Von grauen Hochs und Inversionen

Schuld am Grau statt blau ist ein Hoch. Das Problem ist die Jahreszeit, in der wir uns befinden. Im Herbst und Winter bringt ein Hochdruckgebiet nicht automatisch schönes Wetter.

In einem Hochdruckgebiet herrscht großräumiges Absinken. Die Luft aus den höher liegenden Luftschichten sinkt in Richtung Boden ab. Dabei komprimiert sie sich, was zu einem Anstieg des Luftdrucks (drum Hochdruckgebiet) und zur Erwärmung der Luft führt (Faustregel: 1°C pro 100m). Gleichzeitig wird die Luft trockener, wodurch sich vorhandene Wolken auflösen. So weit zur Theorie eines Hochdruckgebietes, welches im Normalfall schönes Wetter bringt.

Was ist nun im Herbst und Winter anders?

In diesen Jahreszeiten sind die Nächte bekanntlich länger. Luft ist träge. Die Tiefstwerte einer Nacht werden erst kurz nach Sonnenaufgang erreicht. Im Herbst und Winter hat die Luft also mehr Zeit sich nachts abzukühlen. Wenn es dann auch noch wenige Wolken in der Nacht gibt, kann sich der Erdboden besonders stark abkühlen. Der Erdboden strahlt seine Wärmeenergie ungehindert in Richtung Weltall ab. Sind Wolken da, strahlen sie einen Teil der Wärmeenergie wieder zurück zum Boden und es kühlt nicht so stark ab.

Bodennah bildet sich also eine kalte Luftschicht. Von oben kommt die absinkende, sich erwärmende Luft hinzu. Da kalte Luft dichter und damit schwerer ist als warme Luft, vermischen sich die beiden Luftschichten nicht. Die kalte bleibt unter der warmen Luft liegen. Das heißt also, dass ab einer gewissen Höhe die Temperatur nicht wie gewöhnlich ab, sondern zunimmt. Diese Temperaturumkehr mit zunehmender Höhe nennt man Inversion.

Die Grenze zwischen der kalten und warmen Luft ist wie ein Deckel. Er verhindert einen vertikalen Austausch. Die kältere Luft unten kann nicht entweichen. Inversionen kann man in Radiosondenaufstiegen, die ein Vertikalprofil der Atmosphäre liefern, nachweisen. Hier zwei Beispiele von Sonntag, 27.09. 00UTC (2 Uhr MESZ), zum Vergrößern bitte anklicken:

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Radiosondenaufstieg Essen

Temp__Stuttgart

Radiosondenaufstieg Stuttgart

In grün sind die jeweiligen Inversionen eingekreist. In Essen liegt die Inversion bei 800hPa, also in etwa 2000 Metern Höhe (rechte Skala). In Stuttgart ist die Inversion noch etwas stärker ausgeprägt und liegt dort bei ca. 750 hPa in etwa 2500 Metern Höhe. Dort verlaufen also die Grenzen zwischen kalter Luft unten und warmer Luft oben. Es handelt sich in beiden Fällen um Inversionen in höheren Schichten, in der sogenannten freien Atmosphäre. Diese nennt man Höheninversion oder auch Absinkinversion, da sie durch das Absinken in einem Hochdruckgebiet zu Stande kommt. Weiterhin gibt es noch die Bodeninversion, die durch die nächtliche Abkühlung am Boden entsteht. Sie ist in Radiosondenaufstiegen dementsprechend weiter unten auszumachen.

Zwei Beispiele, was nun durch eine Inversion passieren kann.

1. Sich ausbreitende Quellwolken

Bilden sich in der unteren Schicht Quellwolken, dann können sie in die Höhe nur bis zur Inversion anwachsen. Sie stoßen sich bildlich gesehen von unten den Kopf an diesem Deckel. Die einzige Möglichkeit, sich weiter auszuweiten, ist in die Breite zu gehen. Sie verschmelzen dann gerne mit weiteren Quellwolken und so kann am Ende der Himmel nach einem sonnigen Tagesanfang komplett bedeckt sein. Diese horizontale Ausbreitung konnte man gestern sehr gut über Deutschland beobachten.

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Hier geht es zu unseren Satellitenbildern.

 

2. Nebel und Hochnebel

Wenn sich in den langen Herbst- und Winternächten die Luft abkühlt, dann bildet sich gerne Nebel, da sich die Luft oft bis unter den Taupunkt abkühlen kann (Was ist der Taupunkt?). Kalte Luft kann weniger Wasserdampf aufnehmen als warme. Wird die Luft also kälter, ist irgendwann der Sättigungspunkt erreicht. Die Luft kann den überschüssigen Wasserdampf nicht mehr halten, er kondensiert, es entsteht Nebel. Übrigens entstehen Wolken auf genau diese Art. Daher ist Nebel auch nichts anderes als eine Wolke am Boden.

Zurück zur Inversion. Hat sich nun also unter dem Deckel Nebel gebildet, dann kann dieser (ebenso wie die Quellwolken) nur bis zu einer bestimmten Höhe (bis zum Deckel) anwachsen. Tagsüber lösen sich Nebel und Hochnebel oft nur langsam und zäh auf, da die Sonne zu dieser Jahreszeit nicht mehr hoch genug steht, um die kalte Luft am Boden ausreichend zu erwärmen. Gleichzeitig ist es in einem Hoch in der Regel auch windschwach. Wind könnte sonst ebenfalls helfen, die beiden Luftschichten zu vermischen, den Nebel und die Inversion aufzulösen.  Bei einem beständigen Hoch kann es daher in tieferen Lagen oft tagelang nur graues, kaltes Einheitsgrau geben, während auf den Bergen (über dem Deckel) strahlend blaues und mildes Wetter herrscht.

Photo by Steve Partridge [CC BY-SA 2.0]

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