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AZORENHOCH UND ISLANDTIEF – GROSSWETTERLAGEN

Auch wenn es sich manchmal so anfühlt – über uns und um uns herum ist nicht Nichts. Zunächst mal ist Luft ein Gemisch verschiedener Gase. Den größten Anteil haben die Gase Stickstoff (78 %), Sauerstoff (21 %) und Argon (0,9 %). Kohlenstoffdioxid (CO₂) hat zwar mit einem Anteil von weniger als 0,04 % nur einen ganz geringen Anteil an der Atmosphäre, spielt aber dennoch beim Klimawandel eine große Rolle. Denn CO₂ gehört zu den Bestandteilen der Atmosphäre, die die Wärmestrahlungen der Erde reflektieren. Gäbe es kein CO₂ und keine anderen Treibhausgase in der Atmosphäre, könnte die Wärme ungehindert ins All entweichen und die Durchschnittstemperatur auf der Erde läge schätzungsweise bei durchschnittlich – 18 °C. Mit CO₂ und anderen Treibhausgasen liegen die Temperaturen derzeit dagegen bei rund + 15 °C. Nimmt der Anteil von CO₂ weiter zu, wird die Oberflächentemperatur weiter steigen.

Luft hat auch ein Gewicht, und zwar ein ganz ordentliches: Die gesamte Atmosphäre wiegt 5 Billiarden Tonnen. Das entspricht einem Bleiwürfel mit einer Kantenlänge von fast 77 Kilometern. Die Luft über uns ist also tatsächlich richtig schwer. Auf Meereshöhe beträgt der mittlere Luftdruck etwa 1.013 Hektopascal. Das entspricht etwa dem Gewicht von 10 Tonnen pro Quadratmeter oder zwei ausgewachsenen Elefanten oder dem Druck in 10 Metern Wassertiefe. Dass man das nicht spürt, liegt daran, dass der Druck eines Gases in alle Richtungen gleich stark wirkt. Der Luftdruck wirkt sich auf unsere gesamte Körperoberfläche aus, und die Zellen halten von innen dagegen.

Welche Kraft und welches Gewicht Luft hat, merkt man, wenn sie in Bewegung gerät. Der Luftdruck auf der Erde ist nicht überall gleich. Das liegt an der unterschiedlich starken Sonneneinstrahlung – die am Äquator bekanntlich deutlich höher ist als an den Polen. Dieser Unterschied führt zu einem Temperatur- und damit auch zu einem Druckunterschied. Denn Luft dehnt sich beim Erwärmen aus, wird dadurch leichter und steigt auf. Am Boden entsteht dadurch ein Gebiet mit niedrigem Druck, ein Tiefdruckgebiet. Im Gegensatz dazu zieht sich kalte Luft zusammen, wird schwerer und sinkt ab. So entsteht am Boden ein Gebiet mit hohem Druck, ein Hochdruckgebiet. Mit zunehmender Höhe verliert die Luft immer mehr an Dichte (und auch an Sauerstoff). Deswegen sagt man, dass auf den Bergen die Luft »dünner« werde.

Die Unterschiede zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten kann man sich wie die Höhenunterschiede eines Gebirges vorstellen. Ein Hochdruckgebiet ist ein Berg, ein Tiefdruckgebiet ein Tal. Die Natur versucht Unterschiede auszugleichen, und das gilt auch beim Druck. Dementsprechend fließt die Luft vom Berg zum Tal, also vom Hoch zum Tief. Das kann man sich wie Wasser vorstellen, das vom Berg ins Tal fließt. Die Luft gerät so in Bewegung – das ist der Wind (siehe Seite 77 ff.).

