Der Strahlungshaushalt bzw. die Strahlungsbilanz ist ein wesentlicher Faktor für die in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse. Dabei unterscheidet man in einem ersten groben Schritt einerseits die von der Sonne ausgestrahlte kurzwellige und sehr energiereiche Strahlung und andererseits die von der Erde ausgestrahlte langwellige (Wärme-)Strahlung. Bei genauerem Hinsehen werden beide Strahlungsarten auf ihrem Weg durch die Atmosphäre in vielfältiger Weise verändert, teils nur bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung, teils nur bezüglich ihres Wellenlängen-Spektrums – und manchmal auch bezüglich beider Eigenschaften.

Im heutigen Thema des Tages werfen wir einen Blick auf die Wärmestrahlung der Erde. Sie hat einen Energieverlust für den Erdkörper zur Folge, der umso höher ist, je besser die Wärmestrahlung durch die Atmosphäre in den Weltraum gelangen kann. Umgekehrt ist der Energieverlust dann gering, wenn ein großer Teil der irdischen Strahlung, z. B. durch Reflektion, wieder zur Erde zurück gelangt. Diesen Teil der irdischen Wärmestrahlung bezeichnet man als Gegenstrahlung, weil sie dem physikalischen „Drang“ der Erde, Energie abzugeben, entgegensteht.
Sozusagen im „Gegenstrahlungs-Fokus“ stehen aktuell natürlich die Treibhausgase und in der Folge der Klimawandel. Aber auch Wasserdampf und mithin die Wolken sind sehr effektive „Gegenstrahler“. Ein schönes Beispiel dafür zeigte sich am vorvergangenen Wochenende im Rhein-Main-Gebiet.

In der Abbildung 1 ist dazu der Temperaturverlauf am Messfeld des Instituts für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz vom 29.11. bis 4.12.2024 angegeben. Genau genommen sind es sogar mehrere Temperaturverläufe, nämlich die Temperatur in 2 m Höhe (rot), in 20 cm Höhe (grün) und in 5 cm Höhe (blau). Die vierte Kurve (Taupunkt) ist ein Maß für die Feuchtigkeit. Letztendlich kann man sich für unsere Überlegungen eine der drei erstgenannten Kurven aussuchen, die zugrunde liegenden Prozesse sind bei allen Temperaturkurven gleich.

In der Nacht von Freitag auf Samstag (29.11. auf 30.11.) war der Temperaturverlauf (bzw. sind alle drei Temperaturverläufe) weitgehend so, wie man es erwartet. Die Temperatur sank – abgesehen von einem kleinen Peak nach oben zu Beginn der zweiten Nachthälfte) kontinuierlich ab. Gegen 07 Uhr MEZ am Morgen (Pfeil 1) und damit kurz nach Sonnenaufgang sorgte der solare Strahlungsinput dann für einen Temperaturanstieg bis etwa zur Mittagszeit. Am Nachmittag gewann die Ausstrahlung der Erde dann gegenüber der solaren Einstrahlung die Oberhand und die Temperatur sank wieder ab. Diese Temperaturkurve ist typisch für sogenanntes Strahlungswetter, das sich durch wolkenarme oder wolkenlose Gegebenheiten auszeichnet.

In der Nacht zum Sonntag passierte dann aber Ungewöhnliches. Schon gegen 02 Uhr MEZ (Pfeil 2) begann die Temperatur zu steigen. Eine mögliche Option wäre natürlich Warmluftadvektion gewesen, allerdings war der Wind schwach (Hochdruckeinfluss). Stattdessen kann man die Erklärung aus Abbildung 2 herauslesen.

