MeteoSchweiz - Stabile Hochdruckwetterlage

Das Dezemberwetter 2007 zeigte eine markante Zweiteilung: Vom 1. bis zum 12. sorgten West- und Nordwestwetterlagen praktisch täglich für Niederschläge und für viel Schnee in den Bergen.

Bild 1: Niederschlag Tagessummen der Stationen Basel, Bern und Zürich vom 1.-25. Dezember 2007

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Ab dem 13. wirkte Hochdruckeinfluss und es stellte sich eine typische Inversionswetterlage ein. Diese vermeintlich "langweilige Wetterlage" zeigte einige interessante Phänomene, welche eine detaillierte Betrachtung verdienen.

Was ist eigentlich eine Inversion?

Während stabiler Hochdrucklagen bildet sich in den klaren Nächten aufgrund der Abstrahlung Kaltluft. Diese schwere Kaltluft fliesst einerseits in Bodennähe von den Alpentälern und vom Jura Richtung Mittelland, anderseits entsteht sie auch im Mittelland an Ort und Stelle. In den mittleren und oberen Luftschichten hingegen, sind die Luftmassen wegen der Absinkbewegung im Hoch (Subsidenz) recht mild. Somit baut sich eine Temperaturumkehr- oder eben Inversionsschicht auf. Aufgrund der tief stehenden Sonne kann der entstandene Kältesee tagsüber nicht ausgeräumt werden (es steht zu wenig Wärmeenergie zur Verfügung).

Schematische Darstellung einer Inversionslage

Bild 2: Das Mittelland als "Badewanne". Typische Temperaturverteilung während einer ausgeprägten Inversionslage. Das Mittelland ist mit Kaltluft angefüllt (vereinfachte Darstellung).

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Da kalte Luft weniger Feuchte aufnehmen kann als warme Luft, 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 auftreten (vor allem Kaltfronten), ausgeräumt werden.

Im Bild 3 ist das gemessene vertikale Feuchte- und Temperaturprofil im westlichen Mittelland vom 22. Dezember 2007, 12 UTC dargestellt. Dieses Messung wird zweimal täglich in Payerne/VD mit Hilfe einer Ballonsonde gemacht, und zeigt alle Merkmale einer klassischen Inversionslage. Die Inversion erstreckt sich von etwa 650 m/M bis 1300 m/M, die Temperatur nimmt dabei um über 11 Grad zu. Die Nebelschicht (Temperatur- und Taupunktkurve liegen übereinander) hingegen reicht nur bis etwa 800 m/M hinauf. Die typische Dicke des Nebels liegt bei einer eher tiefen Obergrenze - wie im vorliegenden Beispiel - bei 150 bis 200 Metern.

Radiosonde Payerne, 22. Dezember 2007, 12 UTC

Bild 3: Radiosonde Payerne vom 22. Dezember 2007, 12 UTC. rot: Temperaturverlauf mit der Höhe; rosa: Taupunktverlauf als Feuchtemass; Je näher die zwei Kurven zusammen sind, umso feuchter sind die Luftmassen. Weitere Erklärungen im Text.

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Messwerte aus der Umgebung zur selben Zeit:

Payerne, 490m: -3.8°C

Plaffeien, 1042m: +2.7°C

La Fretaz, 1205m: +5.3°C

Napf, 1404m: +5.0°C

Chasseral, 1599m: +2.7°C

Moleson, 1972m: 0.0°C

Wetterverlauf in der zweiten Dezemberhälfte

In einer ersten Phase (12.-16. Dezember 2007) lag der Kern des Hochdruckgebietes über Dänemark bzw. Südskandinavien, die Schweiz befand sich an der Südflanke des Hochs in einer mässigen Bisenströmung. Die Inversion war zwischen 1500 und 1800 Metern zu finden. Ab dem 17. Dezember weitete sich das Hochdruckgebiet nach Südosteuropa aus. Als Folge davon kam in der Schweiz eine leichte Südostströmung auf, und die Inversion sank sukzessive gegen 1000 Meter ab. Etwa ab dem 20. Dezember begann das Hochdruckgebiet seinen Schwerpunkt zum Balkan zu verlagern. Damit einhergehend verflachte sich die Druckverteilung über Mitteleuropa, und die Nebelobergrenze sank im Laufe des 22. Dezembers auf 700 bis 900 Meter ab. In der Folge pendelte die Obergrenze bis am 25. um die 700-Meter-Marke (siehe auch Bild 4).

Verlauf der Nebelobergrenze vom 13. bis 25. November 2007

Bild 4: Zeitlicher verlauf der Nebelobergrenze anhand der Daten der Radiosonde Payerne/VD. Die Messungen erfolgen jeweils um 12 und um 00 Uhr UTC.

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Satellitenbild im HRV-Kanal, 20. Dezember 2007, 12 UTC

Bild 5: Der Blick aus dem Weltall... . Meteosat-Bild im HRV-Kanal, Bodendruckfeld, Nebelobergrenze aus den SYNOP-Meldungen der Bergstationen, 20. Dezember 2007, 12 UTC

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Panorama vom Mutteristock, 2294 m, Wägital

Bild 6: Der Blick vom Berggipfel... . Mutteristock, 2294 m, Wägital. Blick nach Westen, Aufnahme zur selben Zeit wie im Bild 5.

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Bild 7: Kamerbild Frienisberg/BE, 710 m/M, 23. Dezember 2007, später Nachmittag. Die Animation (download) über etwas mehr als eine Stunde zeigt, dass die Nebelobergrenze alles andere als eine statische Grösse ist.

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Zunehmende Feinstaubwerte in den tiefen Lagen

Unter der Inversion liegt die Alpennordseite seit dem 13. Dezember in einer "alternden" Luftmasse. Zu Beginn sorgten die zeitweise mässige Bise und die relativ grosse Höhe der Inversion für eine gewisse Durchlüftung. Mit nachlassender Bise und der gleichzeitig absinkenden Inversion stieg die Feinstaubkonzentration etwa ab dem 19. Dezember deutlich an. An zahlreichen Mess-Stationen lag und liegt derzeit der Feinstaubgehalt deutlich über dem Tagesgrenzwert von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft.

Aktuelle Schadstoffmessungen der kantonalen Umweltämter sowie die Inversionsprognosen von MeteoSchweiz sind unter folgenden Links zu finden:

Region Basel: Schadstoffwerte
Zentralschweiz: Schadstoffwerte
Region Zürich: Schadstoffwerte
Ostschweiz: Schadstoffwerte

Bild 8: Feinstaubwerte der Station Vaduz, seit dem 19. Dezember 2007 liegen die Werte meist über dem Grenzwert vom 50 Mikrogramm pro Kubikmeter

Quelle: Ostluft

Bild 9: Feinstaubwerte der Station Chur. Vom 20. bis zum 23. Dezember 2007 erreichte mit dem Bergwind (teils auch schwacher Föhn) jeweils in der ersten Tageshälfte saubere Luft die Station.

Quelle: Ostluft

Sobald die Nebel- und Hochnebelobergrenze den Wert von etwa 1000 Metern unterschreitet (s. auch Bild 4), steigen die Feinstaubwerte meist deutlich an. Dies vor allem wegen dem kleiner werdenden Luftvolumen unterhalb der Inversion. Sinkt beispielsweise die Inversion im Mittelland von 1000 auf 700 Meter ab, so halbiert sich in etwa das Luftvolumen, auf welches sich die Schadstoffe verteilen.

Rauhreif, Oberflächenreif und Industrieschnee

Die in der Nebelschicht vorhandene überschüssige Feuchtigkeit kann auf verschiedene Arten abgebaut werden: Wenn die unterkühlten Wassertröpfchen im Nebel auf feste Gegenstände treffen (vor allem durch Windeinwirkung), gefrieren sie und bilden Rauhreif. Der Rauhreif (auch "Anraum" genannt), wächst dem Wind entgegen (s. Bild 14 bis 17) und kann bizarre Strukturen bilden.

In den Ballungsgebieten kann die im Nebel vorhandene Feuchte auch als sogenannter Industrieschnee vom Himmel fallen (s. Bild 10 bis 13). Dieses Phänomen kann in der Nähe von Industriebetrieben sowie Kehrichtverbrennungsanlagen, welche grosse Mengen vom Wasserdampf emittieren, beobachtet werden. Genauere Erklärungen zu diesem Phänomen sind im Beitrag zur stabilen Hochdrucklage an Weihnachten 2006 zu finden. Besonders eindrücklich konnte dieses Phänomen über die Weihnachtstage in Teilen der Stadt Winterthur beobachtet werden. In den östlichen Stadteilen kam es in den vergangenen Nächten immer wieder zu Schneefällen. Besonders ausgeprägt waren diese in der Umgebung der KVA in Winterthur Grüze. Wie folgende Bilder vom Weihnachtsmorgen zeigen, konnte sich im Mattenbachquartier sogar eine geschlossene Schneedecke ausbilden. Die Schneehöhe betrug in diesem Quartier bis zu 5 cm. (Fotos: Andreas Hostettler, Daniel Gerstgrasser)

Impressionen aus Winterthur Mattenbach (25.12.2007)

Bild 10 bis 13: Weisse Weihnachten im Winterthurer Mattenbachquartier

Bild 14 bis 17: Rauhreif an der Nebelgrenze

Auch oberhalb der Nebelschicht kann sich Reif ablagern: Bei klarem Himmel kühlt der Boden oder die Schneedecke durch die Ausstrahlung stark ab. Die darüberliegende Luft wird dadurch ebenfalls abgekühlt. Wird dabei der Reifpunkt unterschritten, so sublimiert der überschüssige Wasserdampf zu Eis und es kann sich Oberflächenreif bilden. Dieser ist durch federartige, flache Kristalle gekennzeichnet ("Tannenbäumchen", s. Bild 18 bis 21). In der Nähe von Bächen in Schattenlagen können diese Kristalle bei länger anhaltenden Hochdrucklagen eine Grösse von 10 cm und mehr erreichen.