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Verschiedenes

Nachfolgend werde ich kurz auf den Unterschied zwischen Wetter und Klima eingehen.
Etwas ausführlicher behandle ich die atmosphärischen Voraussetzungen für die Entstehung von  Gewittern mit all seinen Erscheinungsformen. Ein für mich wichtiges Wissen und unerlässlich, um Gewitterlagen analysieren zu können, sie vorherzusagen, die auslösegefährdeten Gebiete einzugrenzen und durch Beobachtung die Bevölkerung rechtzeitig und zuverlässig
über die TSN-Plattform zu warnen.
Darüberhinaus werde ich werde ich mich ausgewählten meteorologische Themen, die mich besonders interessieren, widmen.

 

1. Unterschied Wetter-Klima:

Als Wetter wird der pysikalischer Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt oder auch  in einem kürzeren Zeitraum an einem bestimmten Ort oder in einem Gebiet, wie er durch die meteorologischen Elemente und ihr Zusammenwirken gekennzeichnet ist, bezeichnet.
Das Wettergeschehen spielt sich überwiegend in der unteren Atmosphäre (Troposphäre) ab. Ursache der Wetterabläufe sind die unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche und daraus resultierend der darüberliegenden Luftschichten in Abhängigkeit von der geographischen Breite, der Höhenlage über NN, der Land-Meer-Verteilung, der Orographie, des Bewuchses usw..
Das Wetter wird mit Hilfe quantifizierbarer Parameter charakterisiert. Diese Parameter sind fundamentale Größen des Wetters (Wetterelemente) wie etwa Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Drucktendenz, Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Bewölkung, Niederschlag und Sichtweite.

Das Klima ist definiert als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren.
Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u. a.) über einen genügend langen Zeitraum. Im allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sogenannte Referenzperiode, es sind aber auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich.

Man spricht von Wetterumschwung, aber von Klimaänderung. Das eine passiert schnell, das andere kann nur über Jahre/Jahrzehnte hinweg festgestellt werden. Wetter ist also etwas, das gerade geschieht. Man kann es nicht beeinflussen, aber deuten, analysieren und es in Daten fassen. Diese Daten ergeben über einen langen Zeitraum hinweg ein bestimmtes Bild.  Temperaturen, sowie Niederschlagsmessungen und dergleichen sind darin enthalten. Aus diesen  Angaben lässt sich errechnen, wie das Klima der letzten Monate und Jahre war. Je weiter die ersten Messungen zurückliegen und umso mehr Daten vorhanden sind, desto genauer kann man das Klima für bestimmte Regionen auswerten.

2. Das Gewitter und seine Entstehungskomponenten

Ein Grundverständnis über Gewitter ist notwendig, bevor wir Tornados, Hagel und andere Phänomene, die von einem Gewitter erzeugt werden, verstehen können. Ein Gewitter ist ein physikalischer Prozeß, der Feuchtigkeit und Wärme aus der Nähe der Erdoberfläche in die oberen Schichten der Atmosphäre transportiert. Die Nebenprodukte dieses Prozesses sind Wolken, Niederschlag in Form von Regen oder Hagel und Wind/Sturm bis Tornado.

Zu jedem Zeitpunkt gibt es statistisch gesehen an die 2000 aktive Gewitter auf der Erde. Die meisten haben keine  unwetterartige Ausprägung und sind einfach normale Regenbringer für die Natur. Weniger als 1 Prozent von diesen Gewittern sind  schwere Gewitter. Ein schweres Gewitter ist definiert als ein Gewitter, das Hagel von mindestens 2cm Durchmesser oder starke Abwinde von mindestens 80 km/h produziert. Ein noch kleinerer Anteil von diesen schweren Gewittern produziert Tornados.

