Lokale Kältewellen in Zeiten der globalen Erwärmung

Im laufenden Winter konnten über Europa erstaunlich grosse Luftdruckgegensätze beobachtet werden. Zwischen hohem Luftdruck über dem Atlantik und tiefem Luftdruck von Grönland bis nach Nordwesteuropa bildete sich in der zweiten Dezemberhälfte eine kräftige Westströmung aus, welche seither mehr oder weniger standhielt. Diese scharfe Grenze trennt die kalte Polarluft von der subtropischen Warmluft und ist auch als Frontalzone bekannt. Kleine Störungen an der Frontalzone führen zu einer Vermischung und Verwirbelung der zwei unterschiedlichen Luftmassen. Dadurch wird der Prozess einer Tiefdruckbildung in Kraft gesetzt. Je ausgeprägter die Frontalzone, desto einfacher und häufiger bilden sich kleine Tiefs, die dann rasch an Stärke zulegen können und mit der starken Westströmung als Sturmtiefs auf Europa treffen. Diese stürmische Grosswetterlage bescherte Mitteleuropa im Januar 2018 gleich drei Sturmtiefs in kurzer Abfolge. Zuerst fegte das Sturmtief Burglind mit Orkanböen über die Schweiz, bevor eine Woche später Evi und Friederike erneut orkanartige Böen im Flachland auslösten, einzelne Bäume umstürzen liessen und Dächer abdeckten.

Von Ende Dezember 2017 bis Mitte Januar 2018 wurden die USA von einer eisigen Kältewelle getroffen. In der Arktis, in Europa und Asien war es gleichzeitig aber deutlich zu warm. Lokale Kältewellen sind kein Widerspruch zur globalen Erwärmung. Bildquelle: University of Maine, ClimateReanalyzer.org

 

Milder Winter

Die stürmischen Westwinde peitschen milde Meeresluft nach Mitteleuropa. Der überdurchschnittlich warme Atlantik ist verantwortlich dafür, dass die Westströmung in diesem Jahr speziell milde Luft in die Schweiz führt. Entsprechend fiel der Januar 2018 bisher rund drei Grad milder aus, verglichen mit der Referenzperiode 1981-2010. Die ersten 12 Januartage blieben in Zürich sogar komplett frostfrei. Normalerweise gibt es im Januar in Zürich in zwei von drei Nächten Frost.

Das stürmische und milde Winterwetter in diesem Jahr täuscht darüber hinweg, wie der letzte Winter war. Oder können Sie sich an den letzten Januar erinnern?

 

Eisiger Januar 2017

Vor einem Jahr herrschte in der Schweiz eisige Kälte. Mit einer Durchschnittstemperatur von -3 Grad war es in Zürich der kälteste Jänner seit 30 Jahren. Es war rund sechs Grad kälter als im diesjährigen Januar. Kältewellen, wie sie die Schweiz im letzten Januar erlebte, finden auch im aktuellen Winter statt. In diesem Jahr traf es bisher aber nicht Europa, sondern Nordamerika. Der mittlere Westen und Nordosten der USA erlebten Ende Dezember und Anfang Januar zwei eisigkalte Wochen. Es war die heftigste Kältewelle seit 36 Jahren. Europa, Asien und Nordamerika wurden in den letzten Wintern immer wieder von harten Kältewellen getroffen. In diese Kategorie fällt auch der Februar 2012, welcher in Zürich -3,5 Grad kalt ausfiel.

Sehr milde und eisigkalte Wintermonate wechseln sich in den letzten Jahren scheinbar zufällig ab. Es stellt sich die Frage, ob diese unterschiedlichen Extreme zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden können? Und wie werden sich die zukünftigen Winter im Zuge der globalen Erwärmung in Mitteleuropa präsentieren?

