Autor: Kryophil

Der Januar 2018 wird als ausserordentlich mild in Erinnerung bleiben.

Schweizweit betrugen die Abweichungen der Temperatur gegenüber der Normperiode 1981-2010 1 – 6 Grad. Die geringsten Abweichungen wurden auf der Alpensüdseite sowie in den höheren Lagen der Alpen registriert. Die grössten Abweichungen wurden in den tieferen Lagen auf der Alpennordseite verzeichnet. In der Kartendarstellung von MeteoSchweiz stechen die Regionen besonders hervor, in welchen SwissMetNet-Stationen in Kaltluftseen besonders in die Interpolation eingehen (La Brévine, Tänikon, Delémont):

Auf Basis der Echtzeitdaten, welche hier verfolgt werden können, kann für die Station im Kaltluftsee von Hintergräppelen ebenfalls eine erste Einordnung vorgenommen werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Temperaturfühler des Echtzeitsensors zwar strahlungsgeschützt, jedoch nicht aktiv ventiliert wird. Die Temperatur weist somit an sonnigen, windstillen Tagen einen Fehler auf.

Mit -0.3 °C war die Monatsmitteltemperatur in Hintergräppelen ausserordentlich hoch. Langjährige Vergleichswerte sind hier keine vorhanden, zur Einordnung dennoch zwei  Vergleiche:

• Dieser Wert ist identisch mit dem Januarmittelwert der Normperiode 1981/2010 der gut 700 m tiefer gelegenen Station Tänikon (Link zur Quelle).
• Im Vorjahr wurde der kälteste Januar seit 1987 registriert, der Januarmittelwert in Hintergräppelen -12.7 °C. Als Kontextinformation sei auch in diesem Fall auf die Darstellung der Temperaturanomalien der MeteoSchweiz verwiesen, welche in Tallagen der Alpennordseite eine negative Abweichung von 4 Grad und mehr zeigt.

Das Monatsminimum von -18.9 °C darf ebenfalls als sehr hoch gewertet werden.  Seit Beginn der Messungen im Herbst 2016 wurden in jedem Wintermonat zwischen November und April tiefere Minima registriert. Eine Ausnahme bildet der Dezember 2016: Damals hat die fehlende Schneedecke dazu geführt, dass die Abstrahlungsbedingungen nicht ideal waren und das Monatsminimum nur bei -14.0 °C lag. Dennoch wurde ein Monatsmittelwert von -4.3 °C erreicht.

Frostwechseltage wurden an immerhin 25 Tagen registriert, Eistage gab es nur 2 Stück – auch diese Werte sind typischerweise eher im November oder im März zu erwarten…

Insgesamt waren im Januar 2018 mehrere der notwenigen Faktoren für die Ausbildung starker Inversionen nicht erfüllt. Die häufigen Westlagen haben sehr milde Ausgangsluftmassen herangeführt, damit verbunden waren viele Wolken und eine hohe mittlere Windgeschwindigkeit.

Mindestens für die erste Februardekade sind die Aussichten um einiges besser…

Die vergangenen Tage haben der Schweiz in mittleren und höheren Lagen eine erste winterliche Episode beschert.

Ein erster Schub mit Kaltluft erreichte die Schweiz am vorletzten Sonntag und brachte auf der Alpennordseite oberhalb von 1300 bis 1800 m eine geschlossene Schneedecke. In der Folge stand die Schweiz unter dem Einfluss eines Höhentiefs über Norditalien, welches trübes, mässig kühles und teilweise nasses Wetter zur Folge hatte.

Auf das letzte Wochenende hin stellte die Wetterlage erneut um: eingebettet in eine nordwestliche Höhenströmung führten zwei Tiefdruckgebiete, begleitet von starken bis stürmischen Winden, zuerst milde und feuchte Luft zu uns.

Im Alpstein setzte das Tauwetter der Schneedecke arg zu, wie der folgende Bildvergleich zeigt.