In dieser ist die tiefe Bewölkung dargestellt, wie sie unser Modell ICON–EU für die Nacht vom 30.11. zum 1.12. vorhergesagt hat. Um 21 UTC am 30.11. (22 Uhr MEZ, oben links) war Mainz (roter Kreis) laut Modell noch frei von tiefer Bewölkung. In der frühen zweiten Nachthälfte (00 UTC entsprechend 01 Uhr MEZ), also kurz vor Beginn des Temperaturanstiegs an der Johannes Gutenberg-Universität, verdichtete sich die tiefe Bewölkung (oben rechts). Im weiteren Verlauf der Nacht zog die Bewölkung immer weiter zu (unten, von links nach rechts). Damit verstärkte sich die Gegenstrahlung und der Temperaturanstieg schritt bis in die Morgenstunden voran. Übrigens: Das wird auch der Grund für den kleinen Temperaturpeak in der Nacht zum Samstag gewesen sein.
Mit Tagesbeginn schwang das „Strahlungspendel“ aber zurück. Nunmehr dämpfte die Bewölkung die solare Einstrahlung, entsprechend stieg die Temperatur nur sehr zögerlich an – kein Vergleich zur raschen Temperaturzunahme am Vortag. Dafür hielt der kontinuierliche Temperaturanstieg bis in die Nacht zum Dienstag an. Dies war aber der Warnluftadvektion durch Frontensysteme geschuldet.

In weiten Teilen des Rhein-Main-Gebiets war der 1.12. somit kein freundlicher Tag. Die Betonung liegt auf „in weiten Teilen“. Denn wer sich die Mühe gemacht hat auf den Feldberg im Taunus zu wandern, konnte ein spektakuläres Panorama bewundern (Abbildung 3, mit freundlicher Genehmigung von foto-webcam.eu).

Diplom-Meteorologe Martin Jonas
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 11.12.2024
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Deutschland liegt derzeit eingezwängt zwischen zwei jeweils umfangreichen Druckgebilden. Von den Britischen Inseln bis nach Südskandinavien erstreckt sich ein Hoch mit einem Kerndruck von über 1040 Hektopascal (hPa). Über Italien liegt ein Tief mit knapp unter 1005 hPa Kerndruck. Die Folge des deutlichen Druckunterschiedes über Deutschland ist ein mäßiger bis frischer, an den Küsten starker bis stürmischer Nordostwind.

Bei dieser Richtung und Stärke des Windes würde man zu dieser Jahreszeit, immerhin haben wir fast den Sonnentiefststand erreicht, wohl winterliches Wetter bis in tiefe Lagen erwarten. Dem ist aber nicht so. Woran liegt es? Dafür gibt es mehrere Gründe. Ein entscheidender Faktor ist die Herkunft der Luftmasse. Diese hat ihren Ursprung nicht im Nordosten Europas, sondern kommt aus völlig anderen Himmelsrichtungen. Woher eine Luftmasse stammt, kann man mithilfe von sogenannten Rückwärtstrajektorien darstellen (siehe Bild 1). So ist der Ursprung der dort vorherrschenden Luftmasse Im Nordosten Deutschlands das Schwarze Meer, im Süden mehrheitlich der Balkan und im Westen Deutschlands Westeuropa oder sogar der Atlantik. Also Regionen mit deutlich milderem Klima. Erst über Mitteleuropa dreht die Strömung bodennah auf Nordost.

Nun könnte zumindest die Luft aus den östlichen Teilen Europas zu dieser Jahreszeit kalt sein, ist sie aber nicht. Die Vorgeschichte dort ist auch vergleichsweise mild und so fehlt dort eine Schneedecke, über der die Luft auskühlen könnte. Nur in den Bergen liegt dort Schnee. Dies ist weniger als im langjährigen Mittel und zu wenig für winterliches Wetter bei uns. Als dritten Punkt kann man das „warme“ Ostseewasser heranführen. Der Wasserkörper reagiert träger und kühlt damit langsamer ab als Landflächen. So fungiert die Ostsee gerade zum Winteranfang noch als Wärmespeicher, diese Wärme gibt sie an die darüber strömende Luft ab. Und auch in diesem Fall gibt es noch einen zusätzlichen Aufschlag, die Ostsee ist großflächig 1 bis 3 Kelvin wärmer als im langjährigen Mittel. An der deutschen Ostseeküste beträgt die Wassertemperatur aktuell 5 bis 7 Grad, weiter abseits der Küste zum Teil noch 8 Grad. Zu viel für wintertaugliche Luftmassen.

