Den Herbststürmen geht die Luft aus

Der Oktober 2016 war recht kühl, grau und verbreitet zu trocken. Der Oktober brachte über weite Strecken praktisch kaum Niederschläge. Erst die ergiebigen und grossflächigen Niederschläge vom 25./26. Oktober dämpften die Trockenheit etwas ab. Trotzdem war der Oktober nun bereits der dritte zu trockene Monat in Folge. Nach dem zweitägigen Niederschlagsereignis kam zum Monatsende das Hochdruckgebiet Quinn. Das erste richtige Herbsthoch der Saison. Nachdem der Oktober über weite Strecken vor allem aufgrund einer Flachdrucklage sehr ruhiges Wetter brachte, fand das ruhige Wetter unter Hochdruckeinfluss zum Monatsende seine fast nahtlose Fortsetzung. Europa liegt bereits seit Monaten in einer „Un-Wetterzone“. Was im September mit dem verlängerten Sommer noch angenehm war, präsentiert sich im Oktober mit wenig Sonne, viel Wolken- und Nebelgrau, aber nur wenig Regen bei kühlen Tagestemperaturen von 10 Grad. Doch woher kommt das ruhige Wetter und wann gab es letztmals einen richtigen Herbststurm?

Temperaturabweichung vom langjährigen Durchschnitt 1981-2010 im Oktober. Über der Arktis war es viel zu warm. Die Kontinente waren unterkühlt (Warm Arctic Cold Continents WACC).
Temperaturabweichung vom langjährigen Durchschnitt 1981-2010 im Oktober. Über der Arktis war es viel zu warm. Die Kontinente waren unterkühlt (Warm Arctic Cold Continents WACC).

Keine Herbststürme mehr?

Der Eindruck täuscht nicht. Der letzte Herbststurm in der Schweiz liegt bereits drei Jahre zurück. Letztmals Ende Oktober 2013 fegte ein Herbststurm über die Schweiz. Seither sind die Herbstmonate bei uns ruhig. Stürme gab es vornehmlich im Winter, aber nicht mehr im Herbst. Die Ursache ist in einer zunehmend in den Herbstmonaten gestörten Zirkulation der Nordhemisphäre zu suchen. Während der Nordatlantik normale bis leicht unterdurchschnittliche Temperaturen aufweist, sind die arktischen Regionen am und rund um den Nordpol aussergewöhnlich warm (Warme Arktis, kalte Kontinente). Sturmtiefs werden jedoch durch starke Temperaturgegensätze befeuert, diese fehlen nun aber in Herbstmonaten mit gestörtem Zirkulationsmuster. Grund dafür sind die geringe Eisausdehnung und die dadurch überdurchschnittlichen Wassertemperaturen in der Arktis. Starke Gegensätze gibt es hingegen zwischen der relativ warmen Arktis und den bereits stark ausgekühlten Landmassen Ostsibiriens und Nordamerikas. Entsprechend bilden sich die Herbststürme dort und seltener auf dem Nordatlantik vor den Toren Europas. Sehr viel Hoffnung auf eine nachhaltige Änderung besteht derzeit nicht. Gelegentlich verirrt sich ein schwaches Tief auf den europäischen Kontinent, danach darf wieder längere Zeit gewartet und gerätselt werden, ob und wann die Zirkulation allmählich auf Winter umstellt und kräftigere Sturmtiefs schickt wie dies in den letzten Wintern der Fall war. Bei den derzeitigen Verhältnissen im Hohen Norden sollte man sich jedoch nicht allzu viele Hoffnungen machen (meteoradar). Die hiesigen Meteorologen sind heuer weniger mit Herbststürmen als vielmehr mit kniffligen Nebelprognosen beschäftigt.