Linien gleichen Luftdrucks nennt man übrigens Isobaren (vom Altgriechischen »isos« für gleich und »baros« für Druck). Sieht man auf einer Wetterkarte also rund um ein Hoch- oder ein Tiefdruckgebiet Linien, begrenzen diese den Bereich gleichen Luftdrucks. Je größer der Druckunterschied auf kleinem Raum ist, desto stärker ist der Ausgleich. Im Vergleich mit dem Wasser fließt das Wasser einen steilen Berg schneller ins Tal hinab als einen flachen. Je näher die Isobaren zusammen liegen, also je größer der Luftdruckunterschied auf kleinem Raum ist, desto stärker ist der Wind. Sturm erkennt man auf einer Wetterkarte daran, dass die Isobaren ganz nah beieinander sind. Ein gewöhnliches Hochdruckgebiet hat einen Kerndruck von etwa 1.020 Hektopascal (hPa), ein Tiefdruckgebiet etwa 980 hPa, und ein schwerer Hurrikan hat einen Kerndruck von rund 920 hPa. Den niedrigsten Kerndruck, der jemals gemessen wurde, erreichte Hurrikan Wilma mit 882 hPa.

Hochdruckgebiete drehen sich auf der Nordhalbkugel immer im Uhrzeigersinn, Tiefdruckgebiete gegen den Uhrzeigersinn (auf der Südhalbkugel ist es genau andersherum). Deswegen bringen Hochs, die in Mitteleuropa meist aus Westen kommen, bei ihrer Annäherung oft kühle und trockene Luft vom Nordkap nach Deutschland und Tiefs, die ebenfalls von Westen kommen, auf ihrer Vorderseite feuchtmilde Luft vom Mittelmeer. Auf der Rückseite ist es genau andersherum.

Druckgebiete drehen sich, weil sich die Erde dreht. Sie dreht sich nach Osten, und zwar in rund 24 Stunden (genau genommen sind es 23 Stunden und 56 Minuten) exakt um 360 Grad, also einmal um ihre eigene Achse. Da die Erde am Äquator breiter ist als an den Polen, legt ein Ort am Äquator in derselben Zeit eine größere Wegstrecke zurück als ein Ort in der Arktis. Die Erde dreht sich dort also quasi schneller. Ein Gegenstand auf dem Äquator bewegt sich etwa 300 km/h schneller als ein Gegenstand auf 40 Grad nördlicher Breite. Verlässt nun ein »Paket Luft« den Bereich, in dem es länger ruhte, nimmt es seine Geschwindigkeit mit. Zieht es nach Norden, ist es schneller als die Erde darunter und wird dadurch nach Osten abgelenkt. Zieht es nach Süden, ist es langsamer und wird nach Westen abgelenkt.

Seit 1953 bekommen atlantische Tropenstürme in den USA Namen. Es hatte sich herausgestellt, dass die Benutzung von kurzen, einfach Namen zu weniger Kommunikationsfehlern führte als die Längen- und Breitengrade, mit denen bis dahin Hurrikans beschrieben wurden. Zunächst erstellte das Nationale Hurrikan Center Namenslisten, später übernahm das ein internationales Komitee der World Meteorological Organization (WMO). Die Listen werden alle sechs Jahre wieder verwendet. Die Namen von schweren Stürmen, die einen besonders hohen Schaden angerichtet haben, werden allerdings gestrichen. Zunächst wurden zur Bezeichnung der Hurrikans nur Frauennamen benutzt. Seit 1979 werden Frauen- und Männernamen abwechselnd eingesetzt.