Am Nachmittag des 12. Novembers erfasste eine markante Kaltfront die Schweiz und liess die Schneefallgrenze binnen kurzer Zeit weit unter 1000 m sinken.

Mit Hilfe der Daten der automatischen Niederschlagstation Starkenbach von MeteoSchweiz lässt sich die Schneemenge, welche von Sonntag Abend bis in die Nacht von Montag auf Dienstag auf der Alp Hintergräppelen gefallen ist, näherungsweise auf etwas weniger als einen halben Meter abschätzen:

Diese Grössenordnung wird im übrigen auch durch die Messungen an den manuellen Stationen Iltios und Schwägalp des SLF gestützt

Widmen wir uns dem Temperaturverlauf der Station Hintergräppelen:

Folgende Aspekte fallen auf:

• Üblicherweise ist die erste windstille und klare Nacht nach einem Neuschneeereignis die kälteste. Diese Regel hat sich auch diesmal bestätigt – wenn auch nur knapp: Am 14. November wurde ein Minimum von -21.9 °C gemessen, an den beiden Folgetagen betrug dieses jeweils -21.5 °C.
• Spannend ist der Umstand, dass die nachmittägliche bzw. abendliche Ausgangslage hinsichtlich der vorangehenden Maxima recht unterschiedlich war: zwei ganz knappe Eistage am Montag und Dienstag und dann sagenhafte -10.5 °C am Mittwoch (dazu weiter unten noch mehr). Auf die Minima der folgenden Nacht hatte diese Ausgangslage jedoch keinen Einfluss.
• Am Freitag, dem 17. und Samstag dem 18. November lag das Minimum gut 5 Grad höher als an den vorangegangenen Tagen. Die nächtliche Abstrahlung war nicht mehr ideal (aufziehende hohe Wokenfelder), aber dennoch gross genug, um Tagesamplituden von 20 Grad zu realisieren.
• Bleibt das Tagesmaximum von -10.5 °C am 15. November, welches augenfällig ist. Letztmals traten derart tiefe Maxima im Januar dieses Jahres auf, man kann also bezogen auf die Minima durchaus von hochwinterlichen Bedingungen sprechen.

In Fällen wie am 15. November bietet sich der Vergleich mit der freien Atmosphäre an: Bleibt es auch tagsüber kälter als auf gleicher Höhe ausserhalb eines Kaltluftsees (die Inversion bleibt erhalten), so spricht man von einem persistenten Kaltluftsee (engl. persistent Cold Air Pool (PCAP) . Zwar steht über dem Kaltluftsee von Hintergräppelen seit dem 27. September dieses Jahres eine separate Temperaturmessstation, diese liefert jedoch keine Echtzeitdaten und steht daher nur mit zeitlichem Verzug zur Verfügung. Somit bleiben Messstationen aus der Nähe übrig, um Hinweise auf den Temperaturverlauf in der freien Atmosphäre zu erhalten. Am nächsten liegt zwar die Station Säntis, für Vergleichszwecke ist der grosse Höhenunterschied von 1200 m jedoch nicht ideal. Etwas weiter entfernt liegt die IMIS-Station Amden-Bärenfall (1610 m) sowie die SwissMetNet-Station Hörnli (1132 m). Darüber hinaus ist die Webcam auf dem Iltios tagsüber sehr hilfreich, um die Bewölkungsverhältnisse abzuschätzen.

Die Daten des Hörnli helfen in diesem Fall nicht viel weiter, die (hier nicht gezeigten) Daten der Luftfeuchte legen nahe, dass dessen Gipfel im Hochnebel liegt. Die Station Bärenfall des SLF führt uns aber auf die richtige Spur. Sie liegt 400 m höher als Hintergräppelen und weist eine ab Mitternacht des 15. Januars eine stark steigende Temperatur auf. Gleichzeitig lässt der Temperaturverlauf von Hintergräppelen darauf schliessen, das die Ausstrahlung ungehindert ist: Der Temperaturanstieg an der Station Bärenfall ist also auf grossräumiges Absinken (Subsidenz) im Hochdruckgebiet zurückzuführen, welche in der Höhe (ausserhalb von Muldenlagen) zu sehr milden und trockenen Bedingungen führt. Die Webcambilder von Iltios zeigen entsprechend ganztags einen praktisch wolkenlosen Himmel. Diese extrem starke und stabile Inversion bei gleichzeitig windschwachen Verhältnissen liesst die Temperatur in Hintergräppelen ganztags bei unter -10 °C verharren.

