Luftmassen und Klima­erwärmung – eine Bestands­aufnahme

Trotzt der „Klimaerwärmung“. Die Luftmasse mP wurde nicht seltener. Foto: Stefan Kämpfe

Stefan Kämpfe
Im ersten Teil haben wir gesehen, wie sich Luftmassen zu erkennen geben. Nun soll geklärt werden, ob sich die Häufigkeitsverhältnisse der Luftmassen in den letzten Jahrzehnten aufgrund der Klimaerwärmung markant änderten. Die Datenlage ist freilich sehr spärlich und unbefriedigend; daher lässt die folgende Untersuchung nur grobe Rückschlüsse zu – dennoch zeigt sich: Große Sorgen um unser Klima müssen wir uns wohl nicht machen. Zwar wurden Warmluftmassen etwas häufiger; deren Häufung ist aber nicht signifikant und ganz ohne CO2-Erwärmungswirkung erklärbar. Und unsere mit Abstand häufigste Luftmasse, die eher kühle maritime Subpolarluft mP, wurde gar nicht seltener.

Teil 2 – Luftmassen, Klimasprung und Klimaerwärmung in Deutschland.

Brauchbare Datensätze zur Häufigkeit der Luftmassen haben Seltenheitswert und sind auch stets mit Vorsicht zu betrachten, denn die Luftmassenklassifikation liefert mitunter subjektive, nicht immer eindeutige Ergebnisse. Die folgenden Ergebnisse gelten nur für Nordostdeutschland; wobei für den Zeitraum 1977 bis 1992 auf die Ergebnisse von PELZ für Berlin-Dahlem zurückgegriffen werden musste; danach wurde für Thüringen unter Bevorzugung des 13-Uhr-Beobachtungstermins (MEZ) klassifiziert. Für den Zeitraum ab 1993 musste der Autor selbst die Wetterkarten und eigene Beobachtungen durchforsten; wegen des enormen Zeitaufwands war das vorerst bloß bis zum Jahresende 2015 möglich. Die folgenden zwei Wetterkartenbeispiele verdeutlichen, dass an vielen Tagen wegen der Lage der Fronten eine eindeutige Bestimmung für einen konkreten Ort gar nicht möglich ist:

Abbildungen 1a und 1b: In der oberen Abbildung (1a) erkennt man in der Höhenwetterkarte für 850 hPa vom 31.12.1978, 1 Uhr, eine markante Warmfront genau über der Mitte Deutschlands; sie trennt die extrem kalte Luftmasse cA von der sehr milden mPs. Unten (1b) die Bodenwetterkarte selbigen Datums um 13 Uhr. Während in Norddeutschland eisige minus 17 bis minus 19°C herrschten, war es am Alpennordrand mit 10 bis 13°C frühlingshaft mild. Aber genau in der Mitte Deutschlands konnte für diesen denkwürdigen Silvestertag keine Luftmasse klassifiziert werden – hier lag die Luftmassengrenze und bewegte sich in der ersten Tageshälfte als Warmfront nordwärts; ab etwa Mittag als Kaltfront südwärts. Eine derart extreme Wetterlage ist nach 1979 nie wieder aufgetreten – obwohl doch Extremwetter in Zeiten des Klimawandels angeblich immer häufiger werden soll. Bildquelle: Berliner Wetterkarte vom 31.12.1978 des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin

Schauen wir nun auf die Häufigkeitsentwicklung der Luftmassen in der Grundschicht für die verfügbaren Zeiträume. Weil die Werte stark streuen, wurden fünf mehrjährige Zeiträume zur Mittelung gebildet; die ersten vier umfassen je acht, der letzte sieben Jahre. Und weil meist nur für etwa die Hälfte bis dreiviertel aller Monatstage eine halbwegs sichere Zuordnung einer Luftmasse möglich war, musste das Ganze in Prozentwerte umgerechnet werden, stets für die betreffende Luftmasse bezogen auf alle ermittelbaren Fälle des jeweiligen Monats. Vielfach mussten Cluster mit Luftmassen ähnlicher Eigenschaften gebildet werden; aber die drei Luftmassen mP, xP und mPs waren als recht häufige Luftmassen einzeln auswertbar; ihre Häufigkeitsentwicklung im Jahresmittel zeigt die erste Grafik:

Abbildung 2: Während mP als unsere häufigste Luftmasse ihren Häufigkeitsanteil zwischen 20 und 30% behaupten konnte, wurde xP seltener und mPs etwas häufiger – jedoch ohne Signifikanz.

