Autor: Kryophil

Die Freunde der gepflegten Kälte können je nach Wohnort lange warten, bis die Wetterlage den eigenen Wünschen entspricht. So halten sie es zwangsläufigerweise mit dem Sprichwort „Wenn der Berg nicht zum Propheten kommt, geht der Prophet zum Berg“ und gehen dort hin, wo die Kälte ist.

Extrem tiefe Temperaturen sind an bestimmte topographische Voraussetzungen gebunden: Sie treten – günstige meteorologische Bedingungen vorausgesetzt – in abflusslosen Senken auf.

Die Forschung in Kaltluftseen bringt es also mit sich, dass sie standortgebunden ist – und diesen speziellen Orten muss man Sorge tragen und möglicherweise auftretenden Konflikten vorausschauend aus dem Weg gehen:

• Wir bewegen im Feld auf fremdem Grund und Boden – aus diesem Grund ist eine gute Einvernahme mit der Eigentümerschaft eine Selbstverständlichkeit. Weiterhin sind Nutzungsbeschränkungen, welche sich durch Schutzzonen ergeben, zu respektieren.
• Zwar ist die Community der Forschenden in Kaltluftseen sehr überschaubar – die Erfahrung zeigt jedoch, dass die wirklich vielversprechenden Orte eine gewisse Anziehungskraft ausüben. Eine gegenseitige Rücksichtnahme und ein angemessener Informationsaustausch würde eigentlich zum guten Ton gehören.

Leider zeigt es sich aus eigener wie auch aus der Erfahrung von Kollegen im Ausland, dass es private Gruppen gibt, welche diese Gepflogenheiten ignorieren oder sogar bewusst dagegen verstossen.

Aus diesem Grund ist ein Verhaltenskodex entstanden, welcher als Leitlinie bzw. als gute Praxis für das eigene Verhalten gelten soll. Neben Forscher-Kollegen aus Rumänien und den Niederlanden hat sich erfeulicherweise auch die Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale del Veneto (ARPAV), welche im Veneto ein ganzes Netz von Messstellen in Dolinen betreibt (www.arpa.veneto.it/temi-ambientali/climatologia/progetti/depressioni-fredde1), zu dessen Einhaltung verpflichtet.

Der Verhaltenskodex ist unter https://kaltluftseen.ch/verhaltenskodex/ in einer deutschen Übersetzung vorhanden. Wegen der internationalen Abstützung ist die englische Version massgebend:

Wer Feldforschung in Kaltluftseen betreibt und mit dem Wortlaut des Verhaltenskodex einverstanden ist, wird ermutigt, sich unter info@kaltluftseen.ch zu melden. Anregungen und Verbesserungsvorschläge sind selbstverständlich willkommen!

Der Vergleich von Hintergräppelen und der Glattalp zeigen den Einfluss der Bewölkung und des Hochnebels auf den Temperaturverlauf.

Das Webcambild von iltios.roundshot.com von gestern Abend zeigt, dass Hintergräppelen von zwei Seiten in die Zange genommen wird. Einerseits ziehen mittelhohe Wolkenfelder auf und die Hochnebelobergrenze liegt nur noch knapp unterhalb der Höhe von Hintergräppelen:

Der Aufzug der mittelhohen Wolken geschah nicht nur über dem Obertoggenburg, sondern auch in der Zentralschweiz. Entgegen dem üblichen Tagesgang stiegt die Temperatur im Verlauf des Abends somit an, wie auf dem Temperaturverlauf gut zu sehen ist:

Noch vor Mitternacht klarte es dann wieder auf – zumindest über der Glattalp und ein starker Temperaturrückgang setzte ein. Über dem Obertoggenburg blieb Hochnebel übrig, wobei die Obergrenze höher als die Alp Hintergräppelen lag. Zwischen 2 und 5 Uhr verzog er sich und nun setzte auch in Hintergräppelen ein Temperaturrückgang ein, bevor er dann zwischen 5 und 7 Uhr nochmals hineinschwappte. Nachvollziehen lässt sich dies übrigens gut mit dem „Nebelcheck“ unter kachelmannwetter.ch. Nach Sonnenaufgang war der Hochnebel wieder verschwunden, wie wiederum die Webcam auf dem Iltios zeigt und der Hochnebel lag knapp unterhalb des Niveaus der Alp Hintergräppelen:

Der Hochnebel hatte also einen wesentlichen Einfluss auf die Minima. Dieses betrug auf der Glattalp -30.2 °C, auf der Alp Hintergräppelen lag dieses bei -20.2 °C.