Dr. Karla Wege, Meteorologin beim Deutschen Wetterdienst und später Wettermoderatorin beim ZDF, regte im Jahr 1954 an der Freien Universität Berlin an, auch in Deutschland Druckgebiete zu benennen. Zunächst vergab das Meteorologische Institut die Namen noch selbst. Tiefdruckgebiete trugen dabei immer weibliche Namen, Hochdruckgebiete immer männliche Namen. Mit jedem neuen Jahr wird zur Benennung vorn im Alphabet begonnen. Das erste Hoch oder das erste Tiefs eines jeden Jahres beginnt also immer mit einem A, das nächste beginnt mit einem B und so weiter. Nach einer öffentlichen Diskussion über die Benennung der Tiefdruckgebiete entschied sich die Freie Universität Berlin 1998, das Geschlecht der Namen von Druckgebieten jährlich zu wechseln. Seither tragen in geraden Jahren Hochdruckgebiete männliche, und Tiefdruckgebiete weibliche Namen – in ungeraden Jahren ist es andersherum. 2002 starteten die meteorologischen Studenten der FU Berlin die »Aktion Wetterpate«. Nun kann man Pate für ein Hoch oder ein Tief werden. Mit dem Geld wird die studentische Wetterbeobachtung weitergeführt. Die Freie Universität Berlin verfügt über eine der längsten Messreihen weltweit.

Diese Kraft, die die Luftmassen ablenkt, heißt Corioliskraft. 1775 wurde sie das erste Mal von Pierre-Simon Laplace (1749–1827) korrekt hergeleitet. Allerdings erwähnte sie erst 1835 Gaspard Gustave de Coriolis (1792–1843) ausdrücklich in einer Publikation und wurde so zum Namensgeber.

Der Wirbel in einer Badewanne ist völlig unabhängig von der Corioliskraft. Dazu ist die Kraft zu schwach und der Wirbel in einer Badewanne zu klein und kurzlebig. In einer Badewanne wirken vor allem die Reibungskräfte, die zum Badewannenrand hin zunehmen. Neben der Form der Badewanne ist es für die Richtung des Wirbels entscheidend, wie man sich im Wasser bewegt.

Das »Azorenhoch« ist vermutlich eines der berühmtesten Druckgebiete in Deutschland. Es bestimmt häufig das Wetter in Mitteleuropa und kommt deswegen oft im Wetter der Tagesschau vor. Seinen Namen hat das »Azorenhoch« von der gleichnamigen kleinen Inselgruppe im Atlantik, die zu Portugal gehört. Die Azoren, die knapp 1.400 km vom europäischen Festland entfernt liegen, umfassen neun größere und mehrere kleinere Inseln. Auch wenn sie den größten Teil des Jahres unter einem Hochdruckgebiet liegen, herrscht auf den Azoren nicht immer Sonnenschein. Das Klima dort ist ozeanisch-subtropisch ausgeglichen. Es gibt milde Winter, nicht ganz so heiße Sommer und aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit, die durch die Insellage bedingt ist, immer wieder Wolken. Diese bringen zwar nicht immer Regen, in der Summe fällt auf den Azoren aber deutlich mehr Regen als in den meisten deutschen Städten. Mit durchschnittlich 970 Litern Regen pro Jahr fällt dort fast doppelt so viel wie in Berlin (494 Liter pro Jahr).

Es ist ein böses Gerücht, dass es in Hamburg viel regnet. Durchschnittlich fällt in Hamburg an 133 Tagen im Jahr Regen oder Schnee. Das ist zwar mehr als beispielsweise in München, wo es durchschnittlich »nur« an 126 Tagen regnet, dafür ist die Regenmenge in München aber deutlich höher. Während in München insgesamt 811 Liter Regen pro Jahr auf den Quadratmeter fallen, kommen in Hamburg nur 770 Liter zusammen. Die statistisch regenreichsten Orte Deutschlands liegen übrigens am Alpenrand und in den Hochlagen der Mittelgebirge mit durchschnittlich über 1.000 Litern pro Jahr. Die regenärmsten Orte liegen im Regenschatten des Harzes (zwischen Magdeburg, Leipzig und Erfurt) mit nur 500 Litern pro Jahr. Durchschnittlich fallen in Deutschland 746 Liter an 121 Tagen.