Am folgenden Tag, dem 16. November, zogen dichte hohe Wolkenfelder auf, welche die Abstrahlung stark dämpften. Tagsüber brach die Inversion wieder auf (vermutlich lag auch noch etwas Windunterstützung vor, hier wären jedoch Messdaten aus dem Gebiet notwendig) und das Maximum lag mehr als 10 Grad höher als noch am Vortag (der genaue Wert wird sinnvollerweise bestimmt, wenn aktiv ventilierte Daten verwendet werden können).

Ein Tagesmaximum von unter -10 °C wurde letztmals am 25. Januar registriert. In den kommenden Tagen scheint eine Wiederholung recht unwahrscheinlich zu sein…

Literatur

Während mehreren Tagen lag nun ein Hoch über Mittel- und Südeuropa und bescherte dem Alpenraum prächtiges Herbstwetter. In den Aussichten der Wetterberichte fanden sich Formulierungen wie “In den Niederungen am Morgen einzelne Nebelfelder. Ansonsten sonnig und vor allem in der Höhe sehr mild.”, welche mit kleineren Variationen täglich wiederholt wurden – Copy&Paste-Wetter eben (auch wenn diese Bezeichnung der Arbeit der Prognostiker nicht gerecht wird).

In der Zwischenzeit hat sich das Hoch unter Abschwächung langsam Richtung Südosteuropa verlagert und so sieht die Mittelfrist wieder etwas abwechslungsreicher aus.

Die Hochdrucklage hat den Kaltluftseen Gelegenheit für ein erstes Schaulaufen in dieser Saison geboten – und tatsächlich sieht der Temperaturverlauf in Hintergräppelen auf den ersten Blick Tag für Tag sehr ähnlich aus:

Zur besseren Veranschaulichung werden die sechs Temperaturverläufe für den Zeitraum von 08:00 Uhr bis um 08:00 des Folgetages übereinander gelegt:

Am 13. Oktober ging die Sonne um 07:38 Uhr auf und um 18:39 Uhr wieder unter, am 18. Oktober war der Sonnenaufgang um 07:46 Uhr und Sonnenuntergang erfolgte um 18:30 Uhr (Quelle: https://www.calsky.com/). Diese Werte beziehen sich auf einen mathematischen Horizont, sind also nicht um das Relief korrigiert. Die tatsächlichen Zeiten für Sonnenauf- bzw. -untergang verschieben sich also noch weiter nach hinten bzw. vorne.

Ergänzend zur Temperatur ist für die Diskussion hier noch der Verlauf der Luftfeuchtigkeit dargestellt:

Die folgenden Punkte fallen im momentan charakteristischen Temperaturverlauf von Hintergräppelen auf:

• In einer ersten Phase nach Sonnenaufgang erwärmt sich die Luft in der Senke nur langsam. Es werden Temperaturänderungsraten von 0.1 – 0.3 Grad / 10 Minuten registriert. In dieser Phase ist die Luft (fast) gesättigt. Zwar fehlen entsprechende Beobachtungen, es ist jedoch davon auszugehen, dass in der Senke Nebel oder zumindest Nebelschwaden auftreten und Reif zu beobachten ist.
• Ab 09:30 bis 09:50 Uhr steigen die Temperaturen rasant an. Typische Änderungsraten betragen nun 1 Grad pro 10 Minuten und mehr. Innerhalb einer Stunde betragen die Änderungen bis zu 10 Grad, innerhalb von 3 Stunden je nach Tag 17 bis fast 23 Grad. Nachdem Luft zuvor gesättigt war, fällt die Luftfeuchtigkeit nun im gleichen Mass schnell und stark ab wie die Temperatur ansteigt.
• Für den Sprung im Temperaturverlauf kurz vor 10 Uhr gibt es zwei Erklärungsansätze: Mit dem Sonnenaufgang über dem Relief werden graduell mehr Gebietsanteile bestrahlt und können die darüber liegende Luft erwärmen. Die maximale Besonnung der Senke wird erst nach einer gewissen Zeit erreicht. Zudem benötigt die Auflösung des Nebels Energie (Verdunstungskälte): Die einfallende Strahlung kann nicht voll umfänglich in den Temperaturanstieg umgesetzt werden, sondern muss in einer ersten Phase für den Phasenübergang flüssig – gasförmig aufgewendet werden.
• Kurz vor 12 Uhr beginnt eine Abflachung im Temperaturanstieg, bevor um zwischen 12:30 und 13:00 Uhr ein erstes Maximum erreicht wird.
• An allen Tagen wird um 13:40 Uhr ein sekundäres Minimum im Temperaturverlauf beobachtet. Das untenstehende Sonnenstandsdiagramm zeigt den Verschnitt der Sonnenbahnen pro Monat mit der Horizontlinie, welche aus einem satellitenbasierten Höhenmodell mit einer Auflösung von ca. 90 m (SRTM90) abgeleitet wurde. Gemäss dieser Darstellung ragt der im Süden gelegene Schwendigrat im Oktober gerade eben nicht in die Sonnenbahn. In Realität dürfte das wohl falsch sein: Die Horizontlinie ist aufgrund der verwendeten Eingangsdaten generalisiert und eher zu tief, zudem ist der Bergrücken bewaldet. Ohne den Sachverhalt vor Ort überprüft zu haben kann vermutet werden, dass eine Abschattung zu diesem Temperaturrückgang führt.
• Das Tagesminimum wurde an fünf der sechs betrachteten Tage kurz nach 14 Uhr erreicht. Hier ist nochmals zu erwähnen, dass die Real Time-Messung nicht ventiliert ist und bei Windstille ein Strahlungsfehler von mehreren Grad auftreten kann. Es wird interessant sein, die Messwerte mit denjenigen des ventilierten Sensors zu vergleichen.
• Kurz nach dem Tageshöchstwert sinkt die Temperatur rasch um 2 – 3 Grad ab.
• Zwischen etwa 15 Uhr und 17:30 Uhr werden durch den sinkenden Sonnenstand graduell immer grössere Anteile des Einzugsgebiets abgeschattet. In diesen Bereichen wird die Strahlungsbilanz negativ und durch die Auskühlung des Bodens kommt hier die Produktion von Kaltluft langsam in Gang.
• Nachdem nach 17:30 die Sonneneinstrahlung komplett weg gefallen ist, sinkt die Temperatur rasant mit Raten von -1.5 bis 2 Grad pro 10 Minuten bzw. 6 bis 8 Grad pro Stunde ab. Es fällt auf, dass der Temperaturverlauf zwischen etwa 17:30 Uhr und 19 Uhr an allen betrachteten Tagen sehr ähnlich verläuft. Besonders im Vergleich mit dem Temperaturverlauf im ansteigenden Ast am Morgen ist die Phasenverschiebung viel kleiner.
• Nach 19:30 flacht der Temperaturrückgang merklich ab: Die Abstrahlung lässt durch die sinkende Temperatur der Oberflächen nach. Hinzu kommt, dass zwischen 19:30 und 20 Uhr die Lufttemperatur in die Nähe des Taupunktes kommt oder ihn sogar erreicht: Die Bildung von Nebel bzw. die Ablagerung von Tau bzw. Reif setzt ein und dadurch wird Kondensationswärme freigesetzt. Durch die Deposition des Wassers wird dieses der Luft entzogen und somit kann die Temperatur trotzdem weiter absinken – wenn auch nicht so schnell wie zuvor.
• Charakteristisch für diese Phase ist zudem eine stärker werdende Fluktuation des Temperaturverlaufes. Ohne die Messung zusätzlicher Parameter ist eine Interpretation schwierig: Ist es nur der Nebel, welcher etwas hin und her suppt – oder findet eine turbulente Durchmischung durch von den Hängen abfliessende Kaltluft statt (welche allerdings in der Phase der stärksten Abkühlung ausgeprägter sein müsste)?
• Wird die Luft komplett gesättigt (teilweise werden Werte für die Luftfeuchtigkeit von >100 % registriert – wobei unklar ist, inwiefern tatsächlich eine Übersättigung stattfindet und inwiefern allenfalls ein Messfehler zu diesen Werten führt), so kann im weiteren Verlauf der Nacht ein Temperaturrückgang von weiteren 3 – 4 Grad erfolgen. In Nächten, in welchen die Luftfeuchtigkeit stärker fluktuiert und Sättigung nur zeitweise erreicht wird, kann dieser Rückgang 5 – 6 Grad betragen.
• Der Tiefstwert der Temperatur wurde an den betrachteten Tagen zwischen 7 und 8 Uhr am Morgen erreicht und betrug jeweils zwischen -3 und -6 °C. Verläuft die kommende Nacht störungsfrei (kein Wind, keine aufziehende Bewölkung), so dürfte ein noch tieferes Minimum registriert werden.