Arktische Luftmassen wurden tendenziell seltener; subtropisch-tropische häufiger, aber alles ohne Signifikanz:

Abbildung 3: Die leichte Häufigkeitsabnahme der A-Massen (mA, xA und cA) erfolgte bis etwa zur Jahrtausendwende; die Zunahme der S- und T-Massen ebenso. Mit etwa 8% im Zeitraum 2009 bis 2015 sind S- und T-Massen nach wie vor selten; das entspricht bei sehr starker Streuung nur etwa 26 Beobachtungstagen pro Jahr. Darunter ist der Anteil der tropischen (T)-Massen verschwindend gering – selten mal 1 bis 2 Tage pro Jahr.

Meeresluftmassen wurden ein wenig häufiger, die ohnehin spärlich vertretenen Festlandsluftmassen unwesentlich seltener:

Abbildung 4: Keine dramatische Entwicklung auch bei allen m- und c-Massen.

Selbiges gilt auch für alle (im weitesten Sinne gealterten) Kalt- und Warmluftmassen (Ps und Sp):

Abbildung 5: Ps- und Sp-Massen, die nicht selten in Mitteleuropa entstehen, wurden tendenziell etwas häufiger, wohl auch, weil es mehr unbestimmte Wetterlagen gibt.

Im Winter (Dez.-Feb.) zeigt sich bei mP, xP und mPs Folgendes:

Abbildung 6: Etwas weniger xP, dafür etwas mehr mP und mPs im Winter. Aber auch im Winter blieben die Häufigkeitsverhältnisse nach dem Klimasprung, der im Winter 1987/88 stattfand, nahezu konstant.

Diese winterliche Stagnation nach spätestens 1990 zeigt sich auch bei den im Winter meist zu milden und zu kalten Luftmassenclustern:

Abbildung 7: Nachdem bis etwa Anfang der 1990er Jahre milde Luftmassen häufiger und kalte seltener wurden, änderte sich nichts mehr; seitdem stagnieren auch die winterlichen Temperaturen auf hohem Niveau trotz stark steigender CO2-Konzentrationen.

Verfügbar waren noch Daten von vor 1993 nur für Mai bis September. Auch hier wieder zunächst ein Blick auf mP, xP und mPs:

Abbildung 8: Man achte auf die große Häufigkeit der Luftmasse mP in der warmen Jahreszeit (Mai bis September), die fast unverändert blieb. Wieder leicht gegenläufige Entwicklung bei mPs und xP.

Wie schon in Teil 1 beschrieben, ist die Schwüle im Sommer ein nicht unwesentliches Merkmal mancher erwärmten (Ps) und warmen (Sp)-Massen; S- und T-Massen sind fast stets schwül, während sich alle A-Massen, xP, cP, cPs und cSp dann durch einen besonders niedrigen Dampfdruck auszeichnen:

Abbildung 9: Auch hier zeigt sich der Klimasprung: Häufung schwüler und Abnahme wasserdampfarmer Luftmassen ab den 1990er Jahren; danach passierte aber nichts Dramatisches mehr.

Nun stellt sich die Frage nach den Ursachen dieser Häufigkeitsentwicklung. Die Neubildung oder aber die Umwandlung einer Luftmasse wird sehr stark von der Sonneneinstrahlung beeinflusst; je länger und intensiver die Sonne scheint, desto schneller wandeln sich kalte in erwärmte (Ps)- und weiter in warme (Sp)-Massen um; und sehr warme S- und T-Massen werden dann ihren Charakter eher beibehalten. Es lag also nahe, einmal die Entwicklung der Sonnenscheindauer (DWD-Flächenmittel) in den entsprechenden Zeitintervallen zu prüfen. Weil die Sonne von Mai bis September am stärksten wärmt, genügt es, diesen Zeitraum zu zeigen; die Entwicklung im Jahresmittel verlief ähnlich:

Abbildung 10: Mit dem Klimasprung nahm die Besonnung stark zu; danach gab es nur noch eine leichte Zunahme.