 

Deutlich wärmere Winter

Heftige Kältewellen und eisigkalte Wintermonate sind in den letzten Jahren auf der Nordhemisphäre und auch in Mitteleuropa scheinbar wieder häufiger aufgetreten. Nichtsdestotrotz zeigt sich in einer langjährigen Betrachtung ein eindeutiger Erwärmungstrend. Praktisch überall, in Sibirien, Mitteleuropa und den USA, sind die Winter in den letzten 50, 100 und 150 Jahren deutlich milder geworden. Seit 1864 sind die Winter in der Schweiz um ganze 2 Grad wärmer geworden. Zwischen 1880 und 1890 lag die Wintertemperatur auf einem ausgesprochen tiefen Niveau. Von 1900 bis 1980 zeigte die Wintertemperatur dann einen auffallend ruhigen Verlauf ohne langfristige Änderung. 1987/88 erfolgte in Mitteleuropa ein sprungartiger Wechsel zu einer ausgeprägten Warmwinterphase, die in den letzten 15 Jahren durch einige Kältewellen etwas gedämpft wurde. Wie auf einer Treppe, welche aufwärts beschritten wird, pendelten sich die Temperaturen seither auf eindeutig höherem Niveau als zuvor ein. Sehr tiefe Wintertemperaturen traten seit Ende des 20. Jahrhunderts nicht mehr auf. Der kälteste Winter der letzten 30 Jahren brachte 2005/06 eine Durchschnittstemperatur von -0,9 Grad. In den Jahrzehnten davor gab es mehrere Winter, die sogar kälter als -4 Grad ausfielen. Die letzten 30 Winter sind also insgesamt deutlich milder als die Winter davor. Es zeigt sich aber, dass seit 1990 keine weitere Erwärmung des Winters stattgefunden hat. Dieses Phänomen ist nicht nur in der Schweiz zu beobachten, sondern in verschiedenen Gebieten der Nordhemisphäre.

Die Winter sind in der Schweiz seit 1864/65 um rund 2 Grad wärmer geworden. Bildquelle: MeteoSchweiz

 

Geschwächter Polarwirbel

Der Grund für die Erwärmungspause der Winter sind die bereits erwähnten Kältewellen, welche verschiedene Orten auf der Nordhemisphäre immer wieder mal treffen. Kältewellen im Winter sind natürlich nichts Aussergewöhnliches und bedürfen eigentlich keiner Erklärung. Das Wetter hat seinen natürlichen Spielraum und nutzt diesen hin und wieder aus. Trotzdem gibt es eine plausible Erklärung, weshalb heftige Kältewellen im Winter trotz globaler Erwärmung häufiger zu beobachten sind.

Mehrere wissenschaftliche Arbeiten geben Hinweise darauf, dass der Rückgang des arktischen Meereises zu den Kälteausbrüchen in den USA, Europa und Asien beigetragen hat. Ein sehr wichtiger Faktor ist im Klimageschehen der sogenannte Polarwirbel, ein Westwindband, welches die Nordhemisphäre im hohen Norden umschliesst und normalerweise die kalte Luft über der Arktis von der warmen Subtropenluft trennt. So präsentiert sich der Polarwirbel aktuell auch über dem Atlantik, wie eingangs ausgeführt. Wird dieser Polarwirbel aber geschwächt, kann die kalte Luft aus der Arktis weit in den Süden entweichen, was oftmals mit einem welligen (mäandrierenden) Westwindband zusammenhängt. So zeigt sich, dass langanhaltende Schwächephasen des Polarwirbels zu den kalten Wintern im nördlichen Eurasien beigetragen haben. Solche Schwächephasen des Polarwirbels können durch eine überdurchschnittlich warme Arktis ausgelöst werden. Und genau das geschieht im Zuge der globalen Erwärmung. Die Arktis erwärmt sich vor allem im Herbst und Winter rasant. Das fehlende Meereis verhindert eine Auskühlung im Herbst, so dass die Nordpolregion bis tief in den Winter mit Wärme versorgt bleibt.

