Oben wärmer wie unten

Inversionswetterlagen


Abb.1 : Temperaturverlauf im Messnetz sowie räumliche Verteilung zum Zeitpunkt 02. August 06 Uhr (Klick für größere Ansicht). Die Farben der Werte wurden abhängig von der Temperatur gewählt.

Wenn wir aus dem Tal auf einen Berg fahren packen wir vorsorglich dickere Kleidung ein. Wir erwarten nämlich, dass es dort kälter ist. In den meisten Fällen ist diese Annahme auch richtig. Nicht umsonst fahren wir zum Skiurlaub ins Gebirge, denn nur dort ist es kalt genug für eine Schneedecke, die auch mal mehr als nur ein paar Tage durchhält.

 

An bestimmten Tagen wird diese Situation aber auf den Kopf gestellt. Man nennt diese Wetterlagen auch Inversionswetterlagen (Inversion = Umkehr). Durch ein recht dichtes Stationsnetz, wie dem des Wetterportals Sauerland ist es möglich auch kleinräumige Unterschiede sichtbar zu machen und so die Auswirklungen zu erläutern.

 

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Entstehungsart und der Jahreszeit ihres bevorzugten Auftretens werden Inversionen unterschieden in sogenannte Strahlungsinversionen und dynamische Inversionen.

Strahlungsinversionen

Der 02. August 2013 ist ein heißer und sonniger Sommertag. In den tieferen Lagen des Sauerlandes steigen die Temperaturen an diesem Tag auf bis zu 33°C, am Kahlen Asten werden 28 °C erreicht. Soweit alles in der Reihe. Interessant ist aber die Situation am frühen Morgen dieses Tages. Dazu zeigt die Darstellung unten den Temperaturverlauf an den Stationen des Wetterportals Sauerland in der Nacht zum 02. August sowie die räumliche Verteilung anhand einer Karte. 

 

Bemerkenswert sind die großen Unterschiede  von Wetterstationen in direkter Nachbarschaft. So sind es in Erndtebrück 9°C während 150 Höhenmeter weiter oben auf dem Zinser Kopf rund 15°C gemessen werden. In Neuastenberg werden 20°C kaum unterschritten während direkt unterhalb des Ortes an der Station Postwiese/Odeborntal 12°C erfasst werden konnten. Besonders auffällig sind die Unterschiede aber rund um den Ort Züschen. Während die Ziegenhelle (815 m) 19°C meldete und an der Talstation des Skigebietes Snow-World mit rund 21°C sogar richtige tropische Bedingungen herrschten, waren es direkt unterhalb im Tal nur kühle 9°C. 

 

 

 

 

Wie lässt sich dieses Phänomen nun erklären ?

Abb. 2: Schematische Darstellung der Kaltluftbildung in Tälern während einer sommerlichen Inversionswetterlage (Temperaturen am Beispiel 02. August 2013)

Am Nachmittag des 01. August scheint die Sonne mit großer Kraft auf das Sauerland. Durch lokal unterschiedliche Einstrahlungsstärken werden Windströmungen, die sogenannte Thermik, erzeugt. Diese durchmischt die Luftschichten und führt zu der bekannten Temperaturverteilung (Oben kälter als unten). Gegen Abend scheint die Sonne nach und nach in einem flacheren Winkel und verliert somit zunehmend an Einfluss. So wird der Erde keine Energie mehr von außen zugeführt und es beginnt ausgehend vom Erdboden die Abkühlung der Luft (man sagt die Strahlungsbilanz wird negativ). Die Kaltluftpolster sind so flach, dass sie nur die ersten Zentimeter oberhalb der Erdoberfläche erreichen und sich diese Abkühlung daher bei den Temperaturmessungen in 2 m Höhe bemerkbar macht.

 

An diesem Punkt wird eine zweite physikalische Eigenschaft der kalten Luft zunehmend wichtig für die Entstehung der vorgestellten Temperaturunterschiede. Sie ist nämlich dichter und damit schwerer als die darüber liegende warme Luft. Der Schwerkraft folgend drängen die Luftpolster am Erdboden zu den tiefsten Punkten im Gelände, den Tälern.  Im Verlauf der Nacht entstehen an den Hängen immer neue Kaltluftpolster, fließen ab und bilden in den Senken ständig größer  werdende Schichten. Am Morgen erreichen diese im Sauerland typische Mächtigkeiten von mehreren Zehnermetern.

 

 

 

Abb. 3: Typen von Talformen. Quelle: Bearbeitet nach:

Es stellt sich nun noch die Frage warum es in einigen Tälern kälter wird wie in anderen. Warum sind es also im oberen Odeborntal 12°C, am Silbersee nahe Züschen 9°C und an der Ruhrquellenhütte 7°C. Alle drei Stationen liegen in Tälern, allerdings in Tälern mit unterschiedlichem Gelände. Die Graphik oben zeigt die gängigen Formen, welche, abgesehen von der Klamm, auch das Bild des Sauerlandes prägen. Ist die Kaltluft während der Nacht nun ins Tal abgesackt hängt es von der jeweiligen Form ab wie tief die Temperaturen wirklich sinken.