So erklärt sich nach einer vielleicht ersten Verwunderung das fehlende Winterwetter in tiefen Lagen. In Lagen ab 600 Meter reicht es aber doch für winterliches Wetter. Für diese Höhenlage ist dies zu dieser Jahreszeit aber auch nicht groß der Rede wert.
Eine markante Folge der aktuellen Wetterlage gibt es dann aber schon: Hochwasser an der Ostsee. Der anhaltende sowie kräftige Nordostwind treibt das Ostseewasser großräumig nach Südwesten und lässt es an der deutschen Küste besonders hoch steigen.

Nach mehreren Erhöhungen der prognostizierten Pegelstände sagt das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrografie (BSH) verbreitet Wasserstände von einem Meter und mehr über dem mittleren Wasserstand für den heutigen Montag voraus. Dies ist der Grenzwert, ab dem von Hochwasser gesprochen wird. Besonders hoch soll das Wasser mit +1,30 Meter in der Lübecker Bucht steigen. Tatsächlich wurden (Stand: Montag, 09.12.2024, 12 Uhr) bereits Pegelstände über 1,20 Meter gemessen. So zum Beispiel in Travemünde.

MSc.-Met. Thore Hansen
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 09.12.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Erneut ist die alljährliche Hurrikansaison zu Ende gegangen und medial war doch das ein oder andere Exemplar besonders bei schadensträchtigen Landgängen präsent. Auch wir haben an dieser Stelle immer wieder über einzelne Hurrikans berichtet. Im Frühjahr legten der staatliche Wetterdienst Nordamerikas, die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), sowie diverse wissenschaftliche Institutionen ihre Prognosen für die Saison 2024 vor. Die Prognosen gingen generell von einer überdurchschnittlichen Wirbelsturmsaison auf dem Nordatlantik aus . Vor allem die außergewöhnlich hohen Meerestemperaturen des tropischen Atlantiks und die geringere Windscherung im Zuge von La Niña wurden als fördernde Faktoren benannt. Zur Einordnung: Eine durchschnittliche Saison bringt 14 benannte Stürme (ab einer mittleren Windgeschwindigkeit von 62 km/h), sieben Hurrikans (ab 119 km/h) und drei schwere Hurrikans (ab 178 km/h) hervor (siehe Tabelle in Abbildung 1).

Die diversen Prognoseszenarien sollten in der Endabrechnung auch recht behalten (siehe unterste Zeile der Tabelle in Abbildung 1). Die atlantische Hurrikansaison zeichnete sich dementsprechend durch eine überdurchschnittliche Aktivität aus. Insgesamt wurden im Atlantikbecken 18 benannte Stürme registriert. Elf davon wuchsen zu Hurrikans heran und fünf davon wiederum entwickelten sich zu schweren Hurrikans. Die diesjährige Saison war die erste seit 2019, in der sich mehrere Hurrikans der Kategorie 5 in derselben Saison bildeten: BERYL und MILTON. Fünf der Wirbelstürme landeten auf dem US-amerikanischen Festland an, wobei zwei dabei die Einstufung als schwerer Hurrikan (Kategorie 3 oder höher) führten. Zusätzlich hatte die Saison statistisch gesehen die höchste akkumulierte Energie der Zyklone (ACE – accumulated cyclone energy) seit 2020 mit einem Wert von 161,6 Einheiten. Abbildung 2 veranschaulicht die Zugbahnen inklusive des Intensitätsverlaufs aller tropischen Stürme und Hurrikans der Saison.