Alle Gewitter, egal ob schwer oder nicht, brauchen drei Bedingungen für ihre Entstehung. Die erste Bedingung ist Feuchtigkeit in den unteren und mittleren Schichten der Atmosphäre. Die zweite Voraussetzung ist Labilität.  Eine labile Luftschichtung weist eine starke Temperaturabnahme mit der Höhe auf. Beide Parameter gemeinsam mit der Bodentemperatur sind ein Maß für die zur Konvektion verfügbaren Energie (CAPE=convective available potential energy).
Die dritte Bedingung ist ein Hebungsprozeß ab der Erdoberfläche.   Hebung kann durch verschiedene Parameter ausgelöst werden. Meist ist die Einstrahlung der Sonne der Auslöser, indem die Erdoberfläche und die unmittelbar darüber liegende Luftschicht stark erhitzt wird. Diese warmen Luftpakete sind weniger dicht als die Umgebungsluft und steigen auf. Ebenso kann durch Konvergenz (Zusammentreffen zweier gegenläufiger Luftströmungen am Boden) Hebung verursacht werden.  Die dritte Möglichkeit kann orografischer Natur sein, wenn die  Luft entlang eines Berges gehoben wird.
Wenn warme feuchte Luft derart zum Aufsteigen gezwungen wird, kühlt sie ab. Je kälter, desto weniger Wasserdampf kann die Luft aufnehmen. Sobald die maximale Sättigungskonzentration erreicht ist,  kondensiert die Luftfeuchtigkeit zu kleinen Wassertropfen. Es bilden sich Wolken. Wenn Feuchtigkeit kondensiert, wird Wärme an die Luft abgegeben.  Diese zusätzliche Kondensationswärme bewirkt daher, daß die Luft kontinuierlich weiter nach oben steigt.

Ein prägender Faktor für die Art des Gewitters ist der Anteil von vertikaler Windscherung in der Umgebung des Gewitters. Vertikale Windscherung ist definiert als eine Änderung der Windrichtung oder Geschwindigkeit mit der Höhe. Wenn der Betrag der vertikalen Scherung gering ist (nur geringe Änderungen der Windgeschwindigkeit oder -richtung mit der Höhe), dann treten bevorzugt mehrzellige kurzlebige Gewitter auf.  Gebildeter Niederschlag wird durch die Aufwindzone des Gewitters fallen und dadurch den Aufwind schnell zum Erliegen bringen.
Starke vertikale Windscherung ist ein Indikator für Gewitter mir langlebiger Aufwindzone. In Wechselwirkung mit dem Aufwind erzeugen sie komplizierte Zirkulationsmuster und stellen die Keimzelle für Mesozyklonen und Tornados dar.

Eine weitere wichtige Rolle in der Entwicklungsumgebung eines Gewitters ist das Vorhandensein einer Inversion in der mittleren Luftschicht. Eine Inversion in mittlerer Höhe ist eine dünne Schicht wärmerer Luft zwischen der feuchten Luft am Boden und der oberen trockenen Luftschicht. Ohne oder bei nur schwacher Inversion entwickeln sich in der Regel nur schwache Gewitter. Starke Inversion in der mittleren Luftschicht wirkt wie ein Deckel und unterbindet die Hebung und damit überhaupt eine Gewitterbildung. Eine Inversion in moderater Stärke unterdrückt zunächst die Hebung. Oft können dann am Nachmittag mit fortschreitender Labilität die stärksten Aufwinde den Deckel durchstoßen und zu schweren Gewittern führen.

 

3. Kategorisierung von Gewittern

3.1.-3.8…………..In Arbeit……….coming soon

4. Begleiterscheinungen von Schwergewittern

4.1.-4.4.Sturm, Flash Floods, Hagel, Blitz
In Arbeit……….coming soon

5. Die wichtigsten Einflussfaktoren auf den europäischen Winter

 5.1. Nordatlantische Oszillation (NAO)

Als NAO versteht man die Schwankungen des Luftdruck-Gegensatzes zwischen dem Azorenhoch im Süden und dem Islandtief im Norden des Nordatlantiks, der besonders im Winter das Wetter in Europa bestimmt. Ist dieser Gegensatz stark, d.h. ist der NAO-Index positiv, gibt es über dem Nordatlantik zwischen 40° und 60° nördlicher Breite eine starke Westwindzirkulation, die warme und feuchte Luft nach Europa bis nach Sibirien transportiert, aber auch an der amerikanischen Ostküste für milde Temperaturen sorgt. Bei einem schwachen NAO-Index sind auch die Westwinde vom Atlantik her schwach und vermögen sich nicht gegen die Ausbreitung des winterlichen sibirischen Kältehochs nach Westen durchzusetzen.