 

Die Klimaszenarien rechnen auch in Zukunft mit einer weiteren Zunahme der Wintertemperaturen auf der Nordhemisphäre. Andere Jahreszeiten, allen voran der Sommer, erwärmen sich in Mitteleuropa und der Schweiz aber deutlich schneller als der Winter. Der wohl auch zukünftig geschwächte Polarwirbel wird jedoch dafür sorgen, dass die Nordhalbkugel und der Alpenraum auch in den nächsten Jahren ab und zu von ausgeprägten Kältewellen aus der Arktis getroffen werden. Die weitere Wintererwärmung könnte sich also wiederum in Form eines nächsten Schrittes aufwärts auf der Treppe der globalen Erwärmung präsentieren, gefolgt von einzelnen kalten Wintermonaten.

Lokale Kältewellen in Zeiten der globalen Erwärmung

Kalter aber kein eisiger Januar

Mitteleuropa, die Schweiz und Zürich erlebten einen der kältesten Januarmonate seit 30 Jahren. Mit einer durchschnittlichen Temperatur von minus 3 Grad war der Januar am Zürichberg mehr als drei Grad kälter gegenüber der Referenzperiode 1981-2010.

Der Januar 2017 gehört zu den 30 kältesten seit Messbeginn 1864. Damit passt er so gar nicht ins Bild der letzten Jahre. Denn es war der erste unterkühlte Jänner seit sieben Jahren. Letztmals kälter war der erste Monat des Jahres in Zürich 1987 mit minus 4,3 und 1985 mit minus 5,4 Grad durchschnittlicher Lufttemperatur. Auch wenn wir schlotterten, der Januar 2017 ist auch in jüngerer Zeit nicht das Mass aller Dinge, wie MeteoSchweiz schreibt. Vor nur fünf Jahren brachte der Februar 2012 in Zürich mit minus 3,5 Grad noch tiefere Temperaturen.

Selbstgemachte Eistage

Zustande kam die Januarkälte 2017 durch winterliche Hochdruckgebiete. Wie schon im Dezember war auch der Januar geprägt von hohem Luftdruck. Es handelte sich aber nicht um klassische winterliche Sibirienhochs, sondern um eine mitteleuropäische Eigenproduktion. Während Sibirienhochs ganz Europa eisiges Wetter bringen, liegen bei Hochs über Mitteleuropa die nördlichen Teile Europas, vor allem die skandinavischen Länder, häufig in einer etwas milderen westlichen Strömung, Mitteleuropa dagegen bekommt Luft aus dem Osten, respektive produziert seine Kaltluft unter der Schirmherrschaft des Hochs selbst. Diese bodennahe Kaltluftproduktion hat sich schon während der winterlichen Hochs im Dezember 2016 abgezeichnet, verstärkte sich durch das Einfliessen arktischer Luftmassen im Januar aber entscheidend. So war der Dezember 2016 erst leicht unterkühlt. Ein entscheidender Unterschied war auch in der Schneedecke auszumachen. Während der Dezember aufgrund fehlender Niederschläge schneefrei über die Bühne ging, blieben die spärlichen Schneefälle von Anfang Januar in der Folge den ganzen Monat über liegen. Erst mit einer Schneedecke wird die mitteleuropäische Kältemaschine dann auch richtig effizient. So wurden im Januar 2017 in Zürich 18 Tage mit Dauerfrost, sogenannte Eistage, registriert. Also Tage, an denen die Lufttemperatur ganztags unter null Grad verharrte. Damit gehört der Januar 2017 zu den 15 eisigsten Januarmonaten seit Anfang des 20. Jahrhunderts. Letztmals mehr Dauerfrost brachte der Januar 1997 mit insgesamt 19 Eistagen.

Die längsten Kältewellen erlebte Zürich im Winter 1916/17 und 1996/97 mit 25, respektive 24 Tagen Dauerfrost ohne Unterbruch.