AO-Index im Oktober 1950-2016
AO-Index im Oktober 1950-2016. Die Arktische Oszillation (AO) ist ein guter Indikator für die Ausprägung des Polarwirbels. Bei positiver AO ist ein starker Polarwirbel erkennbar, der eine intakte Westwindströmung auf der Nordhemisphäre fördert. Bei negativer AO ist der Polarwirbel stark gestört, schwach ausgeprägt oder sogar aufgeteilt. Im Oktober 2016 erreichte die AO für den Monat Oktober einen neuen Negativrekord seit Messbeginn 1950. Der langjährige Trend zeigt für den Monat Oktober ebenfalls eine sinkende Tendenz. Eine Wechselwirkung mit dem Abschmelzen des Polareises ist durchaus denkbar und plausibel.
NAO-Index im Oktober 1950-2016
NAO-Index als Mass der Westwindströmung. Für den Monat Oktober ist eine sinkende Tendenz über die letzten Jahre erkennbar.

Herbstthema Nebel

Nebel, Hochnebel und Wolken unterscheiden sich physikalisch nicht voneinander. Alle bestehen aus kleinen Wassertröpfchen, welche in der Luft schweben. Nebel liegt auf der Erdoberfläche auf. Von Hochnebel wird gesprochen, wenn die Nebelschicht von der Erdoberfläche abgehoben ist. Doch warum liegt im Schweizer Mittelland im Herbst und Winter so häufig Nebel? Und wie kann die Obergrenze abgeschätzt werden?

Nebel oder Hochnebel entsteht während Hochdrucklagen in den Herbst- und Wintermonaten. Bei stabilen Hochdrucklagen entsteht jeweils in den Nächten Kaltluft. Die schwere Kaltluft fliesst einerseits in Bodennähe langsam von den Alpentälern und vom Jura in Richtung Mittelland, andererseits bildet sich diese durch Ausstrahlung in klaren Nächten im Mittelland an Ort und Stelle.

Somit entsteht eine Temperaturumkehr- oder Inversionsschicht. Aufgrund der tief stehenden Sonne kann der entstandene Kaltluftsee tagsüber nicht vollständig abgebaut werden – die Temperaturen sinken dann im Mittelland in der Regel von Tag zu Tag etwas ab.

Da kalte Luft weniger Feuchte aufnehmen kann als warme, kommt es mit der Zeit zur Kondensation und damit zur Nebelbildung. Hat sich eine ausgeprägte Inversion ausgebildet, so ist die Schichtung der unteren Atmosphäre extrem stabil. Die Inversion kann dann nur noch mit stärkeren Winden, wie sie beim Durchgang von Störungen (vor allem Kaltfronten) auftreten, ausgeräumt werden.

Für die nebelgeplagten Unterländer stellt sich dann die essentielle Frage: Wo befindet sich die Nebelobergrenze? MeteoSchweiz präsentiert hierfür eine eingängige Faustregel: In einer ersten Näherung kann man sagen, dass die Nebelobergrenze direkt von der grossräumigen Strömung abhängig ist. Befindet sich das Hoch direkt über den Alpen oder ist die Druckverteilung flach, so pendelt sich die Nebelobergrenze bei 800 bis 900 Metern ein. Kommen hingegen südwestliche Winde auf, sinkt die Obergrenze auf 500 bis 700 Meter ab. Ganz anders ist die Situation bei einer Bisenströmung (Nordostwinde). Hier gilt: je stärker die Bise, umso höher steigt das Nebelgrau. Ist im Wetterbericht von einer Bisentendenz oder einer schwachen Bise die Rede, so liegt die Obergrenze meist im Bereich von 900 bis 1200 Metern. Bei mässiger Bise muss man oft schon über 1500 Meter steigen, zusätzlich dringt der Nebel dann auch immer weiter in die Voralpen und Alpentäler vor.