5.2. Das arktische Meereis

Normalerweise isoliert der Polarwirbel rund um das arktische Höhentief die Arktis von Stürmen aus den mittleren Breiten und begrenzt zugleich die Bewegung kalter arktischer Luftmassen nach Süden. Um die Arktis herum gibt es starke Westwinde und eine starke Nordatlantische Oszillation, die warme und feuchte Luftmassen vom Nordatlantik nach Europa transportieren und das sibirische Kältehoch zurückdrängen. Seit dem Jahr 2005 hat sich der sommerliche Eisrückgang jedoch deutlich beschleunigt. Dadurch könnten sich die atmosphärischen Zirkulationsverhältnisse so geändert werden, dass kalte Luft aus den Polarregionen in Richtung Eurasien strömt. Die frei werdende Wasserfläche hat über große Teile des Nordpolarmeeres bis zu 5 °C höhere Temperaturen entstehen lassen. Diese Erwärmung führte möglicherweise zur Destabilisierung des Polarwirbels und ließ kalte und feuchte Luft aus der Arktis bis nach Nordamerika, Nordeuropa und Nordostasien vordringen.

Andere Forscher sehen einen direkten Einfluss der wärmeren Arktis auf denPolarjet und damit auch auf die Arktische Oszillation (AO), von der die NAO der nordatlantische Teil ist. Durch die höheren Temperaturen in der Arktis nimmt der Temperatur- und damit auch der Luftdruckgegensatz an der Polarfront ab. Die Folge ist eine Schwächung des Jetstreams, der sich in ca. 10 km Höhe in Wellen (sog. planetarische oder Rossby-Wellen) von West nach Ost um den Globus bewegt. Die Wellen im Jetstream kontrollieren unser Wetter. Sie erzeugen und steuern sowohl Tiefdruckgebiete wie Hochdruckzonen. Bei einem schwachen Jet verlangsamen sich die West-Ost-Strömungen und die Wellen dehnen sich stärker in meridionaler Richtung, insbesondere nach Norden, aus. Seit 1979 hat der Polarjet im Herbst um etwa 14 % an Geschwindigkeit abgenommen. Die schwächeren Windsysteme und nach Norden ausgedehnten Amplituden des Polarjets führen zu einer langsameren Bewegung des Zirkulationssystems und damit zu länger anhaltenden bzw. blockierenden Wetterlagen. Diese erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Kältewellen im Winter, können aber in anderen Jahreszeiten auch zu Extremereignissen wie Dürren, Hochwasser und Hitzewellen führen. Aufgrund des zu erwartenden weiteren Rückgangs der arktischen Eisbedeckung könnte das als „Warme Arktis – Kalte Kontinente“ bezeichnete Klimamuster in Zukunft häufiger vorkommen.

5.3. Früher Schneefall in Sibirien

Zu den kalten Wintern der letzten Jahre hat nicht nur eine schwache NAO beigetragen. Auch das sibirische Kältehoch war in vielen Fällen stark ausgebildet. Dafür machen einige Forscher einen frühen Schneefall verantwortlich, der ebenfalls mit dem Abschmelzen des Meereises in der Arktis zu tun haben soll. Der Verlust von Meereis und die Erwärmung der Atmosphäre fördern hiernach über dem arktischen Ozean die Verdunstung. Dadurch erhöht sich die Feuchtigkeit in der Troposphäre über der Arktis. Eine Folge ist zunehmender Schneefall über Sibirien im Herbst, wo die Temperaturen niedrig genug für Schnee-Niederschläge sind. Entsprechend hat die mittlere Schneebedeckung im Oktober über dem eurasischen Kontinent in den letzten beiden Jahrzehnten zugenommen. Die frühe Schneebedeckung isoliert den Boden und die Oberfläche kühlt schneller aus. Auch die darüber liegenden Luftschichten kühlen sich ab, und es kommt zu einer Stärkung des sibirischen Hochdruckgebietes. Dadurch wird das Gebiet des stärksten polwärtigen Temperaturgradienten nach Süden verlagert und folglich auch der Transport kalter Luft, die aus dem Hoch durch Rechtsablenkung weit nach Südwesten vordringen kann. Die Ausbildung eines starken Hochs über den Schneegebieten fördert so die Wahrscheinlichkeit von Kältewellen und blockierenden Hochdrucklagen mit der Folge von kalten Wintern bis hin nach Mittel- und Südeuropa.

