Analyse des Polarwirbels - Anhaltende Schwäche als mögliche Grundlage für den Winter

Immer wieder Sonntags - unser neues Format, das tiefer in die Meteorologie eintaucht und Zusammenhänge der kommenden Wetterentwicklung besser erklärt. Das ist nun die dritte Ausgabe und wir hätten nicht gedacht, dass dieses Format so eine unglaubliche Resonanz auslöst. Allein die letzte Ausgabe brachte so viele tolle Rückmeldungen, welche wir aus zeitlichen Gründen leider nicht alle beantworten können. Deshalb unser großer Dank an dieser Stelle!

Blockade auf dem Atlantik, ungewöhnlich warmes Herbstwetter über Deutschland

Das wetteraktive Hoch über Grönland triggert die Grundströmung. Zum einen wird die atlantische Frontalzone blockiert und eine Westwetterlage ist im Verlauf der kommenden Woche ein Ding der Unmöglichkeit. Die Zirkulation ist vollständig gestört und es stellt sich ein meridionaler Verlauf der Grundströmung ein (Nord-Süd; Süd-Nord). Da sich über Skandinavien kalte Luft angesammelt hat (Kiruna: Tag -13 Grad; Nacht -16 Grad), drängt diese mit der meridionalen Grundströmung nach Süden und hat bereits den Norden erreicht, der mit +5 bis +10 Grad bereits deutlich kühler ist als der Süden mit +10 bis +15 Grad.

Zum Start in die neue Woche trogt das Kaltluftsystem über Skandinavien bis an die Alpen aus und intensiviert sich im Wochenverlauf, was die Schneefallgrenze bis auf die mittleren Lagen absinken lässt. Aber auch über tieferen Lagen lässt sich der eine oder andere Schnee- oder Graupelschauer - dank der Höhenkälte - nicht ausschließen. Oberhalb von 600 bis 900 Meter können mancherorts winterliche Wetterbedingungen erwartet werden. Doch bitte nicht falsch verstehen - es handelt sich um eine nasskalte Wetterentwicklung mit einem frühwinterlichen Geplänkel. Ein Durchbruch des Winters ist das in der Fläche nicht - nur über dem Alpenvorland und den Alpen kann es richtig winterlich werden.

Analyse der Vorhersagemodelle: Polarwirbel bleibt anfällig für Störungen, Winterwetter nicht ausgeschlossen

Schaut man sich die obenstehenden Wetterkarten noch einmal genauer an, so erkennt man, dass vom wetterwirksamen Hoch über Grönland bis zum 24. November nicht mehr viel übrig ist und sich seiner statt der Polarwirbel zwischen Kanada und Grönland breit macht. Gleichzeitig zieht sich das Azorenhoch nach Süden zurück.

Entscheidende Wetterentwicklung

Die Blockade auf dem Atlantik bricht zusammen und mithilfe arktischer Kaltluftmassen - welche über dem östlichen Kanada nach Süden geführt werden - stabilisiert sich der Polarwirbel und regeneriert durch die Temperaturgegensätze auf dem Atlantik die Frontalzone. Das ist ein entscheidender Vorgang, welcher das Wetter bis weit in den Dezember hinein beeinflussen kann. Denn kommt das System erst einmal in Schwung, wird es nicht mehr so leicht zu bremsen sein und etabliert für einen Zeitraum von 7 bis 14 Tagen, manches Mal aber auch von bis zu 21 Tagen die Westwetterlage mit viel Wind, Regen und gemäßigte bis zu hohe Temperaturen das unbeständige Wetter bringt.

Westwetterlagen - die auch eine reaktive Tiefdruckrinne von Neufundland bis Skandinavien aufbauen kann - sind seit 2012 stark rückläufig und treten seit 2018 kaum mehr in Erscheinung und wurden durch meridionale Verlaufsmuster ersetzt. Dabei ist die Westwetterlage die eigentlich normale Zirkulation. Anders formuliert - immer wenn die Westwetterlage von den Vorhersage-Modellen simuliert wird, kann man das zur Kenntnis nehmen, doch infrage stellen. Denn genauso häufig wie Westwetterlagen simuliert werden, werden sie auch wieder verworfen. Nachfolgend einmal eine Gegenüberstellung, wie sich das in den letzten Jahrzehnten verändert hat.

