Der folgende Beitrag wird in zwei Teilen (heute und am morgigen Sonntag, den 01.09.19) erstellt und will der Frage nachgehen, welche Faktoren die Stärke und Ausprägung des Polarwirbels in der Stratosphäre beeinflussen und inwiefern zum jetzigen Zeitpunkt diese Faktoren bereits diagnostiziert und auch prognostiziert werden können.

Der Sommer 2019 liegt in den letzten Zügen und da drängt sich allen Wetterinteressierten die Frage auf, was bekommen wir hier in Mitteleuropa für einen Winter? Kann man jetzt überhaupt schon etwas sagen und wenn ja, was und wie genau? Da schießt sofort die Gegenfrage in den Kopf ? wird die vorhergesagte Tendenz genauer, wenn der Winter näher heranrückt?

Also, mal der Reihe nach. Wenn der Polarwirbel in der Stratosphäre (tiefer Luftdruck über dem Nordpol, der besonders im Winterhalbjahr ausgeprägt ist) nicht so stark entwickelt oder sogar gesplittet ist, würden wir hier in Mitteleuropa einen ordentlichen (also relativ kalten) Winter bekommen. Dann nämlich wird die bei uns vorherrschende westliche Höhenströmung gestört oder unterbrochen und es können sich mehr blockierende Hochdruckgebiete z.B. über Skandinavien oder Osteuropa etablieren, womit der Weg frei wird für polare Luftmassen.

Die Faktoren, die den Polarwirbel beeinflussen, sollen kurz zusammengefasst werden. Prinzipiell ist der Polarwirbel in allen Höhenschichten ab der oberen Troposphäre umso stärker ausgebildet, je stärker die Temperaturgegensätze zwischen Süd und Nord sind. Die Natur lehrt uns, dass die turbulente Durchmischung der effektivste Weg ist, um Temperaturkontraste auszugleichen. Je stärker also die Gegensätze, umso kräftiger die Verwirbelung.

Diese Temperaturkontraste entstehen einerseits durch den unterschiedlichen Energieeintrag der Sonne, abhängig vom Breitengrad. Andererseits speichern auch die Weltmeere einen Großteil der erhaltenen Wärmeenergie und transportieren diese partiell auch von Süd nach Nord. Zu guter Letzt wird diese Wärmeenergie in Form von Temperaturwellen auch an die Atmosphäre abgegeben, die auch einen gewissen Anteil horizontal und vor allem vertikal transportiert. Dabei sorgen warme Meeres- und Luftströmungen in unseren Breiten für hohen Luftdruck und kalte für tiefen Luftdruck. Der Polarwirbel liebt also wie der Name schon sagt die Kälte und vor allem die Gegensätze.

Alle Faktoren, die im Weiteren aufgeführt werden, stehen in direktem und recht komplexem Zusammenhang, sodass man nicht immer eindeutig sagen kann, wo ist die Henne und wo das Ei.

Die Temperatur- bzw. Druckgegensätze zwischen Süd und Nord werden für Mitteleuropa durch den Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO) ausgedrückt. Dieser Index stellt den Druckunterschied zwischen Lissabon (Stichwort Azorenhoch) und Reykjavik (Stichwort Islandtief) dar. Eine Vorhersage vom jetzigen Zeitpunkt zu treffen, ist nicht möglich, da der NAO-Index direkt abhängig ist von der jeweiligen Druckverteilung über dem Atlantik, die wir noch nicht berechnen können.

Momentan ist der NAO-Index allerdings negativ, d.h. die Luftdruckgegensätze sind schwächer ausgeprägt oder kehren sich sogar um (was den derzeit positiven Anomalien der Meeresoberflächentemperaturen im Nord- und Ostatlantik geschuldet ist).

Bezüglich der Meeresströmungen und Anomalien der Meeresoberflächentemperaturen drängt sich die jeweilige Phase der EL Nino und Southern Oszillation (kurz ENSO, im Wesentlichen im West- und Ostpazifik) auf, über die ja ein Energieeintrag direkt über den äquatorialen Anteil des Atlantik und indirekt über die globale Zirkulation bis in die Stratosphäre erfolgt (Stichwort Temperaturwellen) und damit bei der derzeitigen EL Nino-Phase oder auch Warmphase für eine Stärkung des Polarwirbels sorgt. ENSO geht im Herbst und voraussichtlich auch im Winter 2019/2020 in eine neutrale Phase über, es gibt aber auch Berechnungen, die den Übergang in eine Kaltphase, der so genannten La Nina prognostizieren. Dann würden die Temperaturgegensätze zwischen Süd und Nord geschwächt und blockierende Hochdruckgebiete könnten die westliche Strömung unterbrechen.

Ein letzter wichtiger Faktor soll im ersten Teil behandelt werden, die Quasi-Biennale-Oszillation (QBO) in der äquatorialen Stratosphäre, die ungefähr eine Periodizität von 2 Jahren aufweist. Während dieser Oszillation wechselt in der mittleren und oberen Stratosphäre nahe des Äquators die Windrichtung. Bei positiver Phase überwiegen westliche Winde, bei negativer entsprechend östliche Winde. Die QBO korreliert ganz gut (aber nicht immer) mit der entsprechenden ENSO-Phase. Derzeit herrscht eine positive QBO (wie auch EL Nino) vor, die im Winter aber auch negativ werden kann (Prognose). Eine positive QBO stärkt den Polarwirbel und sorgt damit oft für westliche Winde in der oberen Troposphäre sowie in der Stratosphäre der Nordhemisphäre. Die gegenseitigen Wechselwirkungen mit allen genannten Oszillationen und sogar mit der variablen Sonnenaktivität sind allerdings deutlich komplexer und noch nicht hinreichend erforscht.

Nochmal zurück zu den eingangs gestellten Fragen: Tendenzen großräumiger Zirkulationen können mit ausreichender Genauigkeit als Tendenz berechnet werden (ENSO, QBO). Die genaue Druckverteilung über dem Atlantik (NAO) oder auch bestehende Anomalien der Meeresoberflächentemperaturen können dagegen nur zeitnah diagnostiziert werden. Sobald der Winter näher rückt, bekommen wir auch ein genaueres Bild.

Auf der beigefügten Grafik ist die Anomalie des Luftdrucks als Vertikalprofil (Stand November 2018) zu sehen. Dort sieht man recht deutlich den einerseits gut ausgeprägten Polarwirbel in der Stratosphäre (blau als negative Druckabweichung) und die positive Druckabweichung in der Troposphäre (gelb bis rot), die mit der Zeit allmählich abgebaut wird.

Ende 2018/Anfang 2019 stärkte sich die EL Nino-Phase gerade, etwas versetzt auch die positive QBO-Phase mit vorherrschenden westlichen Winden in der Stratosphäre.

Im zweiten Teil werden noch Faktoren beleuchtet, die einen eher geringen oder besser gesagt sekundären Einfluss auf den Polarwirbel haben wie Sonnenaktivität, Schneemenge in Sibirien zum Ende des Herbstes oder auch die Arktische Oszillation (AO), die Teil der NAO ist. Aber, die Gleichgewichte in der Natur sind gut austariert und so können kleine Auslenkungen durchaus Rückkopplungen auf das Gesamtsystem haben.

Und wir wagen dann noch eine Tendenz für den kommenden Winter.

Dr. rer. nat. Jens Bonewitz

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.08.2019

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