Der saisonale Verlauf lässt sich wie folgt bilanzieren: Der Auftakt ließ zunächst etwas auf sich warten. Das erste System, der Tropensturm ALBERTO, entwickelte sich am 19. Juni und war damit der späteste erstgenannte Sturm seit 2014. Dieser bildete aber den Start für eine recht aktive erste Phase bis Anfang Juli. Nachfolgend verliefen die Sommermonate Juli und August bis über die klimatologische Hochsaison Anfang September hinweg verhältnismäßig ruhig. Es werden mehrere mögliche Faktoren in Betracht gezogen, die zu der Flaute in der Hochsaison beigetragen haben könnten. So schufen etwa besonders intensive Winde und Regenfälle über Westafrika ein Umfeld, welches für die Entwicklung von Stürmen weniger günstig war. Die ruhige Phase wiederum wurde schlussendlich von einem rekordverdächtigen Sprint ab Ende September abgelöst. In nackten Zahlen ausgedrückt bedeutet dies, dass sich zwölf benannte Systeme nach dem klimatologischen Höhepunkt der Saison entwickelten. Ab dem 25. September bis in den November hinein entwickelten sich sogar sieben Hurrikans im Atlantik – so viele wie noch nie in diesem Zeitraum.

In Summe war die atlantische Hurrikansaison 2024 leider auch eine der verheerendsten. Insgesamt 400 Todesopfer waren zu beklagen und mit Schäden in Höhe von mehr als 227 Milliarden US-Dollar war es die zweitteuerste Saison der Geschichte.

Und noch weitere Besonderheiten sind zu erwähnen. Drei der Hurrikans lassen sich in die Kategorie „Die Rekordbrecher“ einsortieren. Da wäre zuallererst Hurrikan BERYL zu nennen. Dieser war der früheste registrierte Hurrikan der Kategorie 5 im Atlantikbecken. Er verursachte erhebliche Sturmfluten in Teilen von Texas und Louisiana, nachdem er in der Nähe von Matagorda (Texas) als Sturm der Kategorie 1 an Land gegangen war.

Vom Buchstaben B zu H und in die zweite aktive Wirbelstumphase. Hurrikan HELENE traf am 26. September als Sturm der Kategorie 4 an der Golfküste Floridas auf Land (siehe Abbildung 3). Der Sturm verursachte katastrophale Überschwemmungen in den südlichen Appalachen, weitreichende Windschäden von der Golfküste bis zu den Bergen von North Carolina und Sturmfluten in Teilen des westlichen Floridas. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass HELENE der tödlichste Hurrikan auf dem amerikanischen Festland seit KATRINA im Jahr 2005 war, mit mehr als 150 direkten Todesopfern. Die meisten Todesopfer waren dabei in North und South Carolina zu beklagen.

An dritter Stelle bleibt Hurrikan MILTON zu erwähnen. Dieser traf am 9. Oktober als Kategorie 3 Sturm in der Nähe von Siesta Key (Florida) auf Land und löste einen Tornado Outbreak aus, der 46 Tornados erzeugte. Zudem kam es zu sintflutartigen Regenfällen und örtlichen Überschwemmungen bei Gesamtniederschlagsmengen von 250 bis 450 mm (teils auch mehr), wovon ein Großteil in nur wenigen Stunden fiel. MILTON verursachte darüber hinaus eine zerstörerische Sturmflut zwischen Siesta Key und Fort Myers Beach an der südwestlichen Golfküste Floridas. Zudem wies MILTON zuvor über dem Golf von Mexiko eine der schnellsten Intensivierungsraten auf, die je beobachtet wurden. Eine Zunahme der Windgeschwindigkeit um 145 Kilometer pro Stunde (90 Meilen pro Stunde) wurde zwischen den 6. und 7. Oktober innerhalb von 24 Stunden registriert.