Schwacher Polarwirbel

Die Vorhersage-Modelle berechnen zwar eine kurze Anlaufphase des Polarwirbels, doch sind die Störeinflüsse in Form von Hochdruckeinschüben bis Dezember teils markant. Allen voran das amerikanische Wettermodell, welches heute erneut um den 26. November den Ansatz eines Polarwirbelsplits berechnet.

Die Splitachse erfolgt auf dem Atlantik und somit westlich von Europa. Infolge dessen ergibt sich ein neuerlicher Vorstoß arktischer Kaltluftmassen, welcher erneut winterliche Wettererscheinungen bis auf die mittleren Lagen bringen kann. Das Temperaturniveau aber bleibt mit +1 bis +8 Grad nasskalter Prägung. Aber ja, das was das amerikanische Wettermodell berechnet geht im Hinblick auf den Winter in die richtige Richtung, was insbesondere die Alpenregion allmählich einwintern lässt.

Die regenerative und instabile Phase

Die Wetterprognose des europäischen Wettermodells setzt heute auf eine weder noch Entwicklung. Alles ist möglich und nichts ist auszuschließen. Das gilt sowohl für den Ansatz eines Polarwirbelsplits zum 27. November als auch für die Stabilisierung des Polarwirbels und die nachfolgende Regenerierung der Frontalzone. Keine klaren Akzente, was eine unbeständige und Anfang Dezember auch zu warme Wetterentwicklung zur Folge hat.

Zusammenfassung Wetterprognose der Vorhersagemodelle

• Wetterwirksames Grönlandhoch löst sich auf
• Polarwirbel und Frontalzone in einer kurzen Regenerierungsphase
• Schwächung des Polarwirbels zum 27. November
• Möglicher Ansatz eines Polarwirbelsplits
• Insgesamt nasskaltes Wetter
• Keine Westwetterlage
• Optionales Winterwetter bis auf die mittleren Lagen herab
• Die höheren Lagen wintern bis Dezember allmählich ein

Analyse der Randfaktoren

Die Randfaktoren geben Aufschluss über den Zustand des Polarwirbels, der Frontalzone und des Strömungsverlaufs. Beginnend mit dem NAO-Index, welcher Aufschluss über das Verhältnis zwischen dem Azorenhoch und dem Islandtief gibt. Ein positiver NAO ist ein Indiz für einen aktiven Polarwirbel und die Frontalzone. Ist der NAO-Index neutral, rücken Nordwest- oder Südwestwetterlagen in den Fokus. Ist der Indexwert hingegen negativ, hat die Frontalzone ein Problem und winterliche Wetterlagen werden wahrscheinlicher.

Negativer NAO-Index

Der NAO-Index ist seit Mitte Oktober deutlich negativ und erreicht mit dem wetteraktiven Grönlandhoch und der absoluten Blockade auf dem Atlantik zum Start in die neue Woche den tiefsten Wert seit 6 Monaten. Nachfolgend geht es wieder aufwärts und es zeigt sich bis Dezember ein leicht positiver Trend. Der Polarwirbel wird nicht untätig bleiben und arbeitet weiter an seiner Stabilität, doch ist dieser noch weit davon entfernt, die Wetterküche auf dem Atlantik auf Hochtouren laufen zu lassen. Die Rückschlüsse daraus sind entweder warme Südwest- oder nasskalte Nordwestwetterlagen, was den höheren Lagen weiteren Neuschnee bringen kann.

Clusteranalyse

Die Clusteranalyse gibt Aufschluss darüber, ob sich eine erneute Blockade - und damit auch ein instabiler Polarwirbel - wird einstellen können oder ob sich der Polarwirbel stabilisiert und die Frontalzone regenerieren kann. Nach den aktuellen Berechnungen gibt es nur noch 9 unterschiedliche Entwicklungsmöglichkeiten (letzten Sonntag: 12, zuvor 18). Rund 33 Prozent entfallen auf das Cluster eines negativen NAO-Index, 33 Prozent auf einen positiven NAO-Index und 33 Prozent auf ein Blocking.

