeilen sind wahrscheinlich nicht alleine den Ideen des Autors zuzuschreiben, sondern stammen aus einer APA-Meldung:

„Der Klimaforscher Mojib Latif vom Kieler Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung bezeichnete „Xavier“ im SWR als „Schnellläufer“. „Das ist ein Sturm, der nicht unbedingt vorhersehbar ist. Dieses Tiefdruckgebiet heißt so, weil es dann wirklich extrem schnell ziehen kann mit 100 Stundenkilometern.“ Beispiele dafür seien etwa der Sturm „Kyrill“ aus dem Jahr 2007 oder „Lothar“, der 2009 über West- und Mitteleuropa fegte.“

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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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Sturmtief sorgt für irreführende Schlagzeilen

Sturm fegte mit 160 km/h über das Land

Mit Böen von über 160 km/h ist in der Nacht auf Montag ein Sturm über Österreich hinweggebraust. Der Orkan sorgte vor allem im Süden Niederösterreichs teilweise für Dauereinsätze der Feuerwehr.

161,6 km/h wurden von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) auf dem Feuerkogel gemessen, dennoch mussten die Feuerwehren in Oberösterreich nur 20-mal ausrücken. Ganz anders die Situation in Niederösterreich, wo am Montag 56 Feuerwehren mit 700 Mann ausrückten.

[…] Ob die Höchstwerte der vergangenen Nacht erreicht oder übertroffen werden, sei nicht vorherzusagen, da lokale Verwirbelungen einen durchaus starken Effekt haben könnten.[…]

Quelle: http://noe.orf.at/news/stories/2744942/

Der Bericht vermengt Sturmtief, Spitzenböen, geographische Besonderheiten und Windspitzen im Flach- und Bergland.

1. wurden die 160 km/h nur am Feuerkogel gemessen, eine besonders exponierte Bergstation auf 1618 m, die vom Leitplankeneffekt profitiert. Sie befindet sich am Alpennordrand und hat den Hausruck gegenüber, wodurch zusätzlich eine gewisse Kanalisierung eintritt.

2. Sturm(tief) ist korrekt, von einem Orkantief spricht man erst, wenn auch in 10 m Höhe im Flachland im Mittel Orkanstärke erreicht wird.

3. handelte es sich um einen sogenannten Warmsektorsturm, d.h., die Kaltfront hat Österreich zum Zeitpunkt der stärksten Windböen nicht überquert. Ober- und Niederösterreich verblieben in der warmen, stabil geschichteten Luftmasse.

Für Oberösterreich bedeutete das, dass die starken Mittelwinde in rund 1500 m (70 Knoten, ca. 125 km/h) nicht vollständig zum Boden herabgemischt wurden, da kein abwärts gerichteter Impuls vorhanden war (z.B. Föhn, Schauer/Gewitter). Entsprechend blieben die Windspitzen im oberösterreichischen Flachland meist zwischen 70 und 90 km/h.

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Feuerwehreinsätze am 30.11.2015, ab Mitternacht; grün: Sturmeinsätze

Die meisten Schäden traten unmittelbar am Alpennordrand auf.

Quelle: http://intranet.ooelfv.at/

In Niederösterreich beschränkten sich die stärksten Böen auf eine eng begrenzte Region unmittelbar am Alpenostrand:

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Quelle: http://www.maps-for-free.com, von mir beschriftet

Die Feuerwehreinsätze Niederösterreichs konzentrieren sich ebenfalls auf die Region vom Schwarzatal an der Rax über die Hohe Wand und das Steinfeld bis nach Wien. Im Gegensatz zu Oberösterreich hielten sich die Spitzenböen entlang der Voralpen in Grenzen.

Warum so große Unterschiede? Hier spielen Schneeberg, Hohe Wand und Wienerwald eine wesentliche Rolle!

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Die Skizze zeigt die Strömungsverhältnisse am 30.11.2015 am Alpenostrand; blau: bodennaher Kaltluftsee

 

Infolge der Gebirgsüberströmung sinkt die Luft im Lee rapide ab und zieht die kräftigen Höhenwinde bis zum Boden hinab. Die Spitzenböen in Wiener Neustadt und im Süden von Wiens sowieso wohl verbreitet (abseits gemessener Werte) unmittelbar am Alpenostrand entsprechen fast 1:1 dem Mittelwind in 1000 bis 1500 m Höhe.

Stromaufwärts, d.h., westlich des Wienerwalds, war die Luftschichtung zu stabil, um die heftigen Höhenwinde herabzumischen.

Ursache für die räumliche Konzentration der Sturmschäden war also Westföhn!

4. Lokale Verwirbelungen treten immer auf, wenn ein starker Höhenwind über ein Gebirge streift. Für kommende Nacht werden ähnlich hohe Mittelwinde in 1500 m Höhe vorhergesagt wie in der vorherigen Nacht. Einzig die durch den starken Regen angefeuchtete bodennahe Luftschicht spricht eventuell gegen vergleichbare Spitzen, denn Leewellen breiten sich in feuchter Luft weniger gut aus als in trockener Luft.

Der Sturm am Alpenostrand

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:

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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.

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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.

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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.

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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).