Hochdruckwetterlagen mit trübem Himmel sind im mitteleuropäischen Winter weitaus häufiger anzutreffen als Pulverschnee und Sonnenschein. Aber Trübsal blasen lohnt nicht, immerhin bewahrte uns eine dichte Wolkendecke in den vergangenen Nächten vor allzu starkem Frost und verringerte außerdem die Nebelhäufigkeit auf unseren Straßen. Darüber hinaus konnte man am gestrigen Mittwoch ein interessantes atmosphärisches Phänomen beobachten, dass gewöhnlich erst durch das Vorhandensein einer geschlossenen Wolkendecke sichtbar wird.

Die in den vergangenen Tagen nach Mitteleuropa eingeflossene Atlantikluft kam dank des umfangreichen Hochdruckgebietes ANKE über West- und Mitteleuropa zur Ruhe und auch in den mittleren und südlichen Teilen Deutschlands dominierte bis zum gestrigen Mittwoch Hochdruckeinfluss. Bei derartigen Wettersituationen gerät die in "Antizyklonen" stets absinkende Luftmasse in den tieferen Schichten der Troposphäre unter höheren Druck und kann sich durch Kompression adiabatisch, d.h. ohne äußere Energiezufuhr erwärmen.

Häufig zeigt sich dann vom Erdboden ausgehend mit zunehmender Höhe im vertikalen Temperaturprofil zunächst die übliche Abkühlung, bevor die Temperatur plötzlich ansteigt oder konstant bleibt. Diesen vertikalen Temperaturanstieg nennt man "Inversion" (lat. für Umkehrung), eine Temperaturkonstanz wird als "Isothermie" bezeichnet. Oberhalb von Inversionen und Isothermien geht die Temperatur mit der Höhe erneut zurück, und zwar durch die gesamte Troposphäre hindurch bis zum Erreichen der Stratosphäre.

Inversionen und Isothermien fungieren als Sperrschichten, d.h. sie verhindern den vertikalen Luftaustausch. Sollte die Absinkbewegung der Luft in Hochdruckgebieten nicht zur Bildung vertikaler Inversionen oder Isothermien reichen, so verringert sich zumindest das vertikale Temperaturgefälle innerhalb der Luftmasse. In jedem Falle erfolgt durch Absinken der Luft deren statische Stabilisierung, Stabilität bedeutet, dass ein willkürlich aufwärts bewegter Luftkörper nach Volumenvergrößerung und adiabatischer Abkühlung stets kälter als seine Umgebung ist und in die Ausgangslage zurück sackt.

Im Winter bilden oder halten sich unterhalb von Inversionen oftmals Hochnebel bzw. Schichtwolken (Stratuswolken) oder Schichthaufenwolken (Stratokumuluswolken). Wegen der geringeren Intensität der Sonnenstrahlung zu dieser Jahreszeit lösen sich Hochnebel und Wolken häufig gar nicht mehr auf und es bleibt ganztägig trübe. Andererseits dämpft eine dichte und tief liegende Wolkendecke die nächtliche Abkühlung und verhindert somit die Nebelbildung am Boden. Kein Wunder also, dass es in den Nächten zu Dienstag (05.12.) und Mittwoch (06.12.) im größten Teil Deutschlands frost- und nebelfrei blieb.

Was hat das alles nun mit den oben angedeuteten "Schwerewellen" zu tun? Dieser interessante atmosphärische Effekt setzt eine stabil geschichtete Atmosphäre voraus und wird durch eine geschlossene und tief liegende Wolkendecke erst sichtbar! Das Phänomen der Schwerewellen hat - nomen est omen - die allgegenwärtige Schwerkraft als Hauptursache, wobei der genaue Entstehungsmechanismus keineswegs trivial ist und an dieser Stelle nur grob skizziert werden kann.

Wir sprechen konkret von "internen Schwerewellen", die innerhalb von Geofluiden, also Wasser oder Luft, mit kontinuierlicher, stabiler Schichtung auftreten können. Vereinfacht gesagt, erfolgt ihre Erregung beispielsweise dadurch, dass die Luft beim Überströmen von Gebirgen im Luv zu Aufwärtsbewegungen gezwungen, also nach oben ausgelenkt wird und in der Folge Schwingungen in der Vertikalen ausführt, bei denen die Schwerkraft als Rückstellkraft wirkt. Durch Verfrachtung mit der Strömung auf die Leeseite der Gebirge werden aus diesen Schwingungen transversale Wellen, die den wohlbekannten Wasserwellen ähnlich sind.

Zur Visualisierung finden Sie unten eine Aufnahme (vom 06.12.2017, 09:05 - 12:25 UTC, http://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2017/12/07.html) des abbildenden Spektroradiometers MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), das auf dem polar umlaufenden, sonnensynchron fixierten Erdbeobachtungssatelliten "Terra" installiert ist.

Ganz Nord- und Mitteldeutschland sowie unsere Nachbarländer sind mit Stratus- und Stratokumuluswolken bedeckt, nur die höchsten Lagen von Harz (bis 1142 m NN), Erzgebirge (bis 1244 m NN) und Böhmerwald (bis 1456 m NN) ragen aus der Bewölkung heraus. Der blaue Kreis kennzeichnet Leipzig, unten links befinden sich an der Station Bergen (Krs. Celle, Niedersachsen) gewonnene und für die Luftmasse repräsentative Vertikalprofile von Temperatur und Taupunkt, oben rechts stehen zusätzliche Informationen zu den Satellitendaten.

Wegen der Verdrängung der Luft aufwärts beim Anströmen der Mittelgebirge aus westnordwestlicher Richtung werden interne Schwerewellen angeregt, die sich im wellenförmigen Muster der Bewölkung widerspiegeln. Durch adiabatische Erwärmung beim Absinken kommt es vor allem im Lee des Böhmerwaldes teilweise zu Wolkenauflösung und somit zu Aufheiterungen.

Dipl.-Met. Thomas Ruppert

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 07.12.2017

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