Das bestärkt die Unsicherheiten und die Zuspitzung der kommenden Wetterlage, welche wir gerne als Hop-oder-Top-Prinzip bezeichnen. Alles kann, nichts ist unmöglich.

Zusammenfassung Randfaktoren

• Keine klaren Rückschlüsse der Randfaktoren
• Alles ist möglich
• NAO-Index wird neutraler, was Südwest- oder Nordwestwetterlagen ins Spiel bringt

Analyse Zustand des Polarwirbels

Ein weiterer Randfaktor ist der AO-Index, welcher vereinfacht ausgedrückt den Zustand des Polarwirbels widerspiegelt. Der AO-Index ist seit dem 10. Oktober überwiegend negativer Ausprägung und erreicht zum 17. November einen Tiefpunkt. Nachfolgend hat der AO-Index einen positiven Trend und erreicht zum 26. November deutlich positive Werte, sackt nachfolgend jedoch wieder in den neutralen Bereich - mit negativem Entwicklungstrend - ab.

Würde sich der Polarwirbel stabilisieren, so wäre der AO-Index durchweg positiv. Der kurze Ausschlag in den positiven Bereich hingegen lässt den Rückschluss zum bereits von den Vorhersage-Modellen berechneten Ansatz eines Polarwirbelsplits zu. Also ja, der Polarwirbel bleibt schwach, bzw. wird sich wohl nicht so schnell stabilisieren können.

Warum ist der Polarwirbel so schwach? Als stabil gilt der Stratosphärenwirbel, wenn die Winde mit +130 bis +190 km/h ihre Kreise gegen den Uhrzeigersinn drehen (von West nach Ost). Es wäre demnach also nur eine Frage der Zeit, bis sich die unteren Schichten des Polarwirbels regenerieren können. Sind die Winde hingegen schwach (alles unter +70 km/h), so stimmt etwas nicht mit der Struktur des Stratosphärenwirbels. Werden die Winde hingegen negativ, bricht der Stratosphärenwirbel zusammen und wird rund 7 bis 14 Tage später auch die unteren Schichten des Polarwirbels destabilisieren.

Die aktuellen Stratosphärenwinde betragen +75,6 km/h, schwächen sich zum 27. November auf +18,5 km/h ab und pendeln sich Anfang Dezember auf ein Spektrum zwischen +78,4 km/h und -36 km/h bei einem Mittelwert von +25 km/h ein. Damit liegen die Winde weit unter dem, was normal ist. Das bedeutet, dass sich die oberen - nicht wetteraktiven - Schichten des Polarwirbels nicht in dem Maße stabilisieren können, wie es Anfang Dezember üblich ist. Warum die Schwäche sich in der Gesamtstruktur des Polarwirbels zeigt, liegt zum einen am zurückgehenden arktischen Meereis, welches aktuell noch unter dem Rekordjahr von 2012 liegt. Damit fehlt das Eis für den Albedo-Effekt und der Polarwirbel kann sich erst später stabilisieren.

Ein zweiter Effekt ist der QBO, welcher bereits in eine östliche Phase eingetreten ist. Der QBO dreht die Winde in Stratosphärenhöhe von West-Ost auf Ost-West, was für diese Wintersaison vorgesehen ist. Der Beginn einer östlichen QBO-Phase bedeutet: In der tropischen unteren Stratosphäre wehen die Winde momentan in östlicher Richtung. Während einer Ost-Phase sind die äquatorialen zonalen Winde östlich gerichtet. Das beeinflusst u. a. die Dynamik der Tropen-Stratosphäre, Transportprozesse von Ozon und Wasserdampf und damit auch klimatische Rückkopplungen und in der Ost-Phase kann der vertikale Auftrieb Auswirkungen auf Stratosphären-Mixing haben. Der Ostwind wandert typischerweise nach unten im Druck-/Höhenprofil über die Monate hinweg. Ob das jetzt aber unmittelbar damit zusammenhängen mag, wird sich erst in den kommenden Wochen verifizieren lassen.