Kältewelle in Zahlen

Die Anzahl Eistage gibt Aufschluss über die Konstanz eines winterlichen Monats. Doch die zeitliche Abgrenzung der eigentlichen Kältewelle stimmt nicht mit dem kalendarischen Monatsanfang und -ende überein.

Genau genommen erlebte Zürich zwei aufeinanderfolgende Kältewellen. Die erste startete am 30. Dezember und dauerte knapp zwei Wochen bis zum 10. Januar. Nach einer kurzen Verschnaufpause mit Temperaturen bis 5 Grad und Westwind, brach gleich die zweite, die intensivere Kältewelle über Mitteleuropa herein. Sie dauerte vom 14.-26. Januar. Während dieser Periode herrschte anhaltender Dauerfrost. Es konnten also 13 zusammenhängende Eistage beobachtet werden. Die Anzahl zusammenhängender Eistage gibt somit Aufschluss über die Länge einer Kältewelle. Letztmals länger dauerte eine Kältewelle im Februar 2012 mit 16 Tagen Dauerfrost. Die Kältewelle im Januar 2017 gehört aber zu den 17 längsten seit 1901.

Die Intensität einer Kältewelle lässt sich mit einem weiteren Indikator ausdrücken. Mit dem Temperaturdurchschnitt über 14 aneinanderfolgende Tage.

Gemittelt über 14 Tage sank die Temperatur in Zürich während der zweiten Kältewelle im Januar 2017 auf minus 5,4 Grad. Damit war die diesjährige Kältewelle nicht wirklich aussergewöhnlich. Im langjährigen Durchschnitt seit 1901 treten Kältewellen in gleicher oder höherer Intensität sogar alle 3 bis 4 Jahre auf. Die Kältewelle im Februar 2012 erreichte mit minus 9,9 Grad einen spürbar tieferen Wert.

Die diesjährige Kältewelle im Januar 2017 war die intensivste und längste seit Februar 2012. Im langjährigen Vergleich hebt sie sich am ehesten über ihre Länge, keinesfalls jedoch über ihre Intensität von anderen ab.

Harter Winter?

Für Aufsehen sorgte vor allem das tiefe Januarmonatsmittel der Temperatur, welche durch die rasche Abfolge von zwei rund zweiwöchigen Kältewellen zustande kam, so dass der Januar 2017 praktisch durchgehend kalt aber nie richtig eisigkalt war. Zusammen mit dem schon recht kalten Dezember ist der Winter 2016/17 in Zürich bisher recht hart. Dies zeigt sich eindrücklich in der Summe aller negativen Tagesmitteltemperaturen im bisherigen Winter. Meteorologen sprechen von der Kältesumme eines Winters. Am 31. Januar liegt sie im langjährigen Durchschnitt bei minus 108. Heuer lag die Kältesumme an diesem Datum bereits bei minus 130. Zum Vergleich: Vor einem Jahr stand die Kältesumme am 31. Januar nach anhaltender Winterwärme bei rekordverdächtigen minus 17. Der Winterverlauf kann Ende Januar aber auch richtig hart sein. So lag die Kältesumme Ende Januar 1963 schon bei minus 355, 1941 zumindest bei minus 293.

Mit dem Monatswechsel in den Februar kam der Wetterumschwung. Zum ersten Mal diesen Winter konnte sich der mildernde Westwind für mehrere Tage in Folge etablieren und führte laue aber auch sehr feuchte Luftmassen nach Mitteleuropa. Nach einer zweieinhalbmonatigen Trockenperiode fiel vom 30. Januar bis zum 1. Februar in Zürich innert kurzer Zeit so viel Niederschlag wie üblicherweise im ganzen Monat zu erwarten wäre. Die Temperaturen sprangen in die Höhe. In Zürich gab es Anfang Februar knapp 10, in Genf sogar 15 Grad. So kamen schon fast leise Frühlingsgefühle auf.

Ob sich der Winter von diesem Rückschlag nochmals erholen kann, muss sich zeigen. Was sich sagen lässt, ist, dass in den letzten vier Jahrzehnten massive Kältewellen aus unserem Winterklima fast verschwunden sind.