Der SAI (Snow  Advancing Index) gilt als  Maß für die sbirische Schneebedeckung in den Monaten Sept./Okt.  Ein hoher SAI korreliert mit einem negativen AO-Index, was ein Indikator für einen schwach ausgeprägten Polarwirbel und meridionales Zirkulationsmuster auf der NH ist.

5.4. Die Solarstrahlung

Auch die Sonne hat möglicherweise einen Einfluss auf kalte Winter in Europa und den USA. Das Verhalten der Sonne unterliegt wiederkehrenden zyklischen Schwankungen. Ein besonders prägnanter Sonnenzyklus, also der Zeitraum zwischen zwei Maxima der Strahlungsleistung, dauert etwa 11 Jahre (Schwabe-Zyklus). Das letzte Maximum lag zwischen 2000 und 2002, das letzte Minimum zwischen 2008 und 2010. Nach einer Modellberechnung beeinflusst eine geringe UV-Strahlung die Wetterverhältnisse in der unteren Troposphäre über die Stratosphäre.  Dabei entstehen ähnliche Muster wie bei einer schwachen Nordatlantischen Oszillation (NAO). Die Dekadenschwankung der NAO wird hiernach bis zu 50 % durch die Variabilität der Solarstrahlung auf diesem Wege angetrieben. Der Einfluss der NAO und der Sonne würden hiernach keine sich ausschließenden Erklärungen für die Winterverhältnisse in Europa sein, sondern zusammenwirken.

Untersuchungen haben ergeben, dass eine deutliche Verbindung zwischen Kältewellen in Mitteleuropa und den Minima des Schwabe-Zyklus gibt.  Während eines Sonnenfleckenminimums  ist das Tief bei Island ist deutlich weniger ausgeprägt, d.h. der Luftdruck ist erhöht. Die Folge ist eine schwächere NAO und eine Zufluss kalter Luft von der Arktis und Skandinavien nach Mittel- und Westeuropa.

 5.5. SST (sea surface temperature)

Die Meeresoberflächentemperatur ist eine bedeutende meteorologische und klimatologische Messgröße, die sowohl für die Zirkulation als auch den Wärmeaustausch der Atmosphäre wichtig ist.
Temperaturanomalien im Nordatlantik haben starken Einfluss auf das europäische Wettergeschehen.

5.6. Golfstrom

Wie alle Meeresströmungen wird auch der Golfstrom  durch Winde, aber auch durch Veränderungen von Temperatur und Salzgehalt des Meereswassers  angetrieben (thermohaline Zirkulation).

Das vom Äquator zu den Polen strömende Warmwasser gibt seine Wärme vor allem durch Verdunstung (latente Wärme) nach und nach an die darüberliegenden Luftschichten ab. Damit einhergehend erhöht sich der Salzgehalt des Wassers stetig.  Die Dichte des Wassers nimmt so immer weiter zu bis es schliesslich weit im Norden in abwärtsgerichteten Wirbeln abzusinken beginnt (Absinkzonen). Begünstigend wirkt hier im Winter auch  die Neubildung von Meereis. Da das Eis nur wenig Salz aufnehmen kann, wird das überschüssige Salz beim Gefrieren abgepresst, wobei sich der Salzgehalt des umgebenden Meerwassers natürlich weiter zunimmt. Ausserdem kühlt das Wasser bei Kontakt mit dem Eis noch weiter an. Absinkzonen befinden sich zum Beispiel südlich von Grönland oder bei Island. Die Bildung von kaltem und salzhaltigem Tiefenwasser, welches wieder in Richtung Äquator strömt, wirkt wie eine Pumpe und verstärkt so die Meeresströmung.