Schon im ersten Teil wurde auf die abnehmende Staubkonzentration der Atmosphäre verwiesen, was zweifelsfrei eine wesentliche Ursache der stärkeren Besonnung war. Ein anderes Indiz ist die starke Abnahme der Nebeltage, welche nicht geänderten Luftmassenhäufigkeiten anzulasten ist. Stellvertretend dafür sei die Häufigkeitsentwicklung der besonders nebelanfälligen Luftmasse xPs im Jahresmittel gezeigt; für die „Nebelsaison“ (Herbst und Winter) ergab sich eine ähnliche Entwicklung:

Abbildung 11: Die besonders nebelanfällige Luftmasse xPs wurde nicht seltener.

Eine weitere Ursache der Häufung warmer Luftmassen war die Häufigkeitszunahme bestimmter Großwetterlagen; besonders der Südwestlagen. Diese zeigte sich sowohl im Jahresmittel, vor allem sprunghaft aber im Zeitraum von Mai bis September:

Abbildungen 12a und 12b: Mehr Tage mit Südwestlagen sowohl im Jahresmittel (oben, 11a) als auch von Mai bis September. Bei diesen gelangen vorwiegend mehr oder weniger warme Sp- und S-Massen nach Deutschland; aber auch die meist sehr milde mPs.

Es sei nur der Form halber auf die momentane AMO-Warmphase als Hauptursache der gehäuften Süd- und Südwestlagen verwiesen; Näheres dazu hier. Abschließend soll noch das Häufigkeitsverhalten wichtiger Luftmassen und Luftmassencluster im Jahresverlauf anhand der Daten von 1993 bis 2015 gezeigt werden:

Abbildungen 13a bis c: Im Sommer, besonders von Juni bis September, tritt mP am häufigsten auf (oben, 13a). Kontinentale Luftmassen sind von Mai bis August besonders selten (Mitte, 13b). Arktische Luftmassen gelangen am häufigsten im März zu uns; während Warm- und Subtropikluft bevorzugt von April bis Oktober vorkommen.

Quellennachweis

Pelz, J.: Luftmassen und Luftbeimengungen in Berlin-Dahlem. Beilage SO 7/94 zur Berliner Wetterkarte des Instituts für Meteorologie der Freien Universität Berlin, 1994 (Daten 1977 bis 1992)

Weitere Quellen siehe Teil 1.

 

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8 Kommentare

  1. Eine aktuelle Frage zum Thema Luftmassen. Momentan kursieren Wetter-Meldungen wie

    „Wetter: Ex-Hurrikan legt jetzt richtig los! Experte spricht von 15 Zentimetern Neuschnee – bis nach München“

    Warum führt ein Ex-Hurrikan, der aus südlicheren Gefilden kommt, Kaltluft heran?

    a) Führte die Zug-Bahn von ETA auch über die Arktis?

    b) War ETA nur der Wegbereiter für den Einzug von Polar-Luft?

    • Hallo Herr Berberich,

      prinzipiell kann jedes größere Tiefdruckgebiet auf seiner Rückseite Kaltluft „anzapfen“ und dann nach Mitteleuropa lenken. Ex-Hurrikane können aber im Herbst mitunter markante Wetterumstellungen über Europa bewirken; sehr eindrucksvoll war das im Kaltherbst 1998 zu beobachten – sie schwächen oder „vertreiben“ manchmal das Azorenhoch und/oder lassen, so wie momentan, eben große Tiefs entstehen; die Luftmasse mA kam in der vergangenen Nacht auf der Rückseitedes Tiefs hier in Weimar an. Noch spannender ist die Frage, was, wie auch in diesem Jahr, nach besonders vielen Hurrikanen mit unserem Winter passiert. Und da zeigte sich in der Vergangenheit Folgendes: Traten mindestens 10 Hurrikane auf, das war (ohne 2020) bislang 15 mal der Fall, so waren zehn der folgenden Winter mehr oder weniger deutlich zu kalt, zwei annähernd normal und nur drei zu mild; letztmalig 2017/18. Aber diese fünf normalen oder milden Winter wiesen, anders als beim totalen Mildwinter 2019/20, stets wenigstens markante, längere kalte Abschnitte oder wenigstens einen ganzen zu kalten Monat auf, so den Februar 2018. Aber Vorsicht – nur allein mit diesem Zusammenhang darf man noch nicht auf einen Kaltwinter 2020/21 schließen!