Kalter aber kein eisiger Januar

Winterwetter 2016/17: Längere kalte Phasen und viel Schnee?

Ein Warmwinter wie im letzten Jahr ist unwahrscheinlich. Eisig kalt wird der bevorstehende Winter aber wohl auch nicht. Dafür ist der nahe Atlantik zu warm.   

Die Vorhersage der mittleren Temperaturabweichung über die kommenden drei Monate (Dezember bis Februar). In Europa werden durchschnittliche Temperaturen erwartet. Eingezeichnet sind zudem die zu erwartenden Strömungsmuster in diesem Winter. Eine schwache Westwinddrift und blockierende Hochs über dem nordöstlichen Atlantik. (Bildquelle: Met Office)
Die Vorhersage der mittleren Temperaturabweichung über die kommenden drei Monate (Dezember bis Februar). In Europa werden durchschnittliche Temperaturen erwartet. Eingezeichnet sind zudem die zu erwartenden Strömungsmuster in diesem Winter. Eine schwache Westwinddrift und blockierende Hochs über dem nordöstlichen Atlantik (Bildquelle: Met Office).

Ein Blick in die Wetterbücher zeigt, dass die Schweiz vor einem Jahr am Anfang eines ausgesprochen milden Winters stand. Alle drei Wintermonate Dezember, Januar und Februar waren deutlich wärmer als im langjährigen Durchschnitt. Langanhaltende Kältephasen blieben komplett aus. Nochmals ein Jahr früher erlebte die Schweiz einen zweigeteilten Winter. Nach einer extrem milden Winterhälfte wurde es im Januar und Februar 2015 immer kälter. Der Februar war dann richtig winterlich mit langanhaltenden Frostperioden. Der Winter 2013/14 war hingegen durchgehend übertemperiert. Vor allem Januar und Februar 2014 wurden ihrem Namen als Wintermonate nicht gerecht. Noch etwas weiter zurück finden sich erneut zwei Winter (2011/12 und 2012/13), die mild starteten und in einen eisigen Februar mündeten. Während sich kalte und warme Februare in den letzten Jahren fröhlich abwechselten und mal winterlich, mal frühlingshaft daherkamen, war die erste Winterhälfte (Dezember bis Mitte Januar) seit sechs Jahren nie mehr unterkühlt. Wie präsentiert sich nun der anstehende Winter? Stellt sich die Gretchenfrage wieder erst in der zweiten Januarhälfte oder gibt es gar einen kalten Winterstart?

Weltmeer als Frühindikator

Ausschlaggebend für das Winterwetter in Mitteleuropa sind die geografische Lage, die Wellenstruktur und die Ausprägung des Jetstreams auf der Nordhemisphäre, denn diese bestimmen die Position und Intensität der vorherrschenden Druckgebilde in und rund um Europa. Der Jetstream kann als riesiges Starkwindband oder Schlauch verstanden werden, welcher die Nordhalbkugel umkreist und die kalte Polarluft im Norden von der subtropisch warmen Luft im Süden trennt. Zwei wichtige Fragen, die sich im Vorfeld des Winters stellen, sind: Liegt der Jetstream an der gewohnten Stelle oder verläuft er weiter nördlich oder südlich? Weist der Jetstream eine starke mäandrierende Struktur vor – ist also eine starke Wellenbewegung mit Ausschlägen nach Norden und Süden (meridional) zu erwarten oder verläuft er geradlinig von Westen nach Osten (zonal)?

