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26.02.2021
Finale Stratosphärenerwärmung naht
Der stratosphärische Polarwirbel (in der mittleren und oberen Stratosphäre, in Höhen von etwa 23 bis 31 km bzw. 50 bis 10 hPa am stärksten ausgeprägt) stand ja in diesem Winter mehrmals im meteorologischen, aber auch medialen Fokus. So haben sowohl die plötzliche Stratosphärenerwärmung (so genanntes Major warming (SSW), vollständige Windumkehr der zonalen (West-)Winde auf Ostwinde in 10 hPa, zonal gemittelt auf 60 Grad Nord) am 05.Januar 2021 sowie zwei weitere Ereignisse mit nahezu vollständiger Windumkehr Mitte Januar und Anfang Februar zu einer nachhaltigen Schwächung des stratosphärischen Polarwirbels geführt. Die Folge war ebenso eine zeitversetzte dynamische Kopplung mit der troposphärischen Zirkulation, d.h. ein zunehmend negativer Index der Arktischen Oszillation (AO) und der Nordatlantischen Oszillation (NAO, zu den Indizes siehe auch https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/lexikon_node.html). Dies wirkte sich aus durch vermehrte Kaltluftausbrüche in Nord- und Nordosteuropa, vorübergehend auch in Mitteleuropa sowie später in Teilen Nordamerikas.

Jedes Frühjahr wechselt der stratosphärische Polarwirbel von seinem Winterzustand (mit vorwiegend westlichen Winden) in seinen Sommermodus mit östlichen Winden, aufgrund saisonaler Veränderungen der eintreffenden Sonnenstrahlung (Ende der Polarnacht), ein Ereignis, das als "finale stratosphärische Erwärmung" (FSW) oder auch Zusammenbruch des stratosphärischen Polarwirbels bekannt ist. Diese FSW tritt im Mittel um den 12.April ein, Ereignisse davor werden als frühes, danach als spätes FSW bezeichnet. Die zeitversetzten Auswirkungen auf die troposphärische Zirkulation sind ähnlich wie bei winterlichen Stratosphärenerwärmungen, d.h. AO und auch NAO-Index tendieren zu negativen Werten. Für die Großwetterlage im atlantisch-europäischen Raum führt das zur Ausbildung von mehr oder weniger persistent hohem Luftdruck über Grönland, der Arktis, teils auch vom Nordmeer bis nach Skandinavien (mit meridionalem Strömungsmuster und folglich Ausfließen von arktischen Luftmassen relativ weit nach Süden). Diese Konstellation führt in Mitteleuropa mitunter zu späten Kaltlufteinbrüchen mit Nachtfrösten, oft verbunden mit länger anhaltendem Hochdruckwetter.

Zusätzlich findet man in der Fachliteratur unterschiedliche Auswirkungen bezüglich frühem oder spätem FSW. Demnach führt ein früher FSW zu einem abrupten Nachlassen bzw. auch zu einer Umkehr der West- auf Ostwinde in der mittleren und oberen Stratosphäre. Damit wird eine stärkere Kopplung mit der Troposphäre postuliert, die sich zeitverzögert durch eine höhere Wahrscheinlichkeit längerer Phasen mit negativem AO-/ und NAO-Index auswirken kann. Die genauen Zusammenhänge sind aktuell noch Gegenstand von wissenschaftlichen Studien. In 2021 zeigen die längerfristigen Prognosen des EZMW-Modells in Reading für den zonalen Wind auf 10 hPa und zonal gemittelt auf 60 Grad Nord bis Anfang April im Mittel eher überdurchschnittliche Westwinde, einzelne Ensemble-Member gehen allerdings teils schon auf Windumkehr zu Ostwinden.

Ein weiterer Faktor zur Persistenz der durch die FSW hervorgerufenen, eher meridionalen Strömungsmuster ist die relativ starke Erwärmung der nördlichen Breiten (vor allem der Arktis) in den letzten Jahrzehnten. Damit schwächt sich der Temperaturunterschied zwischen niederen und hohen Breiten insgesamt ab und führt in der Folge auch zu einer saisonal unterschiedlich ausgeprägten Schwächung des Jet-Streams (siehe auch https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/lexikon_node.html), der wiederum die im Mittel zonale (westliche) Strömung über den mittleren Breiten aufrechthält. Dieser Umstand erschwert mitunter die (östliche) Verlagerung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Damit können gerade blockierende Wetterlagen (durch stationäre Hochdruckgebiete z.B. über Skandinavien) auch mal deutlich länger als normal anhalten.

Einen weiteren globalen Player stellt der ENSO-Zyklus dar, der einerseits in saisonalem Aspekt, andererseits mit der Tendenz zur (leichten) Verstärkung von blockierenden Wetterlagen (La Ninja-Phase) oder aber mehr zonalen (West-) Wetterlagen (EL Nino-Phase) in den mittleren Breiten in der Fachliteratur erwähnt wird.

In diesem Zusammenhang fällt die seit 2009 in Deutschland registrierte negative Abweichung (oder Anomalie) des mittleren Niederschlags im April auf, die teils erheblich ist (siehe Grafik anbei). Auch hier lohnen sich weitere Studien zu einer eventuellen Korrelation mit FSW-Ereignissen, aber auch überlagert mit anderen Faktoren (siehe oben).

In Bezug auf die negative Anomalie des Niederschlags, gerade im April kann es sich allerdings auch um eine so genannte Dekaden-Variabilität handeln (siehe negative Abweichung des Niederschlags im Jahrzehnt seit Beginn der Messungen bis nach 1890).

Zusammengefasst sind sicher komplexe Faktoren bzw. die Wechselwirkung letzterer für derartige Abweichungen verantwortlich. Nichtsdestotrotz erscheinen das weitere aufmerksame Verfolgen und auch die Ursachenforschung in diesem Bereich obligatorisch. Immerhin hat ein zu trockener April unmittelbare Auswirkungen in Bereichen wie z.B. Land-, Forst- oder auch Wasserwirtschaft.

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 26.02.2021

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