Der Kaltlufttropfen
Oder: «Wenn Wetterprognosen unsicher werden»

Der Kaltlufttropfen ist eine besondere und nicht alltägliche Erscheinung. Es handelt sich dabei um eine Wetterlage, die das ganze Jahr auftreten kann. Sie hat aber ein saisonales Maximum in den Übergangsjahreszeiten, insbesondere jetzt im April. Nicht selten ist ein Kaltlufttropfen daran schuld, wenn sich das Wettergeschehen nicht so verhält wie von den Meteorologen prognostiziert.

Die Praxis zeigt, dass auf Bodenwetterkarten relativ kleinräumige Druckgebilde mit geschlossenen, kreis- oder ellipsenförmigen Isobaren vorherrschen. In der Höhe dagegen – ab etwa 700 hPa bzw. 3000 m – findet man zumeist wellenförmig angeordnete Bewegungssysteme, die wesentlich grösser sind. Die Erscheinungsformen und das Verhalten dieser mitteltroposphärischen Wellen wurden im «Swiss Glider» 8-9 vom August 2003 bereits angesprochen.
Unter einem Kaltlufttropfen versteht man ein abgeschlossenes Kaltluftgebiet in etwa 4000 bis 10000 m Höhe über Boden. Der Durchmesser beträgt mehrere hundert bis etwa tausend Kilometer. Es handelt sich um eine homogene Luftmasse ohne Luftmassengrenzen (Fronten) und ist trotzdem eine äusserst wetterwirksame Zone. Doch wie entsteht so ein Kaltlufttropfen und welche Schwierigkeiten entstehen dabei für die Wetterprognose?

Abgeschnürte Kaltluftmasse
Es zeigt sich, dass eine Westwindströmung (weitgehend parallel zu den Breitenkreisen) als solche nicht stabil bleibt, sondern in horizontale Wellen umschlägt, wenn der meridionale (längengradparallele) Temperaturunterschied gross ist. Dies kommt häufig vor. Deshalb zeigt das Westwindband der mittleren Breiten stets eine Mäanderform.
Abbildung 1 zeigt die Höhe der 500 hPa Druckfläche (farbige Fläche) zusammen mit der Luftdruckverteilung am Boden (weisse Linien) vom 8. März 2004, 12 Uhr UTC. An der Grenze von grüner zu gelber Fläche ist diese Wellenform schön zu sehen. In dieser mäandrierenden Höhenströmung wird die Verlagerung eines Höhentroges oftmals verzögert durch Warmluftvorstösse an den Flanken. Die beiden nach Norden vorstossenden Hochdruckkeile über den Britischen Inseln und Osteuropa bewirken einen «Abtropfvorgang». Dieser Vorgang ist einerseits abhängig von der Intensität der Warmluftzufuhr und andererseits von der Kälte der Luftmasse im Trog.
18 Stunden später (Abbildung 2) sieht man, wie die Warmluft (gelb-rote Fläche) noch weiter nach Norden vorstösst und dann 24 Stunden später am 9. März 2004 um 12 Uhr UTC (Abbildung 3) die Kaltluftmasse (grüne Fläche) abschnürt. Im Englischen spricht man daher auch von einem Cut-Off-Low. Schliesslich bildet sich ein abgeschlossenes Höhentief, während sich die Wellenströmung im Norden glättet.

Abb. 1: 500 hPa Höhenkarte (farbig) und Isobaren (weisse Linien) vom 8. März 2004 um 12 UTC. In den beiden Hochdruckkeilen stösst warme Luft nach Norden und im Höhentrog stösst kalte Luft Richtung Süden.
Abb. 2: Höhenkarte vom 9. März 2004 um 6 UTC. Der Vorstoss warmer Luft ist vorangeschritten. Die kalte Luft «tropft ab» von ihrem Ursprungsgebiet.
Abb.3: Höhenkarte vom 9. März 2004 um 12 UTC. Es hat sich ein Kaltlufttropfen gebildet, der von der wellenförmigen Höhenströmung abgekoppelt ist.
Abb. 4: Höhenkarte vom 20. Februar 2004 um 12 UTC. Unter dem Zentrum vom Höhentief (Kaltlufttropfen) herrscht am Boden eine Ost-West-Strömung. Das Zentrum vom Bodentief ist deutlich weiter südlich.