Um abschätzen zu können, wie und wo der Jetstream im anstehenden Winter zu liegen kommt, lohnt sich ein Blick auf die Oberflächentemperatur der Weltmeere. Da Wasser ein guter Wärmespeicher ist, reagieren die Wassertemperaturen viel träger auf Veränderungen. Starke Abweichungen in der Oberflächentemperatur der Weltmeere sind deshalb meist über Monate hinweg zu beobachten und weisen keine kurzfristigen Fluktuationen vor, wie wir es bei der Lufttemperatur kennen. Gleichzeitig beeinflussen die Weltmeere die Temperaturverteilung und die Strömungen in der Atmosphäre und somit den Jetstream. So erwärmt ein warmer Ozean die darüber liegende Atmosphäre und fördert die Bildung von Tiefdruckgebieten, kaltes Wasser kühlt diese entsprechend und begünstigt die Bildung von Hochdruckgebieten. Die Temperaturverteilung auf den Weltmeeren im Spätherbst ist deshalb ein geeigneter Frühindikator, um Witterungstrends für den anstehenden Winter abzuschätzen.

Abweichung der Oberflächentemperatur auf den Weltmeeren. (NOAA)
Abweichung der Oberflächentemperatur auf den Weltmeeren Ende November 2016 (NOAA).

Negative NAO

Den grössten Einfluss auf das Winterwetter in Mitteleuropa verübt der Nordatlantik. Im November präsentierte sich der Nordatlantik über weite Gebiete überdurchschnittlich warm, insbesondere an der Ostküste der USA und vor Neufundland. Zwischen der Südspitze Grönlands und Island zeigt sich hingegen ein grosses Gebiet mit unterdurchschnittlich temperiertem Oberflächenwasser. Rund um Europa, insbesondere auch im Nordpolarmeer, ist das Meer hingegen deutlich wärmer als sonst zu dieser Jahreszeit. Der Kälte-Wärme-Pol zwischen Island und Neufundland begünstigt die negative Phase der Nordatlantische Oszillation NAO, in der die Westwinddrift (Jetstream) weiter im Süden verläuft und dem Mittelmeerraum viel Niederschlag bringt. Mittel- und Nordeuropa erhalten weniger Warmluftzufuhr vom Atlantik und sind zwischenzeitlich stärker kontinental geprägt. Kaltluftvorstösse aus dem bereits eisigkalten Sibirien werden somit wahrscheinlicher. Vor allem in der ersten Winterhälfte wirkt diesem Zustand jedoch der überdurchschnittlich warme Atlantik rund um Europa entgegen, welcher kleinräumige Tiefdruckgebiete hervorbringt und somit immer wieder milde Meeresluft nach Mittel- und Nordeuropa transportiert wird. Die Chance auf Kaltluftvorstösse steigt folglich vor allem in der zweiten Winterhälfte.

Abweichung des mittleren Luftdrucks vom langjährigen Mittel im Winter 2016/17 gemäss Vorhersagemodell der MetOffice. Das Prognosesystem sagt eine negative NAO voraus. (MetOffice)
Abweichung des mittleren Luftdrucks vom langjährigen Mittel im Winter 2016/17 gemäss Vorhersagemodell der MetOffice. Das Prognosesystem sagt eine negative NAO voraus (MetOffice).

Positive PDO

Neben dem Atlantik muss auch auf dem Pazifik ein Augenmerk liegen. Seit Oktober sind dort die Kriterien für ein La Niña erfüllt. Ein schwaches La Niña-Muster dürfte sich über den ganzen Nordwinter hinweg halten. Die direkten Auswirkungen auf Mitteleuropa sind aber vernachlässigbar. Spannender ist die Wirkungskette über die Pazifische Dekaden-Oszillation PDO, welche die Strömung über dem Nordpazifik und den USA beschreibt und einen Einfluss auf den Atlantik und somit Europa ausüben kann. Eine starke, länger anhaltende La Niña-Phase bewirkt häufig eine negative PDO. Da La Niña aber in den nächsten Monaten nur schwach ausgeprägt sein wird und ohnehin erst in der Anfangsphase ist, befindet sich der Nordpazifik momentan noch in der positiven PDO-Phase, eine Nachwirkung des starken El Niño im vergangenen Jahr. Die positiven PDO-Phase manifestiert sich durch den gut sichtbaren Warmwassergürtel entlang der Pazifikküste von Mexiko über Kalifornien bis nach Alaska. Die Warmwasseranomalie umschliesst dabei hufeisenförmig eine ausgeprägte Kaltwasseranomalie im zentralen Nordpazifik. Das beschriebene Muster bewirkt Warmluftzufuhr vom subtropischen Pazifik in die Weststaaten der USA. Das Downstream-Development begünstigt die oben eingezeichneten Druckanomalien bis auf den Atlantik mit den entsprechenden Luftmassenströmen. Diese Konstellation erhöht also in der Fernwirkung die Wahrscheinlichkeit zeitweiliger Bildung von Hochdruckgebieten über dem Nordatlantik, welche die Westströmung blockiert und Europa Polarluft aus Nordwest bis Nord zuführen kann (fotometeo). Diese Situation bringt häufig viel Schnee am Alpennordhang. Die entscheidende Frage bei meridionalen Wetterlagen ist, wo genau sich das blockierende Hoch bildet. Denn auf der Vorderseite des Hochs wird kalte Polarluft nach Süden transportiert. Auf der Rückseite hingegen sehr milde Subtropenluft nach Norden verfrachtet.

Das Winterwetter lässt sich natürlich nicht über drei Monate hinweg prognostizieren. Tendenzen können aber früh erkannt werden. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass ein Warmwinter wie im letzten Jahr unwahrscheinlich ist. Der warme Atlantik rund um Europa verhindert jedoch einen eisigen Winter in Europa. Die abschätzbaren Trends deuten aber darauf hin, dass längere kalte Phasen (vor allem in der zweiten Winterhälfte) und Nordstaulagen mit viel Schnee am Alpennordhang (vor allem in der ersten Winterhälfte) deutlich wahrscheinlicher sind als noch vor einem Jahr.

Winterwetter 2016/17: Längere kalte Phasen und viel Schnee?

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

Kommt die Russische Kältepeitsche wirklich?

Bereits Mitte Oktober will die Boulevardpresse wissen wie der kommende Winter wird. Fachkundige Auskünfte werden dabei zu peitschenden Schlagzeilen gestutzt. 

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Verlauf der Wintertemperaturen in Zürich. Abweichung von der Referenzperiode 1981-2010. Sehr kalte Winter gibt es in jüngster Vergangenheit nicht mehr.

Der klimatologische Winter dauert vom 1. Dezember bis zum 28. Februar – hat also drei Wintermonate. In den letzten vier Jahren war mindestens einer dieser Wintermonate zu kalt. Zwischen 1981 und 2010 war der Dezember in Zürich im Schnitt 1,4 Grad. Der Januar 0,3 und der Februar 1,3 Grad. Sehr kalte Wintermonate gab es in den letzten 30 Jahren nicht mehr. Am kältesten war es seither im Januar 1985 mit -5,4 Grad im Schnitt. Doch auch im Februar 2011 war es mit durchschnittlich -3,5 Grad frostig. Der Winter 2006/2007 war hingegen der wärmste seit mindestens 150 Jahren. Im Januar und Februar war es damals im Schnitt knapp 5 Grad warm.