Im Vergleich mit anderen Senken im Jura bzw. in den Südalpen sind die momentanen Tiefstwerte in Hintergräppelen noch nicht allzu spektakulär. Mit dem Ried auf dem Boden der Senke ist ein grosses Feuchtigkeitsangebot vorhanden, welches sich dämpfend auf die Minima auswirkt. In trockenen Senken kann die Temperatur noch wesentlich tiefer fallen: In der Doline von Campoluzzo (IT / Veneto, 1770m) wurden in den vergangenen Tagen bereits regelmässig Werte von unter -10 °C registriert (vgl. http://www.arpa.veneto.it/bollettini/meteo60gg/Staz_501.htm). Sobald in Hintergräppelen Schnee liegt, fällt dieser Nachteil weg und die Karten werden neu gemischt…

Im Riet, der grossen Senke auf der Alp Hintergräppelen wurde im vergangenen Winter ein Tiefstwert von -38.2 °C gemessen. Damit war es hier mindestens in diesem Jahr kälter als auf der Glattalp oder in La Brévine. Mit grosser Wahrscheinlichkeit handelt es sich hier um den kältesten Ort in der Nordostschweiz. Seit September des letzten Jahres werden an diesem Ort regelmässige Messungen durchgeführt. Eine Übertragung der Messungen fehlte jedoch bisher – an spannenden Tagen fehlte eine zeitnahe Information.

Nun wurde die Messstation für eine Versuchsphase bis Ende Februar 2018 mit einem Messgerät der Firma Decentlab ergänzt. Dieses misst alle 10 Minuten die Lufttemperatur sowie die relative Luftfeuchtigkeit und übermittelt die anfallenden Daten in Echtzeit:

Das Gerät zeichnet sich durch einen sehr niedrigen Energieverbrauch aus und nutzt für die Übermittlung das Low Power Network der Swisscom. Dieses Netz ist speziell für die Kommunikation zwischen Geräten ausgelegt (Stichwort: Internet der Dinge).

Mit diesem bis Ende Februar 2018 angelegten Versuch sollen erste Erfahrungen gesammelt werden: Wie zuverlässig ist die LPN-Verbindung an diesem Standort? Arbeitet das Gerät bis zum spezifizierten Einsatzbereich von -40 °C – oder sogar darüber hinaus?

Eine Fortsetzung der Echtzeitübertragung ab März 2018 hängt vor allem auch von der Finanzierung ab – Beiträge zur Unterstützung sind willkommen!

Mehr Infos: Hintergräppelen – aktuelle Messwerte