Da Meeresströmungen sowohl durch Unterschiede in der Wassertemperatur als auch im Salzgehalt angetrieben werden spricht man auch von einer thermohalinen Zirkulation.

Die vom Golf- und Nordatlantikstrom erwärmte feuchte Meeresluft gelangt mit den in mittleren Breiten vorherrschenden Westwinden (und den sich in der Luftströmung ab einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit bildenden Tiefdruckwirbeln) nach Europa und sorgt dort vor allem in den Wintermonaten für ein deutlich milderes Klima als es sich ansonsten aus der geographischen Lage ergeben würde. Eine Abschwächung des Golfstroms bedeutet also automatisch eine mehr oder weniger drastische Abkühlung.

Zu einer Abschwächung der thermohalinen Zirkulation des Golf- und Nordatlantikstroms kann es dann kommen, wenn grosse Mengen Süsswasser in den Nordatlantik gelangen, vor allem auch im Bereich der Absinkzonen:

Die globale Erwärmung als Folge der Emission von Treibhausgasen verstärkt die Wasserverdunstung. Die wärmere und feuchtere Luft gelangt durch die atmosphärische Zirkulation in höhere Breiten, wo es dann häufiger und mehr Niederschläge gibt.

Auch das Abschmelzen grösserer Eismassen erhöht den Süsswassereintrag in den Nordatlantik.

Die Folgen einer deutlichen Abschwächung des Golf- und Nordatlantikstroms  wären dramatisch. Die Winter in Europa würden deutlich kälter und länger anhaltend.

5.7. ENSO (El Nino Southern Oscillation)

Dabei handelt es sich um nichtzyklische auftretende Strömungen im äquatorialen Pazifik.

Normalerweise strömt warmes Oberflächenwasser aus dem Pazifik vor Südamerika in Richtung Westen, nach Indonesien. Bei El Niño kehrt sich dieser Prozess durch eine Verschiebung der Windzonen um. Innerhalb von ca. drei Monaten strömt die Warmwasserschicht von Südostasien nach Südamerika.  Der Ostpazifik vor Südamerika erwärmt sich, während vor Australien und Indonesien die Wassertemperatur absinkt.

Von La Nina spricht man im umgekehrten Fall, wenn verstärkte Passatwinde das warme Wasser an der Oberfläche nach Südostasien transportieren; an der Küste Perus strömt kaltes Wasser aus der Tiefe nach, das bis 3 °C unter der Durchschnittstemperatur liegt.

Fernwirkungen auf Europa sind noch nicht ausreichend erforscht. In El-Nino Jahren sollen mit höherer Wahrscheinlichkeit mit einem milderen Frühwinter und kälteren Hoch-/Spätwinter korrelieren; umgekehrt bei La Nina.

5.8. QBO (quasi- biennal oscillation)

Darunter versteht man einen fast periodischen Richtungswechsel des Windes in der äquatorialen Stratosphäre. In einer Höhe von 17 bis 32 Kilometern dreht der Wind etwa alle 28 bis 29 Monate sehr schnell von West nach Ost und umgekehrt.

Wenn Westwinde bei der QBO vorherrschen, dann verstärkt sich derPolarwirbl . Die Stratosphäre über dem Nordpolargebiet wird dann sehr kalt. In der Troposphäre ist der Jetstream außerdem stärker ausgeprägt, demnach entstehen mehr Tiefdruckgebiete. Mildes Westwetter ist meist die Folge.

Bei der Ostwindphase der QBO ist das seltener der Fall. Der Polarwirbel kann sogar zusammenbrechen. Dann folgt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein kalter Winter.


5.9. Atlantische Hurrikansaison

Schwache Hurrikansaison hat meist einen milden mitteleuropäischen Winter zur Folge.