M.Sc. (Meteorologe) Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 07.12.2024
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Vor allem im Winterhalbjahr tritt nicht selten Nebel (und Hochnebel) auf. Er kann für eine mystische Stimmung sorgen, wenn die aufgehende Sonne flache Nebelschwaden über Wiesen oder ein dichtes Nebelmeer von oben anstrahlt (Abb. 1). Er kann uns aber auch ziemlich aufs Gemüt schlagen, wenn er sich tagelang hält und uns tristes Wetter ohne Sonnenschein bringt. Einigen unter Ihnen ist sicherlich noch die über mehrere Wochen andauernde Hochdrucklage von Mitte Oktober bis Mitte November in Erinnerung, in der die Niederungen tagelang unter einer dichten Hochnebeldecke lagen oder man sogar ganztägig im Nebel saß. In einer neuen Themenreihe widmen wir uns dem Phänomen Nebel, der durch völlig unterschiedliche meteorologische Phänomene und Situationen entstehen kann.

Allgemeines

Von Nebel spricht man, wenn die horizontale Sichtweite unter einem Kilometer absinkt und die relative Luftfeuchte nahe 100 % (d.h. Sättigung) liegt. Bei größeren Sichtweiten von einem bis acht Kilometern und einer relativen Luftfeuchte von mehr als 80 % spricht man hingegen von feuchtem Dunst. Nebel entsteht, wenn sich die Lufttemperatur der Taupunktstemperatur (kurz: Taupunkt) annähert oder diese erreicht. Der Taupunkt beschreibt jene Temperatur, bei der die Luft bezüglich des Wasserdampfs gesättigt ist und die relative Luftfeuchte demnach 100 % beträgt. Je höher der Taupunkt, desto mehr Feuchtigkeit kann eine Luftmasse in Form von unsichtbarem Wasserdampf aufnehmen und umgekehrt. Erreicht die Lufttemperatur nun den Taupunkt oder unterschreitet sie diesen, kondensiert überschüssiges Wasser zu flüssigem Wasser, es findet also der Phasenübergang von Wasserdampf zu Flüssigwasser statt. Die dabei in der Luft entstehenden schwebenden und gewöhnlich mikroskopisch kleinen Wassertröpfchen verringern die Sichtweite und es kommt schlussendlich zum Nebel. Er ist folglich nichts anderes als eine gewöhnliche Wolke, die am Boden aufliegt.

Unterschiedliche meteorologische Effekte können dazu führen, dass die Lufttemperatur den Taupunkt erreicht oder unterschreitet. Eine Möglichkeit besteht durch die Abkühlung der bodennahen Luftschicht, wie es beispielsweise beim sogenannten Strahlungsnebel der Fall ist, welchen wir uns heute genauer ansehen.

Strahlungsnebel

Der Strahlungsnebel ist in vielen Regionen Deutschlands die am häufigsten auftretende Nebelart. Er bildet sich, wenn die Temperatur der Erdoberfläche durch nächtliche Ausstrahlung absinkt und im weiteren Verlauf dabei auch die bodennahe Luftschicht unter den Taupunkt abkühlt. Diese Abkühlung kann teils nur die untersten Meter betreffen und sehr flache Nebelbänke bilden. Bei ausreichend turbulenter Durchmischung kann aber auch eine wenige Hundert Meter dicke Luftschicht unter den Taupunkt abkühlen, wodurch dichte Nebelfelder entstehen. Strahlungsnebel kann sowohl im Flachland (z.B. Norddeutsche Tiefebene) als auch im stark gegliederten Bergland auftreten. Dort ist er bevorzugt in Senken, Mulden oder Tälern zu finden, die sich nachts oft mit der von den Hängen abfließenden Kaltluft füllen. Dabei entstehen sogenannte Kaltluftseen, in denen sich durch weitere Strahlungsabkühlung Nebel bilden kann. Die Bergspitzen liegen häufig oberhalb des Nebels. Oft kann man von dort aus bei Sonnenschein auf das Nebelmeer in den Niederungen blicken (Abb.2).