Gute Nachrichten

Wie Auswertungen von MeteoSchweiz zeigen, hat die Nebelhäufigkeit in den letzten rund 30 Jahren in Zürich abgenommen. Dies gilt nicht nur für das Schweizer Mittelland sondern auch für die meisten anderen Regionen in Europa. In der jüngeren Zeitspanne von 1996-2015 wurden in Zürich während den Herbstmonaten September bis November durchschnittlich 24 Tage mit Nebel verzeichnet. In den zwei Jahrzehnten davor 1971-1990 waren es noch durchschnittlich 30 Tage. Eine Linderung in der Nebelbelastung ist hier durchaus zu erkennen. Wenn der Herbst schon immer ruhigeres Wetter bringt, ist es zumindest weniger grau als noch früher.

Weiterführende Links:

Washington Post

MeteoSchweiz

meteoradar

Fotometeo

 

Den Herbststürmen geht die Luft aus

Eine Luftdruckschaukel bestimmt unser Winterwetter

wintertemp_abw_NAO

Die Säulen zeigen die Abweichung der Wintertemperaturen (Dezember-März) in Zürich gegenüber der Referenzperiode 1961-1990. In rot sind jeweils die Winter eingefärbt, welche durch eine positive NAO und AO geprägt wurden. In blau Winter mit einer negativen NAO und AO. Graue Säulen zeigen Winter ohne vorherrschende Oszillationen.

Europa erlebt dank konstanter Westströmung einen typischen Mildwinter. In den 90er-Jahren sorgte eine Reihe solcher Winter für eine spürbare Erwärmung der Wintermonate.

Sturm- und Orkantiefs fegen über Grossbritannien und Irland, der Alpensüdhang versinkt im Schnee, Italien wird überschwemmt und in Mitteleuropa herrscht ruhiges und viel zu mildes Winterwetter. Das sind keine zufälligen Wetterkapriolen, sondern es ist das bekannte Muster eines europäischen Warmwinters, wie er vor sechs Jahren das letzte Mal vorkam. Ob ein Winter in Europa kalt oder warm ausfällt, darüber entscheidet die so genannte Nordatlantische Oszillation (NAO), eine Luftdruckschaukel über dem Atlantik.

Wintermacherin NAO

Sitzt auf der einen Seite der Schaukel, bei Island, ein starkes Tief und auf der anderen Seite, über der Inselgruppe vor Portugal, ein schweres Azorenhoch, sprechen Klimatologen von einer positiven Phase der Oszillation. Diese Konstellation erzeugt kräftige Westwinde, in Mitteleuropa sorgt die herangewehte Meeresluft für milde Winter. Je nach Lage der beiden Druckgebilde über dem Atlantik kommt die Strömung etwas mehr aus dem Süden, wie in diesem Jahr, so dass die Temperaturen besonders hoch liegen und die Alpennordseite im Schutz des Alpenkamms kaum mit Regen oder Schnee beliefert wird. Ganz anders sieht es dann am Alpensüdhang aus. Kleinräumige Tiefdruckgebiete über dem Golf von Genua sorgen für Extremniederschläge in Italien, über dem Balkan und auf der Alpensüdseite der Schweiz und Österreich. Die Schneehöhe liegt südlich der Alpen mit bis zu 4 Meter, oder 170 % des langjährigen Mittels, teilweise auf Rekordniveau.

Im umgekehrten Fall, der negativen Phase der NAO, schwächeln die Druckgebilde über dem Atlantik und ein mächtiges Kältehoch über Russland hat einfaches Spiel mit anhaltenden Winden aus Norden und Osten das winterliche Europa nördlich der Alpen in eine Gefriertruhe zu verwandeln. Solche Verhältnisse sind in Europa in diesem Winter nicht einmal in den kühnsten Träumen vorstellbar. Ganz anders auf der anderen Seite des Atlantiks. Dort sorgen wiederholte Kaltluftausbrüche aus dem hohen Norden für stark unterkühlte Wintertemperaturen. Es spielen sich ähnliche Szenen ab, wie in den letzten Jahren, vor allem jeweils im Februar, in Europa. Immer wieder brechen arktische Kaltluftmassen aus ihrem Reservoir, dem Polarwirbel, aus und fluten die angrenzenden Landmassen. Das Paradoxe dabei ist, dass genau diese Kaltluftausstösse mitunter verantwortlich sind für die positive Phase der NAO und somit für den Warm- und Kapriolen-Winter in Europa. Denn die Kaltluftausbrüche in den USA, die sich nachfolgend auch über den Atlantik ergiessen, fachen die Tiefdrucktätigkeit zwischen Island und den Britischen Inseln an, so dass mit westlicher Strömung milde Luft nach Europa gelangt.