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  2. An den Autor:

    „Abbildung 6: Etwas weniger xP, dafür etwas mehr mP und mPs im Winter. Aber auch im Winter blieben die Häufigkeitsverhältnisse nach dem Klimasprung, der im Winter 1987/88 stattfand, nahezu konstant.“

    Wenn Sie sich die Temperaturdaten des DWD anschauen, dann können Sie deutlich sehen, dass der Temperatursprung im Winter schon 1975 (erstmals Temp. über 3°C) stattgefunden hat.

    Verteilung 1882-1974 (Mitteltemp. 0°C):

    Verteilung 1975-heute (Mitteltemp.1,1°C:

    • Herr Nickel: Wenn Sie den Schnitt von 1975 bis 1987 ausrechnen, dann beträgt dieser auch Null C, Zwar hatten wir 1975 einen warmen Winter, aber die kalten Winter danach hielten den Schnitt unten. Aus diesem Grund fand der Wintertemperatursprung erst von 87 auf 88 statt.

    • „Wenn Sie sich die Temperaturdaten des DWD anschauen, dann können Sie deutlich sehen, dass der Temperatursprung im Winter schon 1975 (erstmals Temp. über 3°C) stattgefunden hat.

      Verteilung 1882-1974 (Mitteltemp. 0°C):

      Verteilung 1975-heute (Mitteltemp.1,1°C:“

      Sehr geehrter Herr Nickel,

      es ist stets problematisch, sehr verschieden lange Zeiträume miteinander zu vergleichen! Ihr erster Zeitraum umfasst über 90 Jahre, der zweite nur 45 Jahre. Im Winter lassen sich ganz gut drei Klimasprünge finden: Eine erste, sehr milde Phase von 1898 bis 1928. Dann eine Kaltphase 1929 bis 1987, in welcher der Mildwinter 1974/75 nur ein Ausreißer war. Ab 1988 dann die aktuelle, sehr milde Phase. Das ganze ist natürlich subjektiv; aber wenn man als Maßstab anlegt, dass eine bestimmte Phase mindestens 25 Jahre dauern und während dieser kein signifikanter Erwärmungs- oder Abkühlungstrend stattfinden sollte, passt das ganz gut.

      • Das Reinkopieren der Temperaturen in meinen Kommentar hat leider nicht so funktioniert wie gedacht. Deshalb von Hand in einer etwas einfachen Form:

        1882-1974: Mittel: 0°C, Standardabweichung: 1,8°C

        -6 bis -1°C: 26,1 % der Winter; -1 bis 1°C: 43,5 %; 1 bis 3°C: 30,4 %

        Begründung für den Sprung 1975:

        -erster Winter mit Temp über 3°C

        -nach 1975 keine Winter unter -3°C

        1975-heute: Mittel: 1,1°C, Standardabweichung: 1,8°C

        -6 bis -3°C: 0 % der Winter; -3 bis -1°C: 13,3 %   -1 bis 1°C: 33,3 %; 1 bis 3°C: 40 %; 3 bis 5°C: 13,3 %

        Klimazone D: Cfb, d.h. kältester Monat bis -3°C

        Die milden Phasen, die Sie beschreiben, sind also der Normalfall. Die Phasen mit den extrem kalten Wintern sind die Ausnahme. Die Frage ist: Warum?

        Vermutlich wegen der Wetterlagen, die Sie beschreiben.

        Davon habe ich leider keine Ahnung. Ich schaue mir lediglich die Statistik an.

  3. Die spannende Frage wird sein, ob sich in den nächsten Jahren bei den SW-Lagen etwas ändern wird oder sogar eine Trendumkehr erfolgt. Wie es bei der AMO zu erwarten wäre.

    • Sehr geehrter Herr Ullrich,

      die Häufigkeit der SW-Lagen wird positiv von der AMO beeinflusst. Im Falle einer früher oder später zu erwartenden AMO-Kaltphase ist mit einem Häufigkeitsrückgang der SW-Lagen zu rechnen.

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