Heute Morgen wurde in Hintergräppelen erstmals in diesem Winter die Marke von -30 °C unterschritten. Am Datenlogger wurde ein Wert von -30.7 °C registriert. Dieser Wert ist derjenige, welcher für Analysen und Auswertungen verwendet wird.

Mittels Handmessung konnten noch tiefere Werte ermittelt werden:

Immer wieder faszinierend ist der Reifansatz, welcher mit fortschreitender Dauer immer mächtiger wird:

Das Schluckloch, welches die Senke entwässert, ist jedoch viel reizvoller als das leicht unterkühlte Antlitz des Autors, zumal es sich im schönsten Eisgewand präsentierte:

Der Wert auf dem Handmessgerät von -31.2 °C im ersten Bild ist nicht unter Standardbedingungen zustande gekommen. In die Statistik geht schlussendlich der Wert ein, welcher vom Datenlogger registriert wurde, dieser ist so aufgestellt, dass die Messbedingungen den Vorgaben der WMO möglichst nahe kommen. Das Tagesminimum wurde um 07:40 Lokalzeit gemessen und betrug -30.7 °C:

In der untenstehenden Verlaufsgraphik ist neben der Temperatur der Hauptstation in der Senke zusätzlich die Temperatur der Nebenstation über der Senke am Mittelberg aufgetragen. Die Ausbildung des Kaltluftsees begann am Nachmittag des 11. Dezembers. Gut zu sehen ist auch, dass sowohl in der Nacht vom 11. auf den 12. Dezember als auch in der darauf folgenden Nacht der Temperaturrückgang nicht störungsfrei verlief und somit noch tiefere Minima verhindert wurden. In der ersten Nacht bildete sich eine Inversion von maximal 18 Grad aus, in der zweiten Nacht sogar von über 20 Grad.

Am 12. Juli wurde in Hintergräppelen der erste Luftfrost im Juli 2018 registriert: um 05:40 Lokalzeit wurde ein Minimum von -1.1 °C gemessen. Auch am Folgetag gab es nochmals ein Minimum von -0.5 °C:

Es war der erste Luftfrost im Juli überhaupt, und somit ist auch durch Messungen belegt, was zuvor wahrscheinlich bzw. zu vermuten war: in dieser Senke kann in jedem Monat des Jahres Frost auftreten.

Im vergangenen Jahr betrug das Monatsminimum für den Juli +0.5 °C, die längste frostfreie Periode dauerte 58 Tag (vom 10. Juni bis zum 6. August). Im aktuellen Jahr trat die bisher längste frostfreie Periode (20 Tage) vom 26. Mai bis zum 14. Juni auf:

Für die Suche nach potenten Kaltluftseen bildet die Analyse von digitalen Höhenmodellen gute Resulate: Sie liefert in der Schweiz eine Vielzahl von Senken, welche jedoch nach zusätzlichen Kriterien weiter gefiltert werden müssen, um schlussendlich die vielversprechendsten Kandiaten herauszuschälen.

Manchmal gibt es Hilfe von unerwarteter Seite. Das Hochmoor von La Chaux-d’Abel stand schon länger auf der erweiterten Kandidatenliste, ein Leserkommentar unter einem Blick-Artikel (sic!) liess mich jedoch endgültig hellhörig werden: -29 °C am 13. Februar 2018, gut 2 Grad kälter als in La Brévine? Das tönt vielversprechend.

Nach einer Rekognoszierung zusammen mit dem Grundeigentümer konnte heute eine Teststation in Betrieb genommen werden. Nachfolgend einige Bilder:

Der Sky View Faktor, das bestimmende Element für die Potenz eines Kaltluftsees, weist phänomenal hohe Werte von deutlich über 95 % auf. Normalerweise befindet sich der kälteste Punkt zuunterst in einer Senke. Im Fall der Senke beim Hochmoor von La Chaux-d’Abel ist die Ausgangslage jedoch speziell: im Bereich des tiefsten Punktes befindet sich ein gut 15 m tiefer Trichter:

Die steilen Flanken dieses Einsturztrichters reduzieren die Sichtbarkeit des Himmels und somit ist hier von ungünstigeren Abstrahlungsbedingungen auszugehen. Fraglich ist, wie stark sich dieser Umstand auf die Temperaturminima auswirkt. Aufschluss darüber würden Messungen mit Datenloggern bzw. Wärmebildkameras geben. Vorerst beschränkt sich die Instrumentierung auf eine Teststation in einer Tiefenrinne etwas ausserhalb des Einsturztrichters:

Die Aufstellung der Teststation ist sicher nicht optimal, limitierend wirkt sich hier (wie auch an anderen Standorten) die Beweidung durch Kühe sowie das angrenzende Naturschutzgebiet aus. Der Sensor befindet sich auf einer Höhe von 1.90 m über Boden, ist also gegenüber der Standardhöhe in der Schweiz von 2 m leicht zu tief angebracht.

Aus logistischen Gründen (Länge des Anfahrtsweges) ist der Logger auf eine Speicherfrequenz von 1 h eingestellt. Bei einer Abtastfrequenz von 1 Sekunde werden stündlich ein Momentanwert sowie das Minimum bzw. das Maximum über die vorangegange Stunde registriert. Spätestens Mitte Februar muss der Logger ausgelesen werden – und dann lassen sich erste Vergleiche mit den Minima von La Brévine ziehen…

Eine kurze, aber markante Kältewelle Ende Februar brachte der Schweiz die tiefsten gemessenen Temperaturen des vergangenen Winters. Am 27. Februar wurden auf der Glattalp / SZ -37.5 °C (Station der EBS Energie AG) bzw. -37.1 °C (Station der MeteoGroup) registriert. Am 27. und 28. Februar wurden auch an weiteren hochgelegenen Stationen die Winterminima registriert.

An Stationen unterhalb von 1500 m verhinderten Bise und Hochnebel während der Kältewelle von Ende Februar tiefere Temperaturen. Hier traten die tiefsten Werte am 13./14. Februar auf: In der Combe des Amburnex im Waadtländer Jura wurden -35.3 °C gemessen (Station von Agrometeo), in Hintergräppelen im Obertoggenburg -33.4 °C.

Die Spitzenreiter aus den Messnetzen von kaltluftseen.ch, Agrometeo, MeteoSchweiz und MeteoGroup sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Die vergangenen Tagen brachten im Flachland bereits einen längeren frühsommerlichen Witterungsabschnitt, die Temperaturverhältnisse entsprachen denjenigen, wie sie üblicherweise  im Juni zu erwarten sind. Für Kälteliebhaber definitiv ein Grund, Rückschau auf den vergangenen Februar zu halten…

Nach einem viel zu warmen Januar entschädigte der Februar 2018 mit hochwinterlicher Witterung. Nach einer ersten kurzen Kältewelle Mitte Februar zeichnete sich für das Monatsende eine für die fortgeschrittene Jahreszeit markante Kältewelle ab. Die Luftmasse war vielversprechend, doch die Befürchtung, dass Hochnebel und Bise hemmend auf die Ausbildung starker Inversionen einwirken, war begründet.

In Hintergräppelen wurde der Tiefstwert des vergangenen Winters am 13. Februar mit -33.4 °C registriert, die Kältewelle von Ende Februar brachte -31.0 °C am 27. bzw. -31.1 °C am 28. Februar:

Mit einer Durchschnittstemperatur von -8.4 °C war es der kälteste Monat des vergangenen Winters.

Die Verlaufgraphik für den Monat Februar, welche die Messwerte der Hauptstation in der Senke sowie der Nebenstation Mittelberg (über dem Kaltluftsee platziert) enthält, zeigt, dass Mitte Februar trotz wärmerer Ausgangsluftmasse eine stärkere Inversion ausgebildet wurde als während der Kältewelle Ende Februar:

Bei einer Stippvisite am 28. Februar entstand das folgende Bild, zum Zeitpunkt der Aufnahme war es ca. -29 °C kalt:

Am Sämtisersee wurde die -30 °C-Marke in diesem Winter nicht unterboten, das Minimum dieses Winters wurde am 14. Februar mit -27.1 °C erreicht:

Beim Blick auf die Verlaufsgraphik vom Sämtisersee fällt auf, dass die Inversionen seltener und deutlich schwächer sind als diejenigen von Hintergräppelen:

Markanter als die Temperaturen in diesem Winter war die Resonanz zum Thema Kaltluftseen in den Medien. Positiv hervorheben möchte ich den Artikel von René Donzé in der NZZ am Sonntag vom 25.02.2018 sowie die mehr als 40-minütige Doppelpunkt-Sendung auf Radio SRF1 mit dem Titel „Das eisige Bad im Kaltluftsee“, welche am 27.02.2018 erstmals ausgestrahlt wurde. Das Gerüst der Sendung bildet ein Besuch des Kaltluftsees von Hintergräppelen mit Redaktor Krispin Zimmermann, welcher Ende Dezember stattfand.