Der Gegenspieler zum »Azorenhoch« ist das »Islandtief« – das mindestens ebenso häufig in der Tagesschau genannt wird. Seinen Namen hat es von der Insel Island im Nordatlantik. Dort entstehen die meisten Tiefs, die vor allem das Wetter im Norden und Westen Deutschlands prägen. Im Gegensatz zu den Hochs, die oft über Tage an einer Stelle verharren, bewegen sich Tiefs recht schnell mit der Höhenströmung und ziehen an Deutschland vorbei nach Osten – was auch für die Islandtiefs gilt. Grund für die Bildung der Islandtiefs ist das Aufeinandertreffen von polarer Kaltluft aus Neufundland oder Grönland und warmen Strömungen durch den Golfstrom. Die Warmluft des Golfstroms gleitet auf die polare Kaltluft auf, verwirbelt sich und bildet so ein Tief.

Die Grenze, an der sich die Warmluft auf die Kaltluft schiebt, nennt man Warmfront. Warmfronten bilden sich natürlich nicht nur auf dem Atlantik, sondern durchaus auch über Deutschland. Das Wetter ist vor dem Aufzug einer Warmfront häufig teilweise freundlich – also viel Sonne mit wenigen Wolken. Mit der Warmfront gibt es dann länger anhaltenden Regen. Denn wenn sich die Warmluft auf die Kaltluft schiebt, kühlt sie dabei ab und vermischt sich im Grenzbereich mit der kalten Luft. Beides sorgt dafür, dass sich länger anhaltender Regen bildet.

Anders sieht es bei einer Kaltfront aus: Bringt ein Tief kühlere Luft und trifft diese auf wärmere Luft, spricht man von einer Kaltfront. Dabei schiebt sich die kalte Luft, die wegen ihrer höheren Dichte schneller ist, unter die warme Luft und hebt diese an. In diesem Fall bilden sich mitunter sehr kräftige Schauer und Gewitter, die oft unwetterartig sein können. Der Temperatursturz infolge einer Kaltfront kann durchaus schon mal 10 bis 15 °C betragen.

LOSTAGE – BESTIMMTE TAGE – BESTIMMTES WETTER?

Zwar weiß man heute, dass die Bewegung der Atmosphäre, und damit verbunden das Wetter, keinem festen Plan folgt, dennoch werden – nach den Erfahrungen aus den vergangenen Jahrhunderten – bestimmten Tagen die Eigenschaft zugeschrieben, Auskunft über das zukünftige Wetter geben zu können. Ein klassisches Beispiel dafür ist der Siebenschläfer am 27. Juni. Sollte es an diesem Tag regnen, dann – so sagen es die zahlreichen Regeln – regnet es die nächsten sieben Wochen.

Es ist es zwar richtig, dass bestimmte Wetterlagen für bestimmte Jahreszeiten typisch sind, aber an einem bestimmten Tag lässt sich das nicht festmachen. Prinzipiell nicht, und schon gar nicht an den Tagen, denen es zugeschrieben wurde. Denn durch die Kalenderreform 1582, also die Umstellung vom julianischen auf den gregorianischen Kalender, müssten die Lostage heute alle zehn Tage später liegen.

Viele Jahrhunderte lang galt in Europa der julianische Kalender. Er wurde in Ägypten entwickelt, von Julius Cäsar im Jahr 45 v. Chr. im Römischen Reich eingeführt und später zu seinen Ehren nach ihm benannt. Ein Jahr war 365,25 Tage lang und damit etwa elf Minuten länger als ein Sonnenjahr. Nach drei Jahren mit 365 Tagen, folgte – so wie heute – ein »Schaltjahr« mit 366 Tagen. Der zusätzliche Tag war schon damals der 29. Februar.

Im 16. Jahrhundert hinkte der Kalender – durch die jährlichen elf Minuten mehr – dem Lauf der Sonne um zehn Tage hinterher. Papst Gregor XIII. verordnete deswegen 1582 mit der päpstlichen Bulle »Inter gravissimas«, zehn Tage im Kalender zu streichen. 1582 folgte deshalb auf den 4. der 15. Oktober. Um zukünftig eine Verschiebung zu vermeiden, entschied der Papst, dass es nur bei jedem 4. Jahrhundertwechsel einen zusätzlichen Tag geben sollte. So waren die Jahre 1700, 1800 und 1900 keine Schaltjahre – 2000 aber schon.