Kurz zu den Unterschieden zwischen einem Major-Warming in Stratosphärenhöhe (welches einen starken Temperaturanstieg und ebenfalls eine Windumkehr zur Folge hat) und einem QBO-Ost. Die QBO-Phase ist ein Hintergrundmodus und kein Ereignis. Ein Major-Warming ist ein dynamisches, episodisches Ereignis mit deutlicher thermodynamischer Störung im Polarwirbel. Der QBO kann die Kopplung zwischen Troposphäre und Stratosphäre beeinflussen, was die planetare Wellen leichter eindringen lassen und so die Wahrscheinlichkeit eines Polarwirbel-Kollapses erhöhen.

Ein QBO-Ost hat nicht immer ein Major-Warming in Stratosphärenhöhe zur Folge und der Zusammenhang ist probabilistisch, nicht deterministisch (zufällig, nicht zwingend).

Alle drei Faktoren aber verstärken wohl die Schwäche des Polarwirbels, was uns möglicherweise noch den gesamten Winter hinweg beschäftigen wird.

Zusammenfassung Analyse Zustand des Polarwirbels

• Stratosphärenwirbel schwach bis sehr schwach
• Minor-Warming zum 27. November
• QBO in der Ostphase
• Windumkehr nicht auszuschließen
• Polarwirbel bleibt in seiner Gesamtstruktur schwach (neutraler bis negativer AO-Index)

Fazit

Auch in dieser Analyse setzt sich die Schwäche des Polarwirbels weiter fort und bietet so die Grundlage für winterliche Wetterentwicklungen, deren Chancen bei einer gestörten Zirkulation zwar nicht zwingend, doch deutlich höher als bei einer zonal geführten Wetterlage sind (Westwetterlage).

Der Temperatursturz von bis zu 14 Grad ist zum Start in die neue Woche sehr wahrscheinlich. Die Temperaturanomalie schwankt vom 18. bis 26. November mit -2 bis -3 Grad und phasenweise mit bis -4 Grad in einem für die Jahreszeit zu kalten Bereich. Das Temperaturspektrum selbst schwankt mit +2 bis +6 Grad im nasskalten Spektrum. Bis Anfang Dezember setzt sich ein mit Tageswerten von +6 bis +8 Grad positiver Temperaturtrend durch.

Die Niederschlagstätigkeit ist über dem Norden und Westen mit Ausnahme vom 21. bis 23. November leicht bis mäßig erhöht. Ähnlich die Niederschlagsentwicklung über dem Süden und Osten, wobei die niederschlagsarme Zeit sich auf den 18. bis 22. November verlagert. Der Winter wird somit ab den mittleren Lagen möglich, zieht sich bis Dezember aber über die höheren Lagen zurück.

Es steht also für Freunde des Winterwetters eine spannende Wetterentwicklung bevor und auch sonst wird das Wetter die eine oder andere Überraschung bringen können.

Nächste Aktualisierung

• 20:15 Uhr: Aktualisierung und Ergänzung der Wetteranalyse an dieser Stelle

Update der Wetterprognose von 20:25 Uhr

Die Schneeprognose bis zum Ende der Woche bestätigt die über den tieferen Lagen nasskalte Wetterentwicklung. Ab den mittleren Lagen kann sich jedoch eine nennenswerte und an und über den Alpen mit 15 bis 45 cm auch eine beträchtliche Neuschneedecke ausbilden. Verbreitet aber wird sich ein frühwinterliches Geplänkel einstellen, bei dem sich auch bis auf die tieferen Lagen herab Schnee-, Schneeregen- oder Graupelschauer verirren können.

Die Schneeprognose ist immer mit einem gesunden Maß an Skepsis zu bewerten, insbesondere bei einer so knappen Kiste wie der kommenden. Sie ist jedoch eine gute Grundlage, um die Vorhersage in der nächsten Sonntagsanalyse einmal zu verifizieren, was tatsächlich an Neuschnee zusammengekommen ist und welches Modell das besser erfasst hat.