Entwicklung und Verlagerung ungewiss
Da es sich jetzt um ein eigenständiges Gebilde handelt, das nicht mehr in der Höhenströmung eingebettet ist, wird die Zugbahn dieses Tiefs nur schwer vorhersagbar. Die grösseren Kaltlufttropfen haben meist eine lange Lebensdauer von mehreren Tagen bis zu einer Woche und bestimmen die Grosswetterlagen eines Gebietes entscheidend, da sie nur langsam wandern oder gar ortsfest bleiben.
Normalerweise entwickelt sich unter einem Höhentief, das sich durch einen solchen Abtropfprozess gebildet hat, auch am Boden ein Tief. Dies ist zum Beispiel in den Abbildungen 1 bis 3 der Fall. Das Bodentief ist aber ein bisschen mehr nach Osten verschoben. Wie sich diese Höhentiefs weiterentwickeln ist jahreszeitenabhängig. In den Sommermonaten wird die Schichtung stark labilisiert (unten warm, oben kalt), so dass es zur Bildung hochreichender Quellbewölkung und zu Schauern und Gewittern kommt. Gleichzeitig wird dadurch aber auch die Kaltluft immer mehr erwärmt, so dass der Temperaturunterschied zur Umgebung langsam abgebaut wird. Damit verbunden wird die zyklonale Zirkulation in der Höhe abgeschwächt und nach einiger Zeit aufgelöst. Häufig kommt es aber schon vorher zu einer Rückentwicklung. Das heisst, das abgeschlossene Tief wird wieder in die nördliche Strömung eingegliedert und wandert als Trog weiter.

In den Wintermonaten gibt es allerdings auch Fälle, bei denen man unter einer kalten Höhenzyklone gar kein oder nur ein vergleichsweise schwaches Tief am Boden findet. Die Verlagerung dieses Höhentiefs geschieht entlang der Bodenströmung. Allerdings wirkt die Dynamik des Kaltlufttropfens auch auf die Bodenströmung, so dass eine Wechselwirkung eintritt. Die Vorhersage der Verlagerung wird dadurch zusätzlich erschwert. Ein Beispiel dafür ist in Abbildung 4 gegeben. 20. Februar 2004: Über der Biskaya befindet sich ein ausgeprägter Kaltlufttropfen mit einer Temperatur von –35 °C auf einer Höhe von 5300 m. Am Boden ist lediglich eine östliche Strömung zu erkennen. In diesem Fall bewegt sich wärmere Luft von Osten auf den Kaltlufttropfen zu. Da die Luftmassen im Tief aufsteigen, wird die ankommende Luft angehoben, was langanhaltende Schneefälle auslösen kann. Diese Kaltlufttropfen sind sehr hartnäckig und lösen sich nur zögerlich auf.

Wettererscheinungen
Im Zentrum herrscht eine feucht labile Schichtung, die in der wärmeren Jahreszeit Schauer und Gewitter auslöst. Auf der Vorderseite (westliche Seite des Kaltlufttropfens) fliesst relativ kalte Luft von Norden nach Süden und bewirkt durch das Absinken häufig gutes Wetter. Auf der Rückseite (östliche Seite des Kaltlufttropfens) wird warme Luft nach Norden geschaufelt, was langanhaltende Regenfälle, im Winter Schneefälle, auslösen kann. Die Wetteraktivität ist zusätzlich stark beeinflusst von der Sonneneinstrahlung und weist daher einen ausgeprägten Tagesgang (grösste Aktivität am Nachmittag) auf.
Beispiel vom 2. März 2002: Im Alpenwetterbericht wird nichts von Niederschlägen erwähnt, im Nationalen Lawinenbulletin heisst es: «Vor allem am östlichen Alpennordhang und in Graubünden können nochmals rund 10 cm Schnee fallen.» Tatsächlich bringt aber der Kaltlufttropfen, dessen Zugbahn knapp südlich der Alpen berechnet wurde, dem Oberengadin über Nacht 50 bis 80 cm Neuschnee und grosse Lawinenaktivität!
Der Meteorologe van Bebber, der von 1841 bis 1909 lebte, beobachtete die Zugstrassen der atlantischen Tiefdruckgebiete. Er beobachtete schon damals, dass Zyklonen sich abspalten und über Südeuropa zur Adria wandern um dann plötzlich nach Norden zu schwenken, aber nur noch langsam weiter ziehen, oft auch stationär werden. Das Aufgleiten warmer Mittelmeerluft gegen sehr kalte Luft aus Norden führt meist zu sehr ergiebigen und andauernden Niederschlägen und damit zu Niederschlagskatastrophen und Extremereignissen wie Hochwasser und Erdrutschen. In der Schweiz sind dann vor allem Wallis, Tessin und Engadin betroffen.

Prognoseregel
Da die Zugbahn nicht genau berechenbar ist, eiert der Kaltlufttropfen oft nicht dorthin, wo die Wettermodelle es voraus berechnet haben. Da der Übergang von Schlechtwetterzonen zu den umgebenden Schönwettergebieten relativ schmal ist, kann eine kleinräumige Fehlberechnung zu falschen Prognosen führen. Nicht selten kommt es zu schwerwiegenden Niederschlagsfehlprognosen.
In einer Schrift über Flugwetter für Ballonfahrer ist zu lesen: «Das einzige was zutrifft ist die Aussage, dass bei Kaltlufttropfen die Prognosen der Meteorologen mit äusserster Vorsicht zu geniessen sind.» Und auch erfahrene Meteorologen geben zu, dass Kaltlufttropfen die häufigste Ursache für Fehlprognosen sind.

Micha Schultze

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