Der »gregorianische Kalender« gilt in Deutschland bis heute und ist weltweit einer der meistgebrauchten Kalender.

SIEBENSCHLÄFER

Bestimmte Wetterlagen kommen zu bestimmten Zeiten immer wieder. Schlechtwetterlagen sind zum Beispiel – wie im Falle des Siebenschläfers – Ende Juni oft sehr stabil. Das hat mit dem Jetstream zu tun, einem Starkwindband im Bereich zwischen oberer Troposphäre und Stratosphäre.

Verläuft der Jetstream relativ weit südlich, gibt es einen relativ hohen Luftdruckunterschied zwischen dem Islandtief im Norden und dem Azorenhoch im Süden. Das führt dazu, dass über einen längeren Zeitraum feuchte und kühle Luftmassen vom Nordatlantik nach Mitteleuropa kommen, was wiederum relativ kühles und unbeständiges Wetter zur Folge hat.

GASTBEITRAG

TAGESSCHAU-THEMA DES TAGES – JETSTREAM

Innerhalb des Jetstreams werden normalerweise Windgeschwindigkeiten zwischen 200 und 500 km/h erreicht, allerdings sind auch Rekordwerte von bis zu 650 km/h bekannt. Dabei ist der Bereich des stärksten Windes relativ eng begrenzt. Der Jet ist ein paar Hundert Kilometer breit und in der Vertikalen ein bis zwei Kilometer mächtig. Seine Lage schwankt grob zwischen dem 40. und dem 65. Breitenkreis. Er verläuft nicht ganz so durchgehend wie in der idealisierten Abbildung, sondern tritt in sehr variablen Bändern von mehreren Tausend Kilometern Länge auf. Es gibt auch andere Starkwindbänder wie den Subtropenjet. Deren Entstehungsursache unterscheidet sich allerdings von der des polaren Jetstreams.

Die polaren Breiten empfangen im Jahresverlauf aufgrund des niedrigeren Sonnenstandes weniger Energie als die Tropen. Dadurch bauen sich deutliche Temperaturunterschiede auf. Kalte Luft ist schwerer und damit dichter gepackt als warme Luft. In ihr nimmt der Druck mit der Höhe schneller ab als in einer Warmluftmasse. Aufgrund dieser Tatsache entsteht in 10 Kilometern Höhe ein deutlicher Druckunterschied zwischen einem Hoch über den Subtropen und einem Tief über der Polarregion. Winde versuchen, diesen auszugleichen. Könnten sie direkt von den Subtropen nach Norden Richtung Pol wehen, würde das auch rasch gelingen. Durch die ablenkende Kraft der Erdrotation, der Corioliskraft, werden die Winde auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt. Es entsteht das Band starker Westwinde, der Jetstream.

Würde der Jet völlig gleichmäßig von West nach Ost verlaufen, hätte er wenige Auswirkungen auf das Wetter in Bodennähe. Durch die unterschiedliche Verteilung von Land und Ozeanen entstehen Unregelmäßigkeiten, der Jet schlägt quasi Wellen. Die hohen Gebirge wie die Rocky Mountains oder der Himalaya verstärken diese Wellenbildung noch. Die Wellen des Jets spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Steuerung unserer Tiefdruckgebiete. Wenn er kleine Wellen schlägt, verlagern sich diese samt den Tiefdruckgebieten rasch von West nach Ost. Das Wetter ist wechselhaft. Tage mit Tiefdruckwetter und Frontdurchgängen wechseln sich häufig mit kürzeren Hochdruckphasen ab. Längere Wellen sind langsamer, oftmals sogar stationär. Dann ändert sich das Wetter über längere Zeiträume kaum, das Muster ist beständig. Sofern sich Deutschland im Wellenberg befindet, also in einem Hochdruckgebiet, herrscht hier eine längere Periode mit sonnigem Wetter. Genauso kann es aber passieren, dass ein Wellental mit einem Tiefdruckgebiet über Deutschland liegt. Das hat einen längeren unbeständigen, wolkenreichen und feuchten Witterungsabschnitt zur Folge, unter Umständen auch Hochwasser.