Rückgang des arktischen Meereises

Wir wurden im Laufe des Nachmittags mehrfach gefragt, ob wir nicht eine visuelle Gegenüberstellung vom Rückgang des arktischen Meereisschildes veröffentlichen können. Können wir, und das ist auch eine gute Idee, um die Schwäche des Polarwirbels mit einer anderen Methode zu erklären.

Der Westdrift entsteht an den Temperaturgegensätzen zwischen dem östlichen Kanada und Grönland, wo die arktischen Luftmassen auf den warmen Atlantik treffen und die Frontalzone auf Hochtouren laufen lassen (1). Dort ist der Rückgang des arktischen Meereises bemerkenswert, was auch die Schwäche der Frontalzone erklärt. Die Temperaturgegensätze verschieben sich weiter nach Norden und da ist dann Grönland im Weg.

Zudem fehlt das Eisschild bei (2), was einen höheren Einfluss auf den Albedo-Effekt hat - auch für den weiteren Verlauf des Winters haben kann. Die Karasee ist im Moment noch nahezu eisfrei, während diese im Vergleich schon Mitte November vollständig zugefroren war. Die fehlende Fläche wirkt sich dann zwangsläufig auf die Gesamtstabilität des Polarwirbels aus, auch auf den Zeitraum, in dem sich der Wirbel entwickeln kann. Das Ereignis eines rundlaufenden Polarwirbels beginnt später und endet früher.

Zusammenfassung: Wie lange hält die Schwäche des Polarwirbels noch an?

Die Vorhersage-Modelle schwenken heute Abend etwas um. Von den extremen Prognosen eines Polarwirbelsplits ist erwartungsgemäß kaum mehr etwas übrig. Dafür gewinnen die Varianten Zuspruch, welche den Polarwirbel bis Dezember runder laufen lassen. Das ist jetzt aber auch nur als vorläufiger Trend zu verstehen, der in den kommenden Tagen weiter verifiziert werden muss. Einerlei - im Resümee bestätigt sich der Temperaturanstieg von einem Tagesmittelwert von +1 bis +3 Grad vom 24. November auf +6 bis +9 Grad zum 2. Dezember.

Blick auf den Langfristtrend

Zum Abschluss noch ein schneller Blick auf die Langfristprognosen. Diese sind mit einem hohen Maß an Skepsis zu bewerten und ermöglichen lediglich einen Trend, ob zu warmes, zu kaltes, zu trockenes oder zu nasses Wetter zu erwarten ist. Langfristprognosen machen also nur in der Analyse mit anderen Randfaktoren und Parametern Sinn.

Keines der Langfristmodelle berechnet für den Dezember zu kaltes oder normales Wetter. Durchweg wird ein zu warmer Dezember simuliert. Der Temperaturüberschuss liegt nach der Prognose des CFSv2-Modells zwischen +2 und +3 Grad (19/20: +1 bis +2 Grad). Nach der Langfristprognose der NASA liegt die Anomalie zwischen +1,5 und +2,5 Grad (91/20: +0,5 bis +1,5 Grad) und nach dem europäischen Wettermodell zwischen +0,5 und +1,5 Grad (91/20: -0,5 bis +0,5 Grad).

Letzteres überrascht, doch im Blick auf die Niederschlagsentwicklung wird schnell klar, warum der Dezember nur gemäßigt warm ausfallen könnte. Der Dezember soll deutlich zu trocken ausfallen, was den Rückschluss auf eine stabile Hochdruckwetterlage zulässt. Eine Inversionswetterlage (unten kalt, oben warm) wäre die Erklärung hierfür. Die Niederschlagsprognose der NASA ist gegenüber dem vieljährigen Mittelwert normal und nach dem CFSv2-Modell zu trocken. Auch hier die Hochdruckdominanz jedoch ohne Inversion (mehr Südwestanteil).

In diesem Sinne Ihnen einen wunderbaren Sonntag und einen guten Start in die neue Woche.