Zuvor gefallene Niederschläge, die den Erdboden mit Feuchtigkeit versorgen, können die Nebelbildung ebenso begünstigen wie Feuchtgebiete (z.B. Sümpfe, Seenlandschaften). Damit Nebel entstehen kann, sollte es zuvor weitgehend wolkenfrei oder sternenklar sein, um eine starke Auskühlung der Erdoberfläche zu ermöglichen. Zudem sollte es nahezu windstill sein, da zu starker Wind für eine zu starke turbulente Durchmischung sorgen würde, die eine bodennahe Abkühlung der Luftschichten unter den Taupunkt verhindern würde. Daher tritt Nebel meist bei windschwachen Hochdrucklagen auf.

Häufig lässt sich im Spätherbst und Frühjahr beobachten, dass die Sichtweite auch noch eine Stunde nach dem Erreichen des Temperaturminimums, welches sich etwa eine halbe Stunde nach Sonnenaufgang einstellt, schlechter wird, oder dass die Nebelbildung erst zu diesem Zeitpunkt beginnt. Grund hierfür ist die beginnende Sonneneinstrahlung und die damit verbundene Wasserdampfzunahme durch Verdunstung von Tau und die stärkere vertikale Durchmischung der bodennahen Luftschicht.

Ein typischer Strahlungsnebel ist der sogenannte Wiesennebel. Er zeichnet sich durch eine dünne, schwadenförmige Nebelschicht (sog. Nebelbänke) aus, die sich häufig über Wiesen oder in flachen Mulden bilden und sich nach Sonnenaufgang schnell wieder auflösen.

Hochnebel

Auch der Hochnebel ist eine typische Form des Strahlungsnebels. Der Hauptunterschied zum klassischen Bodennebel ist, dass es sich um eine gleichmäßige, tiefliegende Wolkenschicht handelt, die vom Boden abgehoben ist. Unterhalb des Hochnebels beträgt die horizontale Sichtweite mehr als 1000 Meter. Wird diese Nebelschicht an Berghängen oder durch schwache dynamische Prozesse gehoben, kann aus ihr Sprühregen oder bei ausreichend kalten Temperaturen Schneegriesel zu Boden fallen.

Am häufigsten entsteht Hochnebel durch Abkühlung wasserdampfreicher Luft unterhalb einer starken Inversion (d.h. Temperaturzunahme mit der Höhe), die durch das Absinken im Bereich eines Hochdruckgebiets entstanden ist. Aber auch Bodennebel kann sich zu einem Hochnebel umwandeln. Dies ist häufig am Vormittag der Fall, wenn sich die bodennahen Luftschichten entweder durch diffuse Einstrahlung und/oder durch zunehmendem Wind bzw. der dadurch verstärkten turbulenten Durchmischung über den Taupunkt erwärmen. Die relative Luftfeuchte sinkt so unter 100 % und der Nebel löst sich in der Folge vom Boden ausgehend auf.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 05.12.2024
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Erste Auswertungen der Ergebnisse der rund 2000 Messstationen des DWD in Deutschland.

Besonders warme Orte im Herbst 2024*

Besonders kalte Orte im Herbst 2024*

Besonders niederschlagsreiche Orte im Herbst 2024**

Besonders trockene Orte im Herbst 2024**

Besonders sonnenscheinreiche Orte im Herbst 2024**

Besonders sonnenscheinarme Orte im Herbst 2024**

Oberhalb 920 m NHN sind Bergstationen hierbei nicht berücksichtigt.

Die Sonnenscheindauer wird seit August 2024 teilweise aus Satellitendaten abgeleitet.

* Jahreszeitenmittel sowie deren Abweichung vom vieljährigen Durchschnitt
(int. Referenzperiode 1961-1990).

** Prozentangaben bezeichnen das Verhältnis des gemessenen
Jahreszeitenmittelwertes zum vieljährigen Jahreszeitenmittelwert der
jeweiligen Station (int. Referenzperiode, normal = 100 Prozent).

Hinweis:
Einen ausführlichen Rückblick für ganz Deutschland und
alle Bundesländer finden Sie im Internet unter

Meteorologe Denny Karran
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach
Offenbach, 03.12.2024
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