Kalter März war kein Zufall

Der Winter gab sich im März noch nicht geschlagen. Nachdem der Februar in Zürich fast drei Grad zu kalt war, blieb auch der dritte Monat des Jahres rund anderthalb Grad unter den Erwartungen. Was im Februar seinen Anfang nahm, setzte sich im März fort. So präsentierte sich der März mehrheitlich grau und winterlich kalt. Auch die Ursache für den zweiten zu kalten Monat in Folge ist die selbe und ist in der Stratosphäre über dem Nordpol zu finden.

Kaum Anzeichen von Frühling: kein einziges Mal stiegen die Temperaturen im März 2018 in Zürich über 15 Grad.

Märzwinter

Der März startete eisig kalt. Es war der Abschluss der für ihr spätes Auftreten recht intensiven Kältewelle, welche im letzten Februardrittel einsetzte. In den ersten zwei Nächten des Märzes sackte das Thermometer daher immer noch bis auf -9 Grad ab und auch tagsüber blieb es mit -3 bis 0 Grad sehr kalt. Die Kälte klang in den folgenden Tagen dann doch recht zügig ab und die Temperaturen lagen in der Folge bis Mitte Monat im jahreszeitüblichen Bereich. So wurden am Nachmittag Temperaturen um 10 Grad gemessen und in den Nächten Werte zwischen null und fünf Grad. Der Frühling schien langsam Einzug zu halten, doch die polare Kaltluft blieb in Lauerstellung und prompt wurde Mitteleuropa Mitte März von der zweiten Kältewelle des Winters heimgesucht. Aufgrund der fortgeschrittenen Jahreszeit war sie bedeutend weniger kalt, aber für die zweite Märzhälfte doch eindrücklich. Erst am 25. März kehrten die Temperaturen wieder in den für März normalen Bereich zurück.

Auch die zweite Kältewelle war zwar ähnlich wie die erste Ende Februar ausgeprägt, aber im langjährigen Vergleich weder sonderlich intensiv noch langanhaltend. In den letzten 30 Jahren gab es in den Jahren 1996, 2006 und 2013 intensivere März-Kältewellen. Und davor zwischen 1984 und 1987 traten März-Kältewellen sogar jedes Jahr auf. In den 20er-, 30er- und 40er-Jahren des 20. Jahrhunderts gehörten Kältewellen im März zur Tagesordnung. In fast jedem zweiten Jahr erlebte Mitteleuropa eine intensivere Kältewelle als in diesem Jahr. Mit insgesamt 13 Frostnächten geniesst der März 2018 in Zürich deshalb auch keine Sonderstellung. Noch bis in die späten 80er-Jahre wurden im März jeweils 15 Frosttage erwartet. In den letzten 30 Jahren korrigierte sich dieser Wert sprungartig nach unten. So werden heutzutage noch 9 Frosttage im März erwartet. Eistage, also Tage an denen das Thermometer ganztags unter dem Gefrierpunkt verharrt, waren im März aufgrund der bereits starken Sonneneinstrahlung schon immer recht selten. Im diesjährigen März wurden drei solche Eistage in Zürich registriert. In nur wenigen Jahren gab es in einem März mehr Eistage. Einen extremen März erlebte die Schweiz im Jahr 1971. Der März war so eisig, dass an acht Tagen Dauerfrost herrschte. Durchwegs frostig war der März im Jahr 1865. Mit einer durchschnittlichen Temperatur von -1,2 Grad ist er bis heute der kälteste März in der über 150-jährigen Zürcher Messreihe.

Das Frühjahr 2018 ist in Zürich weiterhin sehr trüb. Die Sonnenuhr zählte Ende März erst 200 Sonnenstunden. Vor einem Jahr waren es 75 Prozent mehr. Letztmals trüber startete das Jahr in Zürich im Jahr 2013.

 

Zusammenbruch des Polarwirbels

Die beiden Kältewellen und die anhaltend trübe und kalte Witterung im Februar und März sind Folgen eines speziellen Phänomens, welches sich im Laufe des diesjährigen Februars über dem Nordpol ereignete. Durch die ständige Zufuhr sehr milder und feuchter Luftmassen in Richtung Nordpol und deren vertikaler Ausdehnung ergab sich eine „plötzliche“ Stratosphärenerwärmung. Gewöhnlich dreht sich im Winter über der Arktis in einer Höhe von 30 bis 50 Kilometern ein riesiger Kaltluftwirbel, welcher in der darunter liegenden Troposphäre, unserer Wetterschicht, die milden Westwinde anfacht. Durch die Stratosphärenerwärmung zerfiel der Kaltluftwirbel, auch als Polarwirbel bekannt, in zwei kleinere Wirbel. Die Erwärmung der Stratosphäre über der Arktis war sehr kräftig. Am 4. Februar herrschte 30 Kilometer über dem Nordpol noch eine Temperatur von minus 70 Grad. Am 14. Februar wurden schon minus 30 Grad erreicht. Bricht der Polarwirbel zusammen, beginnt der Jetstream stärker zu mäandrieren. Die Westwinde erlahmen und in der Folge kann kalte Luft aus Sibirien nach Mitteleuropa vordringen. Wie nach Rezept geschah dies Ende Februar.

Die Relevanz dieses Phänomens über dem Nordpol zeigt sich auch eindrücklich in früheren Jahren. Nach dem Zusammenbruch des Polarwirbels im Januar 2013 folgten zwei intensive Kältewellen im Februar und eine weitere ausgeprägte Kaltphase im März. Der März 2013 war entsprechend noch kälter als in diesem Jahr. Der Februar 2012 war der eisigste der letzten drei Dekaden. Zuvor ereignete sich im Januar 2012 eine Stratosphärenerwärmung mit anschliessender Schwächung des Polarwirbels. Ähnliches ereignete sich im Januar 2010 und auch damals wurde Mitteleuropa im Februar und März von eisigen Kältewellen heimgesucht. Auch in den Jahren 2004 und 2006 folgten Kältewellen im März auf eine Stratosphärenerwärmung im vorhergehenden Januar.

 

Der entzweite Polarwirbel konnte sich nicht wieder regenerieren und ermöglichte so auch die zweite Kältewelle im März. Mit der immer kräftigeren Sonneneinstrahlung und dem Ende der Polarnacht über dem Nordpol neutralisiert sich der Polarwirbel jeweils Anfang April und wechselt in den Sommermodus. Die Gefahr, dass er auch das Aprilwetter 2018 beeinflusst, ist also gering.

Kalter März war kein Zufall

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

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?