Ein Hoch über Skandinavien steuert in den nächsten Tagen sehr kalte Luft gegen Westeuropa. Mit grosser Wahrscheinlichkeit wird dieser Kaltluftvorstoss vielerorts die kältesten Temperaturen dieses Winters verantworten.

Wie tief kann die Temperatur in den kommenden Tagen in der Senke auf der Alp Hintergräppelen sinken? Reicht es eventuell sogar für einen neuen Rekord in der noch kurzen Messreihe?

In einem Kaltluftsee wird prinzipiell eine Ausgangsluftmasse modifiziert und stark abgekühlt – eine Inversion entsteht. Dazu werden die folgenden meteorologischen bzw. zeitlich variablen Voraussetzungen benötigt:

• Kalte und trockene Luftmasse
• Schneedecke
• Wolkenlose Verhältnisse
• Windstille

Sind diese Bedingungen in Kombination erfüllt, kann die Inversionsstärke 25 °C (in Extremfällen sogar mehr als 30 °C) betragen, wie die Beispiele des 6. Januar 2017 sowie des 13./14. Februar 2018 zeigen:

Betrachten wir die einzelnen Faktoren:

• Die Ausgangsluftmasse ist mindestens für die Jahreszeit ausserordentlich kalt. Der Höhepunkt der Kältewelle wird zwischen Montag und Mittwoch erwartet. In den verschiedenen Vorhersagemodellen lohnt sich ein Blick auf das Standardniveau von 850 hPa (ca. 1500 m. ü. M., also oberhalb der planetaren Grenzschicht und relativ nahe an der Höhe des Kaltluftsees von Hintergräppelen). Die tiefsten Werte auf diesem Niveau werden je nach Modell -16 °C bis knapp -20 °C betragen. Ausgehend von diesen Werten und unter Annahme von günstigen Abstrahlungsbedingungen und Windstille wären bei der Anwendung eines Inversionsbetrages von 25 °C Werte von unter -40 °C denkbar – die Wahrscheinlichkeit für derart tiefe Werte ist aus den nachfolgend erläuterten Gründen jedoch nicht sehr gross.
• Die Schneedecke im Gebiet ist gegen 150 cm mächtig. Die letzte Messung am 14. Februar ergab eine Gesamtschneehöhe von 155 cm bei der Messstation in der Senke. Am 15. und 16. Februar fielen dann (abgeschätzt aufgrund der umliegenden Stationen mit Niederschlagsmessung) über 30 mm Niederschlag in flüssiger Form, bevor ab dem Abend des 17. Februar wieder etwa 10 cm Schnee akkumuliert wurde. In den Folgetagen fielen mengenmässig unbedeutende Schneemengen, wobei diese aufgrund der anhaltenden Bise wohl mindestens teilweise verfrachtet wurden. Insgesamt wird der Einfluss der Schneedecke mindestens als gut erachtet – auch wenn 40 cm frisch gefallener Pulverschnee eine noch bessere Ausgangslage darstellen würde.
• Die Bewölkung dürfte einer der kritischen Faktoren in den kommenden Tagen werden. An den Voralpen und in den Alpenrandgebieten ist mindestens zeitweise mit Hochnebelfeldern zu rechnen, wobei die Obergrenze deutlich über dem Höhenniveau des Gräppelentals zu liegen kommt. Die grössten Chancen für Aufhellungen bestehen in der Nacht vom Dienstag auf den Mittwoch – dann ist das Temperaturniveau jedoch bereits wieder etwas höher als noch an den beiden Vortagen. Die aktuelle Situation lässt sich tagsüber am besten über die beiden Webcams auf dem Iltios (https://iltios.roundshot.com/ – falls die Bilder wieder aktuell zur Verfügung stehen) bzw. auf dem Säntis (https://saentis.roundshot.com/)verfolgt werden
• Der Wind ist die grosse Unbekannte: Generell wird die Kaltluft mit einer mässigen bis starken Bise in unsere Region geführt, ab Dienstag ist eine leichte Tendenz zur Abschwächung erkennbar. Charakteristisch ist zudem ein gewisser Tagesgang, welcher die Bise tagsüber etwas aufleben lässt und in der Nacht eher wieder einschlafen lässt. Für Hintergräppelen sind aufgrund fehlender Messdaten keine Erfahrungswerte vorhanden, wie sich das stromaufwärtsliegende Alpsteinmassiv diesbezüglich auswirkt: wird das Gräppelental vor der Bise abgeschirmt – oder gibt es allenfalls sogar einen gewissen Föhneffekt?