Was macht der Westwind?
In der Schweiz gibt es nicht jedes Jahr idyllisches Winterwetter mit Eis und Schnee. Häufig ist es auch windig und regnerisch oder hochnebelverhangen. Entscheidend dafür ist die Nordatlantische Oszillation – die Westwindzirkulation, welche verschiedene Moden annehmen kann. Bricht die Westwindzirkulation zusammen, kann kalte Luft aus Sibirien bis nach Mitteleuropa vordringen und ganz Mitteleuropa erlebt einen frostig kalten Winter. Strömt die Luft gleichzeitig über den Nordostatlantik oder die Nordsee, kommt es zu starkem Schneefall. Sobald aber die Westwinde aufleben, wird sehr milde Luft nach Mitteleuropa geführt. Anstatt Schnee fällt dann Regen.
Die letzten Winter waren eher von einer schwachen Westströmung geprägt. Immer wieder konnte in den letzten Winter beobachtet werden, dass die Nordatlantische Oszillation zusammen bricht. Die dadurch einfliessenden, sibirischen Luftmassen sorgten teilweise für wochenlange Kältewellen, wie es die Schweiz letzten Februar erlebte. Im Winter 2010/11 beispielsweise erwachte die West-Zirkulation nach einem frostigen Dezember im Januar und beendete den Flachland-Winter frühzeitig. Im letzten Winter (2011/12) schlug der Winter nach einem sehr milden Frühwinter erst im Februar, aber mit grosser Wucht zu.
Wie in den letzten Jahren ist es deshalb gut möglich, dass mindestens ein Wintermonat zu kalt ausfällt. Einzelne markante Kältewellen sind durchaus zu erwarten, da die Nordatlantische Oszillation eher schwach bleibt. Insgesamt könnte der Winter 2012/13 dann aber trotzdem zu mild ausfallen, also ähnlich wie wir das aus den letzten Jahren kennen. Das zeigen auch aktuelle Prognosen des MetOffice, welche mit eher kaltem Winterwetter rechnen, verglichen mit den letzten 30 Jahren. Das heisst aber nicht, dass Europa von Eiswintern heimgesucht wird. Mit einer Seegfrörni des Zürichsees ist also sicher nicht zu rechnen. Sehr kalte Winter gehen mit Gefriervorgängen im Süsswasser einher. Ein Mass für die Seegfrörni ist die Summe der täglichen negativen Abweichung von 0°C, welche als Kältesumme bezeichnet wird. Der Zürichsee benötigt für eine vollständige Eisbedeckung die Kältesumme von mindestens 300°C, für jene des Bodensees ist eine solche von 380°C erforderlich. Im Winter 2009/10 wurde eine Kältesumme von 200, ein Jahr später eine von nur 150 und vor einem Jahr von rund 170°C gemessen. Von einer Seegfrörni war Zürich also jedes Mal weit entfernt. In allen belegten Fällen, als der Zürichsee für Fussgänger tragbar war, sind zwei nach heutigem Massstab sehr kalte Monate vorangegangen. Bei längeren Kältewellen haben sich auch der Neuenburgersee und dann der Thunersee sowie sogar der Vierwaldstättersee vollständig mit Eis überzogen.
Die Flaute des Westwindes, also das Defizit von warmer Atlantikluft, in den letzten Wintermonaten erlaubt auch keine eindeutige Aussage über die Verhältnisse des kommenden Winters. Ziehen die Westwinde unerwartet an, gibt es folglich einen sehr milden Winter.

Der erster Schnee
Zu einem richtigen Winter gehört Schnee. Der „normale“ Termin für den ersten Schnee in Zürich ist denn auch der 22. November! Jedes dritte Jahr fällt das himmlische Weiss vor dem 12. November zum ersten Mal. Im Schnitt alle drei Jahre gibt es die ersten Flocken aber erst nach dem 2. Dezember. 2011 erleben wir also wieder ein Jahr mit spätem ersten Schnee. Über die ganze Wintersaison betrachtet, ist auf dem Zürichberg mit rund 40 Tagen mit mindestens einem Zentimeter Schnee zu rechnen. An knapp 25 Tagen gibt es im langjährigen Mittel messbare Schneefälle in der Limmatstadt.
Mit solch ausführlichen Informationen werden die Schweizer Gratistageszeitung auf Wunsch bereits Mitte Oktober beliefert. Das ganze wird dann aber höchst „journalistisch“ auf wenige Worte geschröpft. Und oben am Artikel erscheint der Titel: “Im Winter erwartet uns die russische Kältepeitsche.“

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Termin des ersten Schnees der Saison in Zürich (Zürichberg); Daten: MeteoSchweiz.

Kommt die Russische Kältepeitsche wirklich?