5.10. MW/SSW (Major Warming/Sudden Stratopharic Warming)

In den Wintermonaten bildet sich in der polaren Stratosphäre, bedingt durch die negative Strahlungsbilanz im Polbereich, ein markanter Polarwirbel aus, an dessen südlicher Begrenzung starke Westwinde auftreten. Die Temperaturen in der unteren Stratosphäre (in etwa 20 km Höhe) betragen im Durchschnitt unter −70 °C. Diese im Winter vorherrschende zentrische Struktur wird durchschnittlich alle zwei Jahre durch  „plötzlichn“  Temperaturanstieg stark gestört. Bei dieser starken Erwärmung (Major Warming) steigt die Temperatur der Stratosphäre im Polbereich innerhalb weniger Tage um mehr als 50 Grad an und erreicht höhere Werte als in südlicheren Breiten. Diese  plötzliche Erwärmung setzt sich in die Troposphäre fort, dadurch  entstehender hoher LD  über dem Pol führt zu einer Umkehr der AO (die  Westwinde werden von  Ostwinden abgelöst), wodurch ein Zusammenbruch des Polarwirbels erfolgt. Meist bilden sich  zwei ausgeprägten Wirbeln (Polarwirbelsplit) aus, die Zirkulatio über der nördlichen Hemisphäre meridionalisiert. Dabei bildet sich  häufig eine Verbindung des Azorenhochs mit dem entstandenen hohen Geopotential über dem Pol aus, was  eine Blockingsituationen über dem Antlantik und für Europa oftmals bessere Winterchancen bedeutet.

Obige Einflussfaktoren stehen häufig in Wechselwirkung zueinander, können sich aufheben oder verstärken. Daraus ist zu entnehmen, das Saison bzw. Langfristvorhersagen für den  Winter, und auch andere Jahreszeiten, hochkomplex sind.

 

Ergänzend gibt es auch statistische Wetterregeln, die über jahrzentelange Bobachtung entstanden sind und relativ hohe Eintrittswahrscheinlichkeit aufweisen.
Z.B. auf warmen trockenen  Oktober folgt ein kalter Jänner:

Eine neue Methode, basierend auf den OPI (Octobre Pattern Index), ist wissenschaftlich noch nicht belegt, weist aber Parallelen mit der Oktoberregel auf.  Er ist ein Maß für die Geopotentialverteileung auf der 500hPa-Fläche der NH im Oktober. Wie beim SAI wird auch beim OPI eine Beziehung zum AO-Index hergestellt:  ein negativer OPI korreliert mit einem negativen AO-Index in den Wintermonaten, ein positiver mit einem positiven.

Eine weitere Regel z. B. besagt:
Kalt bzw. Mildwinter treten selten isoliert auf.

 

Bei allen plausiblen Erklärungsversuchen der kalten Winterperioden in Europa sollte  nicht übersehen werden, dass bei den kalten Wintern der letzten Jahre es sich um ein sehr kurzfristiges Phänomen handelt, das bisher nur einige aufeinander folgende Wettererscheinungen beinhaltet, aber keinen neuen Klimazustand darstellt. Falls das Abschmelzen des arktischen Meereises, das nach allen Prognosen sich auch in Zukunft fortsetzen wird, tatsächlich eine zugrundeliegende Ursache ist, kann daraus ein neues Klimamerkmal werden. Ob das der Fall sein wird, werden die nächsten Jahrzehnte zeigen. Gegenwärtig ist jedenfalls nicht auszuschließen, dass die kalten europäischen Winter der letzten Jahre (ausgenommen 2013/14) eine Folge von rein natürlichen Schwankungen der Nordatlantischen Oszillation sind.

Gegenwärtig lassen sich die kalten europäischen Winter jedenfalls auch als eine räumlich und zeitlich begrenzte Wettererscheinung im natürlichen Schwankungsbereich unseres Klimasystems verstehen.

 

 6. Erhaltungsneigung vs. Ausgleichsverhalten
In Arbeit……….coming soon

 

7. Großwetterlagen

In Arbeit……….coming soon

von Franz Zeiler