Kalte USA – warmes Europa

Der Winter in Europa ist aber keinesfalls nur dann zu mild, wenn es in den USA zu kalt ist. Es gibt auch Grosswetterkonstellationen, bei denen Europa und Nordamerika gleichzeitig mildes oder im umgekehrten Fall kaltes Winterwetter bekommen. Diese Grosswetterlagen werden durch den Polarwirbel bestimmt und mit der arktischen Oszillation (AO) beschrieben. Sie kann als grosse Schwester der NAO angesehen werden und funktioniert sehr ähnlich.  Die atmosphärischen Druckverhältnisse über der Arktischen Region oszillieren zwischen zwei grundverschiedenen Mustern. In der positiven Phase der AO herrscht über der Arktis tieferer Luftdruck und über den angrenzenden Regionen höherer Druck als üblich. Bei dieser Konstellation bleiben die kalten Luftmassen in der Polarregion, im Polarwirbel, eingeschlossen, so dass Europa und die USA milde Winter erleben. Bei der umgekehrten, der negativen Phase der Oszillation, ist der Luftdruck über der Arktis höher und in der Umgebung tiefer als üblich, dies fördert Kaltluftausbrüche nach Süden in die niedrigeren Breiten (Europa und USA). Der Polarwirbel kann aufbrechen, so dass es in der Folge jeweils in den USA wie auch in Europa eisigkalt wird.

Nächster Winter wieder kalt?

Der mitteleuropäische Winter und somit auch der Winter in Zürich wird massgeblich durch die Luftdruckschaukel über dem Atlantik (NAO) und dem Zustand des Polarwirbels (AO) beeinflusst. Bei positiver (negativer) Oszillation beider Muster erwarten Klimatologen mildes (kaltes) Winterwetter in Europa. Dies widerspiegelt sich auch in den Beobachtungen der Zürcher Wintertemperaturen seit 1951 (siehe Grafik). Keine andere Jahreszeit in Europa wird in ähnlichem Stil durch eine Oszillation so grundlegend gesteuert wie der Winter durch die NAO und AO. Die Winter-Oszillationen schwanken aber nicht nur kurzzeitig, sondern weisen auch so etwas wie ein Langzeit-Gedächtnis auf. Diese dekadische Schwankung kann die Winter über eine ganze Menschengeneration prägen. Zwischen 1951 bis 1971 gab es eine Phase mit sehr kalten Wintern mit 1963 als Höhepunkt. Alle ausgelöst durch eine negative Phase der NAO und AO (blau). Ab 1988 folgte eine Phase sehr warmer Winter, unterstützt durch eine positive Phase der NAO und AO (rot). Seit dem Jahrtausendwechsel treten wieder vermehrt negative Oszillationen auf, welche im Jahrzehnt zuvor praktisch ganz fehlten. Trotzdem gab es auch unter Einfluss der negativen Phase der NAO und AO milde Winter, wenn auch nicht ganz so mild, wie bei einer positiven Oszillation. Dass Winter mit einer negativen NAO und AO nicht mehr so kalt sind wie vor 50 Jahren dürfte der globalen Erwärmung zuzuschreiben sein, welche das Temperaturniveau allgemein anhob. Der starke Temperaturanstieg der Winter zwischen 1950 und 2000 dürfte aber zu einem beachtlichen Teil durch den natürlichen Phasenwechsel der NAO und AO ausgelöst worden sein. Die letzten Jahre haben gezeigt, dass eine stark negative Phase der NAO und AO durchaus auch in einem wärmeren Klima kalte Winter in Europa oder den USA bringen kann. Was das für die kommenden Winter bedeutet, ist ungewiss. Kalt wie im Eiswinter 1963 wird es so schnell aber wohl nicht mehr.