Fazit: Die Luftmasse wäre prinzipiell vielversprechend, um in Hintergräppelen erstmals die Grenze von -40 °C zu knacken. Hochnebel und Bise könnten jedoch den Temperaturverlauf in Hintergräppelen prägen: unter Umständen sind die tiefen Temperaturmaxima spektakulärer als die Temperaturminima. Die Lage der Station in einer Senke würde dann in den Hintergrund treten.

In der Nacht auf den 12. Februar floss hochreichende Kaltluft mit Ursprung von Grönland bzw. Kanada nach Mitteleuropa. Am östlichen Alpennordhang fielen dabei 20 – 25 cm Neuschnee. Bei nachlassendem Wind riss in der Nacht vom 12. auf den 13. Februar kurz nach Mitternacht die Bewölkung auf und liess die Temperatur rasch und stark absinken.

In Hintergräppelen wurde am Morgen des 13. Januar erstmals der Wert von -30 °C unterschritten, um 06:50 UTC wurde ein Minimum von -31.1 °C gemessen. Unter idealen Bedingungen wäre die Temperatur noch etwas weiter abgesunken, aufziehende Hochnebelfelder verhinderten dies jedoch:

Nach einer zwischenzeitlichen Erwärmung auf -6.4 °C sank die Temperatur am Abend des 13. Februars erneut stark ab, um 22:50 UTC wurde mit -33.4 °C das bisherige Minimum des Winters 2017/18 registriert. In der Folge zogen mittlere und hohe Wolkenfelder auf, welche die Abstrahlung reduzierten und die Temperatur ansteigen liess.

Durch die neu installierte Nebenstation lässt sich nun erstmals über Messungen vor Ort bestimmen, wie intensiv der Kaltluftsee ist. Die Stärke der Inversion ist beachtlich, in der Nacht vom 13. auf den 14. Februar betrug sie maximal 24 K auf einer vertikalen Distanz von 75 m:

Am Sämtisersee gibt es einige interessante Abweichungen vom Temperaturverlauf auf der Alp Hintergräppelen:

Am Morgen des 13. Februar war der Zeitpunkt des Minimums sehr ähnlich, jedoch mit -25.0 °C auf etwa 6 K höherem Niveau. Zudem steigt die Temperatur in der Folge sehr viel stärker an. Das nachfolgende Bild zeigt, weshalb:

Vom Rheintal her wird die Alp Sämtis mit Bewölkung förmlich geflutet. Während die Bewölkung im westlichen Alpstein dünn blieb, war sie hier so mächtig , dass die Strahlungsbilanz deutlich positiver war und die Temperatur je nach Vergleichszeitpunkt 3 bis 15 K höher lag als in Hintergräppelen.

Auffällig sind auch die hochfrequenten Schwankungen der Temperatur am Sämtisersee, welche auf eine stärkere Zirkulation hinweisen.

Offenbar blieb der Himmel am Sämtisersee in der Nacht vom 13. auf den 14. Februar deutlich länger offen als im westlichen Alpstein, das Temperaturminimum wurde erst um 05:10 UTC mit -27.1 °C gemessen.

Man kann natürlich spekulieren, wie tief die Temperatur in Hintergräppelen nach Mitternacht bei klarem Himmel noch gesunken wäre – ein Minimum von unter -35 °C ist denkbar.

Auch am Sämtisersee existiert eine Nebenstation, ca. 80 m über dem Grund der Senke. Die Inversion ist deutlich weniger stark ausgebildet als in Hintergräppelen und erreicht am Morgen des 14. Februars einen Wert von etwa 14 K: