Teil 1 – Was zeichnet die Luftmassen Europas aus, wie erkennt man sie?
FREUER hat in seinem Beitrag „Luftmassen – was heißt das?“ (hier) schon die wesentlichen Grundlagen der Luftmassenbestimmung, deren Definition und Eigenschaften genannt; es ist sehr empfehlenswert, diesen vor den folgenden, vertiefenden Ausführungen zu lesen. Die Herkunft einer Luftmasse wird unter anderem mit Trajektorien bestimmt. Als Trajektorie (Luftbahn) bezeichnet man die Bahn, die ein einzeln betrachtetes Luftpartikel in einem gewissen Zeitraum durchläuft. Das bedeutet, dass die Trajektorie alle Orte verbindet, die ein Teilchen während seiner Bewegung einmal berührt hat. Durch die Berechnung von Trajektorien lässt sich u.a. die Herkunft und die weitere Verfrachtung von Luftverunreinigungen bestimmen. Schematisch sei das an zwei Grafiken für die typischen Wege warmer und kalter Luftmassen nach Mitteleuropa gezeigt:
Abbildungen 1a und 1b: In der oberen Abbildung (1a) erkennt man die Herkunftsgebiete der in Europa vorkommenden warmen Luftmassen sowie deren typische Wege und Umwandlungen im Herbst. In 1b (unten) Selbiges für kalte Luftmassen im Winter. Die Nomenklatur der Luftmassen wird an späterer Stelle in einer Tabelle erläutert. Es können nur typische Fälle gezeigt werden; Einzelfälle verlaufen mitunter anders. So kann mP auch aus Nordosten über die Ostsee nach Deutschland gelangen, und cS kann bei starkem Föhn auch am Alpennordrand oder bei sehr starkem Absinken in einem Hochdruckgebiet mitunter sogar über Norddeutschland entstehen. Bildquelle beider Abbildungen (1)
Wesentliche Luftmasseneigenschaften sind Temperatur, Wasserdampfgehalt, Verunreinigungen (Staub, Pollen, Salzkristalle, Schwefel- und Stickoxide), Durchsichtigkeit, Wolkenbild, Intensität des Himmelsblaus, Niederschlagsverhalten und vertikale Schichtung. In der Bioklimatologie ist die Schwüle, eine Kombination aus hoher Lufttemperatur und hohem Wasserdampfgehalt, ein gängiger Begriff:
Abbildung 2: Als ein Grenzwert, ab dem Schwüle beginnt, wird ein Taupunkt von 16 °C angenommen, was unter Normalbedingungen einer absoluten Luftfeuchtigkeit von 13,5 g Wasserdampf pro Kubikmeter Luft entspricht. Bedeutsam ist die Schwüle in unseren Breiten etwa von April bis Oktober. Bildquelle hr-Fernsehen.de, Sendung vom 20.07.2020
Zur Klassifikation der Luftmassen nach ihrer Temperatur und ihrer pseudopotentiellen Temperatur wurden vom Meteorologischen Institut der FU Berlin Tabellen entwickelt; hier sei das für das 850 hPa-Niveau im Winterhalbjahr gezeigt (entspricht in etwa 1500 Metern Höhe):
Abbildung 3: Tabelle zur Luftmassenbestimmung im 850-hPa-Niveau (Radiosonde) für das Winterhalbjahr. Schwarz Lufttemperatur in dieser Höhe, darunter blau die pseudopotentielle Temperatur. Fett markiert sind die Mittelwerte des Intervalls für die jeweilige Luftmasse. Je südlicher die Herkunft der Luftmasse, desto höher sind die Werte. Bildquelle (1)
Auch der Staubgehalt variiert je nach Luftmasse stark:
Abbildung 4: Staubgehalte einiger Luftmassen in Mikrogramm je Kubikmeter Luft. 1 Mikrogramm (μg) = 1 Millionstel Gramm = 10−6 g. Nach PELZ, Bildquelle (2)
Seit den 1980er Jahren nahm die Staubbelastung der Luft stark ab, was mit einer zunehmenden Sichtweite einherging:
Abbildungen 5a und 5b: Nach dem Höhepunkt der Staubbelastung um 1970 nahm diese in Berlin-Dahlem stark ab; Jahresmittel in Mikrogramm je m³ Luft (oben, 5a). Nach 1970 stieg am selben Ort die Sichtweite in Km (Jahresmittel) stark an; besonders ab dem Ende der 1980er Jahre (unten, 5b). Leider enden diese Beobachtungen in den 1990er Jahren; doch dürften seitdem der Staubgehalt noch weiter ab- und die Sichtweite weiter zugenommen haben. Bildquellen (3)
Das Ganze erinnert an den „Klimasprung“ Ende der 1980er/Anfang der 1990er Jahre mit mehr und intensiverer Besonnung; worauf im Teil 2 noch näher eingegangen wird. Luftmassen können labil oder stabil geschichtet sein. Ersteres begünstigt die Durchmischung der Luft (Thermik) und kann bei genügend Wasserdampfgehalt zu Schauern und Gewittern führen; Letzteres geht oft mit einer Temperaturzunahme nach oben und Flaute am Boden einher; was sich nicht selten an Dunst, Nebel und Hochnebel erkennen lässt. Im Winter kann diese stabile Schichtung in Bodennähe eine ganz andere Luftmasse vortäuschen, als reell vorhanden; das ist bei der Luftmassenbestimmung unbedingt zu beachten:
Abbildung 6: Am Spätwintermorgen des 27. Februars 1948 herrschten in Thüringen enorme, höhenbedingte Temperaturunterschiede durch Inversion. Mit „+“ sind alle Gebiete über minus 6, mit „–„ solche unter minus 12°C gekennzeichnet. Während auf dem Rennsteig (Oberhof) nur etwa minus 4°C gemessen wurden, waren es in der Senke bei Arnstadt unter minus 20°C – das ist eine Temperaturdifferenz von mehr als 16 Kelvin auf kaum mehr als 600 Meter Höhendifferenz; räumlich sind beide Orte kaum 20 Km Luftlinie voneinander entfernt. Das Temperaturminimum von unter minus 20°C würde der Luftmasse cA entsprechen – aber es entstand nur durch nächtliche Ausstrahlung bei klarem Himmel in einer kontinentalen Subpolarluft und wurde bald von der Vorfrühlingssonne weggeheizt – nachmittags herrschte in Arnstadt leichtes Tauwetter. Bildquelle (4), ergänzt.
Dieses Einzelbeispiel verdeutlicht die Schwierigkeit, jeder Luftmasse in der Grundschicht, in welcher wir ja nun mal leben und auch die DWD-Temperaturen für die „normalen“ Wetterberichte gemessen werden, einen Temperaturbereich zuzuweisen. Denn Sonnenscheindauer, Exposition, Hanglage, Oberflächenbeschaffenheit, Bewuchs oder Bebauung beeinflussen die bodennahen Temperaturverhältnisse stark. Hinzu kommen die Jahreszeiten; manche Luftmassen zeigen im Winter ein gänzlich anderes Temperaturverhalten, als im Sommer. Außerdem verfälschen Stau und Föhn die Luftmasseneigenschaften oft stark; Näheres unter (6) und (7).
Abbildungen 7a und b: Temperaturintervalle der Luftassen in den beiden Hauptjahreszeiten Winter (7a, oben) und Sommer (7b, unten) nach den Erfahrungen des Autors. Die großen Variationen resultieren im Winter vor allem aus den unterschiedlichen nächtlichen Bewölkungsverhältnissen (je klarer, desto kälter!) und den unterschiedlichen Wegen der Luftmassen nach Mitteleuropa; im Sommer kommt noch die Sonnenscheindauer hinzu (je sonniger, desto wärmer!). Auf die noch viel komplizierteren Übergangsjahreszeiten kann hier nicht eingegangen werden.
So kann die Luftmasse mP an einem windigen, trüben, regnerischen Sommertag nur Temperaturmaxima von 10 bis kaum 15°C (Flachland) erreichen; während bei voller Sonne und schwachem Wind angenehme 20 bis 23°C, ganz selten sogar fast 25°C, möglich sind. Und in klaren, windstillen Winternächten kann sich cP über einer Schneedecke auf unter minus 20°C abkühlen, während in trüben, windigen Nächten nur Werte um oder etwas unter minus 5°C möglich sind. Die folgende Tabelle zeigt weitere, wesentliche Luftmassen-Merkmale:
Abschließend sollen noch einige Fotos zur visuellen Veranschaulichung der Luftmasseneigenschaften gezeigt werden. Besonders alle Gläubigen der CO2-Klimaerwärmung sollten diese genau betrachten. Denn sie zeigen die WAHREN Beeinflusser unseres Klimas – Wolken und feste Luftbeimengungen.
Arktische Meeresluft (mA) mit kräftiger Quellbewölkung, guter Fernsicht und Graupelschauer, der als Fallstreifen sichtbar wird. Foto: Stefan Kämpfe
Arktikluft (xA) verursacht mitunter noch spät im Frühjahr kräftige Schneeschauer. Foto: Stefan Kämpfe
Kontinentale Subpolarluft (cP) unter Hochdruckeinfluss. Nach gefrierendem Nebel mäßiges Himmelsblau und mäßige Fernsicht. Foto: Stefan Kämpfe
Maritime Subpolarluft (mP) bei leichtem Hochdruckeinfluss. Foto: Stefan Kämpfe
Subpolarluft (xP) unter Hochdruckeinfluss. Meist gute Fernsicht bei ganz schwachem Dunst und mäßiger Quellbewölkung. Foto: Stefan Kämpfe
Kontinental gealterte Subpolarluft (cPs) unter Hochdruckeinfluss. In dieser im Hochsommer extrem trockenen Luftmasse entwickeln sich bei kräftigem Himmelsblau trotz guter Thermik oft nur spärliche Quellwolken, meist sehr gute Fernsicht. Foto: Stefan Kämpfe
Gealterte Subpolarluft (xPs) unter Hochdruckeinfluss. Diese oft aus mP über Mitteleuropa entstehende Luftmasse ist häufig etwas dunstig und weist fast stets Quellbewölkung auf, hier Cumulus fractus. Nicht selten wirkt die Lichtstimmung etwas kraftlos und bleiern; Fernaufnahmen gelingen nur selten; doch kann xPs mitunter auch sehr klar und mit intensivem Himmelsblau auftreten. Foto: Stefan Kämpfe
Erwärmte maritime Subpolarluft (mPs) unter Zwischenhocheinfluss. Mehr oder weniger kräftige Schichthaufenwolken bei oft guter Fernsicht und kräftigem Himmelsblau sind typisch. Da die Erwärmung dieser Luftmasse von unten erfolgt, weist sie in der Regel sehr starke vertikale Temperaturgradienten auf, was zu jeder Jahreszeit zu häufigen Schauern und Gewittern in dieser Luftmasse führt. Foto: Stefan Kämpfe
Kontinental gealterte Warmluft (cSp) im Herbst unter Hochdruckeinfluss. Morgendliche, meist flache Dunst- und Nebelfelder verschwinden auch in der kälteren Jahreszeit abseits der Flusstäler stets tagsüber; dann kann in dieser trockenen, fast immer sonnigen Luftmasse eine mitunter gute Fernsicht herrschen. Foto: Stefan Kämpfe
Warmluft (xSp) in einem Warmsektor mit Lenticularis-Wolken bei leichtem Föhn. Foto: Stefan Kämpfe
Kontinentale Subtropikluft (cS) unter Hochdruckeinfluss bei schwachem Föhn. Relativ gute Fernsicht und mäßiges Himmelsblau; diese Luftmasse kann öfters völlig wolkenlos sein. Foto: Stefan Kämpfe
Subtropikluft (xS) in einem Warmsektor. Mehr oder weniger dichte Cirrus-Felder, oft durch den Luftverkehr verstärkt, dazu Altocumuli bei deutlichem Ferndunst. Foto: Stefan Kämpfe
Subtropische Meeresluft (mS) unter schwachem Hochdruckeinfluss. Die meist tiefen Schicht- und Schichthaufenwolken lockern selten einmal auf; aber gerade im Winterhalbjahr herrscht eine gute Fernsicht. Foto: Stefan Kämpfe
Quellennachweis und weiterführende Literatur (nicht im Internet verfügbar)
- Geb, M.: Klimatologische Grundlagen der Luftmassenbestimmung in Mitteleuropa. Beilage SO 7/81 zur Berliner Wetterkarte des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin, 1981
- Pelz, J.: Luftmassen und Luftbeimengungen in Berlin-Dahlem. Beilage SO 7/94 zur Berliner Wetterkarte des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin, 1994
- Pelz, J.: Das Zeitverhalten des Schwebstaubes und der Niederschlagsbeimengungen in Berlin-Dahlem. Beilage SO 4/93 zur Berliner Wetterkarte des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin, 1993
- Koch, H. G.: Wetterheimatkunde von Thüringen. Jena 1953, Gustav-Fischer-Verlag
- Kämpfe, S.: Die Horizontalsichtweite – Anmerkungen zu einer interessanten meteorologischen Größe. Beilage Nr. 53/1999 zur Wetterkarte des Deutschen Wetterdienstes (Amtsblatt)
- Kämpfe, S.: Stau und Föhn in Thüringen. Beilage Nr. 25/1998 zur Wetterkarte des Deutschen Wetterdienstes (Amtsblatt)
- Kämpfe, S.: Nebel in Thüringen. Beilage Nr. 179/1997 zur Wetterkarte des Deutschen Wetterdienstes (Amtsblatt)
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Sehr geehrter Herr Burger,
sobald es eine Wolke gibt, wirkt die wie ein Spiegel (oder wie eine „Warmhaltefolie“): Sie reflektiert die vom Erdboden ausgehende IR-Strahlung zum Boden zurück – es kühlt kaum ab. Ähnlich, wenngleich schwächer, wirken Aerosole und Staub. Aber Wolke ist nicht gleich Wolke (siehe WMO-Wolkenschlüssel). Am stärksten „wärmen“ nachts die tiefen Wolken (oder gar Nebel), am wenigsten die hohen Cirrus-Wolken. Tagsüber ist es umgekehrt – die tiefen Wolken reflektieren das einfallende Sonnenlicht am stärksten in den Weltraum oder absorbieren es in der Wolke – am Boden kommt nur wenig kurzwellige Strahlung an – es bleibt kühl. Das ist aber noch ein weites Forschungsfeld mit vielen offenen Fragen und erklärt, warum Klimamodelle so ungenau sind – die Wirkung der Wolken wird nicht oder nicht richtig ins Modell „eingegeben“. Abschließend noch der Hinweis, dass sich Gasmoleküle anders verhalten.
Hilfreich, hier etwas über Luftmassen zu erfahren, wo doch bekanntlich unsere Atmosphäre nur aus dem anthropogenen Spurengas CO2 besteht. Des weiteren wird nur zugelassen, was eine positive Rückkopplung macht! Der IPCC und vor allem die Potsdämlichen bestimmen schon länger, was die Atmosphäre samt Temperaturen gefälligst zu tun und zu lassen haben!
Daher ist es höchst nützlich zu erfahren, was die guten alten Luftmassen alles bewirken können! Und immer wieder verblüffend, wie die Temperaturen in den Keller gehen, wenn nachts bei wolkenfreiem Himmel „ungetrübte“ Abstrahlung in den Weltraum herrscht. Das anthropogene CO2 kennt da kein Mitleid. Ähnlich wie die grünen Klimazombies, die mir mein einzig mögliches Gegenmittel, die Ölheizung, um jeden aber auch jeden (CO2)-Preis abspenstig machen. Fahrt zur Hölle…
„Und immer wieder verblüffend, wie die Temperaturen in den Keller gehen, wenn nachts bei wolkenfreiem Himmel „ungetrübte“ Abstrahlung in den Weltraum herrscht.“
Genau das ist ein wesentliches Argument gegen eine wesentliche Erwärmungswirkung des CO2 – man schaue sich bloß mal die Nachttemperaturen um die Monatswende März/April 2020 oder bei einigen Nächten im Mai, Juli und September an: Am ersten April teilweise unter minus 8°C; alle Kirschpflaumen-Blüten total erfroren; im Mai Spätfröste; fast in ganz Niedersachsen retteten nur Frostschutzregner die Obsternte; im Juli stellenweise Bodenfröste und um den 18. September schon vereinzelte Frühfröste. Noch Fragen???
Sehr geehrter Herr Kämpfe,
keine Fragen und meinerseits auch keine Anmerkungen mehr, da Sie den Unterschied zwischen Wetter und Klima augenscheinlich nicht verstehen wollen oder können.
Schon der Begriff Erwärmungswirkung des CO2 … ebenso hat demzufolge das Kissen auf der kalten Sitzbank eine Erwärmungswirkung.
Aber lassen wir es.
Ihnen weiterhin alles Gute!
Gruß W. Burger
„keine Fragen und meinerseits auch keine Anmerkungen mehr, da Sie den Unterschied zwischen Wetter und Klima augenscheinlich nicht verstehen wollen oder können.“
Sehr geehrter Herr Burger, Sie verstehen ihn offenbar noch weniger. Denn die Beispielliste der fehlenden „Treibhauswirkung“ ließe sich leicht erweitern – so um den kalten Februar und März 2018. Und bei genügend Fällen wird dann eben aus „Wetter“ Klima – und dass 2020 insgesamt sehr warm ausfallen wird, verdanken wir auch nicht einer bevorstehenden CO2-Klimakatastrophe, sondern der sehr überreichlichen Sonnenscheindauer.
Herr Burger, schon ziemlich billig, Herrn Kämpfe in die dumme Ecke stellen zu wollen, der von seinem Gebiet deutlich mehr versteht als andere. Es ist immer wieder eine frappierende Tatsache, wie wenig das CO2, und insbesondere das anthropogene CO2, zur Warmhaltung oder Erwärmung beiträgt, wenn nachts der Himmel klar ist und die Luft aufgrund der niedrigen Temperaturen trockener. Wenn sie so wollen, ist dies eine sehr einfache „Messung“ der Temperatur(un)wirksamkeit von CO2 im Vergleich zu den anderen athmosphärischen Einflüssen wie Wolken, Wasserdampf und Aerosolen – und zwar mit nur wenigen Temperaturablesungen nachts und zum Tagesmaximum. Die Tag/Nachtunterschiede, wie ich zufällig im September abgelesen habe, erhöhen sich von nur etwa 9 zu 12 Grad bei Bewölkung auf locker 0 zu 20 Grad bei klarem Himmel, wenn überwiegend nur das CO2 wirksam ist. Wie kann man da nur auf die Idee kommen, mit dem Unterschied von Wetter und Klima zu argumentieren? Spricht wirklich nicht unbedingt für Durchblick…
Sehr geehrter Herr Dr. Ullrich. Wenn Sie meine Kommentare lesen, werden Sie feststellen, dass ich niemanden in eine Ecke stelle, dass ich die Welt nicht in Leugner und Alarmisten einteile und dass ich mich um einen sachlichen Ton bemühe. Die Herren Kowatsch und Kämpfe habe ich wiederholt für ihre Fleißarbeit bei der Analyse von Wetterdaten gelobt. Ich kann auch vieles unterschreiben, was K&K zum Beispiel zum Thema Naturschutz und Flächenversiegelung sagen.
Aber ich traue mich auch, darauf hinzuweisen, dass ich die Schlussfolgerungen mit Blick auf das Klima nicht immer nachvollziehen kann. Auch im obigen Kommentar: In Deutschland haben wir in jedem Monat ein Temperaturspektrum von 35 bis 40 Grad. Nachtfrost im Juni ebenso wie 39 Grad Plus. Die Erwärmung durch den Klimawandel ändert nichts an diesem Spektrum und glättet auch die Ausschläge nach oben und unten nicht. Selbst bei einer globalen Erwärmung um 10 Grad hätten wir in Deutschland bei passender Großwetterlage immer noch Frost im Januar und Februar, durchaus auch bitter kalte Winter mit Eis und Schnee. Langfristige Wetteraufzeichnungen belegen aber auch, dass seit dem Ende des 19. Jahrhunderts die Auschläge nach unten weniger häufig und weniger tief geworden sind und die Temperaturrekorde im Plusbereich zunehmen – das alles aber weder zeitlich linear noch räumlich gleichförmig, weil auf das Wetter/die Temperatur viele Faktoren wirken. Denken Sie nur mal an den Föhn im Alpenraum usw. …
Dass eine Wolkendecke tagsüber eher kühlt, weil sie die Sonne schwächt, und nachts eher kühlt, weil sie die Abstrahlung von Bodenwärme behindert, ist Allgemeinwissen, denke ich.
An dem Punkt frage ich Sie, Herr Dr. Ullrich: Wie „macht“ das die Wolkendecke eigentlich? Im Fall der Wolke müssten ja die Wassertröpfchen, also im Grunde H20 Moleküle, irgendwie die Wärmestrahlung einfangen und zurück zum Boden schicken. Ist das soweit richtig? Wenn ja, warum sollte dann ein CO2 Molekül das nicht tun können?
Verstehen Sie diese Fragen bitte nicht als Provokation. Ich bin in puncto Klima und Physik Laie und verfolge die Diskussionen unter anderem auf Eike gerne, weil ich etwas lernen möchte. Und weil ich eben auch PIK und IPCC nicht blind glaube und schon gar nicht der politischen Agenda, die aus wissenschaftlichen Modellen abgeleitet wird.
So. Das war jetzt mein Wort zum Sonntag. Schönes Wochenende.
W.B.
Mit solch komplexen Zusammenhängen beschäftigt sich die „97%-Klimawissenschaft im Konsens“ doch nicht, um Gottes Willen …
Die sind bekanntlich der Meinung, an jedem Punkt der Erde herrschen permanent und konstant jene Zustände, die in der auch von IPCC vertretenen Grafik von Trenberth/Kiehl dargestellt sind!