 

 

So ist das obere Odeborntal in Höhe der Talstation des Skigebietes Postwiese ein typisches Kerbtal, der Silbersee liegt in einem Sohlental und die Ruhrquellenhütte in einem typischen Muldental. Erstgenanntes ist dabei von steilen Hängen und ebenso einem recht deutlichen Gefälle am Talboden geprägt, die beiden anderen und insbesondere das Muldental weisen wesentlich flachere Formen auf. Die Folge ist, dass sich die abfließende Kaltluft durch die geringere Schwerkraft deutlich langsamer bewegt und in Extremfällen fast zum Stillstand kommt. In diesem Fall spricht man von der Bildung eines Kaltluftsees. In solch einem Kaltluftsee werden im Regelfall die tiefsten Temperaturen im Verlauf einer Strahlungsnacht gemessen, so dass, wie im Beispiel des 02. August 2013 geschehen, Differenzen zu den Hang- und Bergstationen von 12-14°C auftreten können.

 

 

Die Absinkinversion

Abb. 4: Vergleich der Temperatur an der Station Langenberg (843 m) und Silbersee (508 m) zwischen dem 05. und 15. Januar 2009. Der Langenberg ist in blau, der Silbersee in rot dargestellt.

Noch größere Unterschiede zwischen Berg und Tal können bei der ausschließlich im Herbst- und Winter auftretenden Absinkinversion gemessen werden. Ihr Zustandekommen ist neben den auch für die Strahlungsinversion geltenden Bedingungen (wolkenfreier Himmel, schwacher Wind) insbesondere an einen niedrigen Sonnenstand und dementsprechend ein Fehlen von Einstrahlungsenergie gebunden. Ist dies der Fall können sich Temperaturumkehrschichten aufgrund der fehlenden Thermik und damit Durchmischung nicht nur während der Nacht sondern über viele Tage bilden und halten.

 

Ein besonderes Beispiel dieser Absinkinversion erlebte das Sauerland in der ersten Januarhälfte des Jahres 2009. Nach einem Kaltlufteinbruch mit etwas Neuschnee am 05. Januar setzte sich ein Hochdruckgebiet über Mitteleuropa fest, so dass sich die eingeflossene Kaltluft in den klaren Nächten ohne Wind bis unter -20°C abkühlen konnte. Auch auf den Bergen war es zunächst kalt.

 

 

In den folgenden Tagen stieg die Temperatur in höheren Luftschichten wieder deutlich an. Bedingt durch die negative Strahlungsbilanz konnte sich  die kalte Luft in Erdbodennähe aber weiterhin halten. Das Resultat gibt Abbildung 4 recht eindrucksvoll wieder. Während sich die Temperaturen auf dem Langenberg nach dem Kaltlufteinbruch schnell wieder „erholten“, blieben sie am Silbersee auch am Tage teilweise im zweistelligen Minusbereich. Der maximale Unterschied zwischen beiden Messpunkten lag in dieser Phase bei 18°C.

 

 

Der Unterschied zur Strahlungsinversion besteht dementsprechend darin, dass es bei der Absinkinversion auch am Tage in den Tälern kälter als auf den Bergen bleibt. Es werden in diesem Fall quasi ganze Luftschichten vertauscht während bei der sommerlichen Inversion lediglich eine Abkühlung des Erdbodens und ein Abfluß der Schwerkraft folgend, stattfindet.

 

Ist die Luft der unteren Luftschicht so feucht, dass bei ihrer Abkühlung der Taupunkt unterschritten wird, bildet sich an ihrer Obergrenze eine Hochnebeldecke. Von oben aus gesehen wirkt diese dann wie ein weites Meer und die herausschauenden Berge in der trockenen Luftschicht wie Inseln.

 

 

 

 

Große Temperaturkontraste

Geht man aus dem Nebel heraus nur ein paar Meter bergan in die klare Luft steigert sich die Temperatur bei herbstlichen Inversionen teilweise um 10 Grad.

Nebelmeere - ein Unikat der Hochlagen

Ist die Luft in den Tallagen sehr feucht und sinken die Temperaturen nachts in den Keller entstehen ausgedehnte Nebelfelder. Bei gleichzeitiger Abtrocknung und Wolkenauflösung in den Hochlagen entstehen wie hier an den Bruchhauser Steinen traumhafte Blicke (Bild: Daniel Hilbich).

Strahlungsinversionen - ein nächtliches Phänomen

Vor allem im Frühjahr und Herbst wenn die Sonne mehr Kraft hat gehören Strahlungsinversionen zum täglichen Wetterablauf. In den Tälern ist es dann bei Nacht um teilweise um 10 Grad kälter wie auf den Bergen, während des Tages lösen sich diese Unterschiede aber wieder auf.

Das obere Ruhrtal - Sauerländer Prominenz

Das obere Ruhrtal nahe der Ruhrquellenhütte ist bei klarem Himmel und Windstille mit Abstand der kälteste Punkt des Sauerlandes. Selbst im Hochsommer gibt es hier oft Frost und nicht selten werden hier sogar die tiefsten Werte ganz Deutschlands gemessen.

Dynamische Inversionen

Bei diesem herbstlichen und winterlichen Inversionstyp kann die Umkehr der Temperaturverhältnisse über mehrere Tage andauern. Da die Sonne sehr schwach ist kann sie die Unterschiede zwischen Berg und Tal nicht auflösen.

Weitblicke

Inversionswetterlagen ermöglichen aufgrund der extrem trockenen Luft in hohen Luftschichten kaum zu glaubende Fernblicke. An 1-2 Tagen im Jahr ist vom Kahlen Asten so sogar der Brocken im Harz zu sehen.