Auch wenn der Winter im Flachland nicht das ist, was viele von ihm erhoffen, kommt das Schweizer Flachland derzeit im Vergleich zu unseren Nachbarn im Süden und auf den Britischen Inseln punkto Wetterextreme glimpflich davon.

Eine Luftdruckschaukel bestimmt unser Winterwetter

Folgt auf den schneereichen Dezember ein milder Hochwinter?

Der Winter kam mit den ergiebigen Schneefällen Ende Oktober sehr früh ins Land. Im darauffolgenden November war die kalte Jahreszeit aber kaum noch zu spüren. Die erste Dezemberhälfte brachte darauf mit Kälte und sehr viel Schnee ein richtiges Wintermärchen. War dies nur der Beginn eines langen, strengen Winters oder ist damit der Höhepunkt bereits erreicht? 

neuschneesummen_vergleich

Summierte Neuschneesummen der letzten Jahre in Zürich-Witikon 608 m.ü.NN. So viel Schnee bis Mitte Dezember gab es in den letzten 6 Jahren nie!

Deutlich früher als in anderen Jahren erfasste mit einer kräftigen Nordlage bereits am 27. Oktober 2012 polare Luft die Alpennordseite und löste dank Feuchtezufuhr aus dem Mittelmeerraum ergiebige Schneefälle aus, welche sogar über das Flachland eine 20 bis 30 Zentimeter dicke Schneedecke legten. So rasch wie der Winter Ende Oktober kam, so schnell wurde er auch wieder aus dem Alpenraum verbannt, denn was danach kam, war erneut sehr mildes Novemberwetter. Nur wenige Tage später schossen die Temperaturen mit Südföhn in den Alpentälern wieder auf 21,5 Grad. Die Nullgradgrenze befand sich teils wieder bei 3000 Meter über Meer, wie MeteoSchweiz mitteilte. Um die Monatsmitte stellte sich die sehnlichst erwartete herbstliche Hochdrucklage ein mit Nebel im Flachland und milden und sonnigen Verhältnissen in den Bergen. Sogar auf dem Jungfraujoch, 3580 Meter über Meeresniveau, kletterte das Thermometer auf plus 3,2 Grad. Die Novembertemperaturen bewegten sich in den Berglagen 2 bis 3 Grad über der Norm der Jahre 1961 bis 1990. In der übrigen Schweiz war der Wärmeüberschuss mit 1,5 bis 2,5 Grad etwas kleiner. Somit gehört der November 2012 schweizweit zu den 10 wärmsten seit Messbeginn im Jahre 1864. Auf dem Zürichberg wurden anders als vor einem Jahr, als im November überhaupt kein Niederschlag fiel, leicht überdurchschnittliche Niederschlagsmengen beobachtet. Zumindest zeigte sich die Sonne 64 Stunden in der Limmatstadt, was einem Plus von 10 Prozent entspricht.

Warmer Herbst
Der milde November lieferte dann auch den grössten Beitrag zum herbstlichen Temperaturüberschuss. Nachdem der September und Oktober nur marginal übertemperiert waren, resultierte am Ende des Herbsts doch ein Wärmeüberschuss von rund einem Grad in Zürich und bis 2,4 Grad in hohen Lagen. Praktisch in der gesamten Schweiz war der Herbst 2012 ausserdem zu nass. In Basel wurde beinahe die doppelte Niederschlagsmenge registriert. Im Flachland führte der zähe Nebel zudem auch zu einem kleinen Sonnenscheindefizit. Eine Ausnahme machte dieses Jahr Zürich, wo die Sonne sogar einige Überstunden machte. Wie jedes Jahr gehört auch die Blattverfärbung und der Blattfall zum Herbst. Generell fand die Verfärbung heuer mehrheitlich im normalen Zeitraum statt, wie MeteoSchweiz schreibt. Allerdings war die Streubreite sehr gross, so dass sich die Blätter in einigen Regionen sehr früh und an anderen Orten ausserordentlich spät verfärbten. Im Flachland verschiebt sich die Blattverfärbung tendenziell nach hinten. Auch der Blattfall rückt vor allem in höheren Lagen oberhalb von 1000 Meter nach hinten, so dass sich die Vegetationsperiode verlängert. Der grösste Effekt hat dabei aber die deutlich frühere Blütezeit im Frühling, welche in den letzten Jahre beobachtet werden konnte.

Massen von Schnee
Die ergiebigen Schneefälle und die Fröste in der ersten Dezemberhälfte haben auch die letzten Blätter von den Bäumen geholt und die Pflanzen in den Winterschlaf geschickt. Der erneute und definitive Wintereinbruch Anfang Dezember war sehr eindrücklich. Bis Mitte Dezember gab es auf dem Zürichberg an mindestens 10 Tagen Neuschnee und bereits am 10. Dezember summierten sich die Neuschneemengen auf einen Meter! Da die Schneedecke immer wieder komprimiert wurde und teilweise wegschmolz, lag die maximale Schneehöhe „nur“ bei 30 Zentimeter. Das bereits vor Dezembermitte (aufsummiert) einen Meter Neuschnee auf dem Zürichberg fällt, ist doch eher aussergewöhnlich. Im letzten Winter fielen über den ganzen Winter betrachtet nur gerade 60, noch ein Jahr früher 95 Zentimeter. Im Winter 2008/09 wurde die 1-Meter-Neuschnee-Marke erst im Februar, 2009/10 sogar erst im März überschritten. Über den gesamten Winter betrachtet war die Saison 2008/09 mit einer Neuschneesumme von 1 Meter 90 die schneereichste der letzten Jahre. Der diesjährige Winter könnte dieser Marke sehr nahe kommen, oder war die schneereiche erste Dezemberhälfte bereit der Höhepunkt des Winters?

Anfang oder Ende?
Wie bereits im letztjährigen Winter wurde die winterliche Kältewelle mit Schnee auch diesen Dezember von einem Aufspalten des polaren Wirbels (Vortex) über der Arktis ausgelöst. Forscherkreise diskutieren, ob das gehäufte Auftreten dieses Phänomens in den letzten Jahren mit der rasanten sommerlichen Eisschmelze am Nordpol zusammenhängt, welche im Frühwinter grosse Energieflüsse in die Atmosphäre über der Arktis verursachen und so diesen Wirbel stören. Fakt ist, dass die Winter der letzten Jahre (vier der letzten acht Winter waren leicht zu kalt) dem starken Erwärmungstrend etwas trotzen. Kalte Wintermonate können in jüngster Zeit zudem immer mit einer Störung dieses Arktischen Wirbels in Zusammenhang gebracht werden. Der arktische Wirbel bestimmt deshalb, ob nun auch der restliche Winter kalt sein und weitere Schneefälle bringen wird. Bereits letzte Woche setzte mit lebhaftem Südwestwetter Tauwetter ein und die Temperaturen stiegen in den Alpentäler bis 10 Grad, ein Zeichen dafür, dass sich die Strömung rund um den Nordpol erholt hat. Falls sie erneut zusammenbricht, schwappt die nächste Kältewelle in die Schweiz. Bleibt sie hingegen stabil, liegt der Höhepunkt des Winters bereits in der Vergangenheit.

Folgt auf den schneereichen Dezember ein milder Hochwinter?