Für die Natur und für die Landwirtschaft sind die wechselhaften Wetterlagen besser als solche, die sich über Wochen kaum ändern. Doch gerade die festgefahrenen Wetterlagen scheinen sich zu häufen. Durch den Klimawandel erwärmt sich die Polarregion schneller als die Subtropen. Das Eis, welches bisher einen Großteil der Sonnenenergie reflektiert hat, schmilzt, wodurch sich die Erwärmung in hohen Breiten beschleunigt. Der Temperaturunterschied verringert sich, und der Jet wird schwächer. Dadurch werden träge Wetterlagen mit stark mäandrierendem Jet wahrscheinlich begünstigt.

Dr. Ingo Bertram

»Das Wetter am Siebenschläfertag noch sieben Wochen bleiben mag.«

»Ist der Siebenschläfer nass, regnet’s ohne Unterlass.«

Das sind zwei der bekanntesten Wetterregeln zum Siebenschläfertag. Die Siebenschläferregeln treffen statistisch zwar nur in 55 bis 60 % aller Jahre zu (im Alpenvorland ist es mit etwas über 60 % ein wenig mehr), sind aber von allen Bauernregeln immer noch die mit der höchsten Trefferquote. Allerdings auch nur dann, wenn man nicht genau auf den 27. Juni schaut, sondern auf den Zeitraum Ende Juni bis Anfang Juli.

Der Siebenschläfertag hat seinen Namen übrigens nicht vom Tier Siebenschläfer, sondern von sieben schlafenden Brüdern. Die flohen der Legende nach während der Christenverfolgung durch die Römer im Jahre 251 n. Chr. von Ephesos in die Höhlen des Berges Ochlon. Dort sollen sie eingemauert worden sein und 195 Jahre lang geschlafen haben. Erst 446 n. Chr. sollen sie – so die Legende – wieder zum Leben erwacht sein, um Zeugnis für die Auferstehung der Toten zu geben.

SCHAFSKÄLTE

Ein ähnliches Phänomen wie der Siebenschläfer ist die Schafskälte, ein Kälteeinbruch mitten im Sommer – genauer gesagt in der ersten Hälfte des Junis. Seinen Namen hat die Wetterlage von den Schafen, die zu diesem Zeitpunkt bereits geschoren sind und dann frieren. Die Schafskälte resultiert aus der unterschiedlich schnellen Erwärmung von Land (europäischer Kontinent) und Wasser (Atlantik). Land erwärmt sich schneller als Wasser, kühlt aber auch schneller ab. Im Sommer ist das europäische Festland bereits deutlich wärmer als das es umgebende Meer. In der Folge steigt warme Luft über Mitteleuropa auf, kalte Luft vom Meer fließt nach. Klassischerweise bildet sich dann ein Hoch über Großbritannien und ein Tief über Skandinavien. Da sich Hochs auf der Nordhalbkugel immer im Uhrzeigersinn drehen und Tiefs dagegen, schaufeln beide gemeinsam Kaltluft aus dem Nordmeer nach Mitteleuropa. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass das in den Jahren zwischen 1881 und 1947 mit einer statistischen Wahrscheinlichkeit von 89 % der Fall war, also in 9 von 10 Jahren. Auch seither gab es – einmal abgesehen vom außergewöhnlich warmen Jahr 2003 – im Juni meist einen markanten Temperaturrückgang.