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Im oder über dem Kaltluftsee – wie gross ist der Unterschied?

Der Dezember 2016 war durch beständige Hochdrucklagen und damit einhergehend durch eine ausserordentliche Schneearmut geprägt (vgl. auch Klimabulletin Dezember 2016 von MeteoSchweiz). So sehr dieser Umstand Skifahrer und Skitourengänger leiden liess, so sehr durften sich Freunde von Natureisbahnen über Schwarzeis auf verschiedenen höher gelegenen Seen in den Alpen sowie im Jura freuen.

Die Kahlfröste führten überdies dazu, dass Kaltluftseen sichtbar gemacht wurden: Wo die Temperatur unter 0 °C sank und der Taupunkt erreicht wurde, setzte Reifbildung ein. Im Schatten überdauerte der Reif zum Teil mehrere Tage. Eines der schönsten Bilder stammt vom Fälensee und wurde von Christian Burth geschossen:

Von der Webcam auf dem Hohen Kasten gibt es eindrückliche Bilder des Sämtisersees. das untenstehende wurde am 10. Januar um 8 Uhr Lokalzeit aufgenommen:

Quelle: www.plattenboedeli.ch / www.hoherkasten.ch

Praktisch der gesamte Bereich des Kaltluftsees unterhalb der unteren Waldgrenze (diese ist nicht temperaturbedingt, sondern auf die Bewirtschaftung zurückzuführen) ist reifbedeckt. Eine Ausnahme bildet der von der Kamera aus gesehen obere rechte Bereich: Dieser erhält als einziger zu dieser Zeit im Jahr kurz direkte Sonneneinstrahlung, welche ausreicht, um den Reif zum Verschwinden zu bringen.

Wie gross ist der Temperaturunterschied zwischen dem Grund und dem oberen Rand des Kaltluftsees? Zum Zeitpunkt der Aufnahme wurden an der Station am Sämtisersee eine Temperatur von -6.6 °C gemessen. Eine kleine Nebenstation, welche am südlichen Rand des Kaltluftsees auf der Höhe des Überlaufpunktes liegt, hat zum gleichen Zeitpunkt eine Temperatur von 3.8 °C registriert: Auf 70 m Höhendifferenz resultierte also eine Temperaturdifferenz von 10.4 Grad.

Wie ist dieser Wert einzuordnen? Für den Zeitraum von Anfang Oktober bis zur letzten Auslesung der Logger am 22. Januar wurden die Temperaturunterschiede zwischen dem Grund und dem oberen Rand des Kaltluftsees am Sämtisersee ausgewertet und graphisch dargestellt. Hier das Beispiel für den Oktober 2016:

Zuerst eine Erklärung der Darstellung:

Auf der Y-Achse ist die Temperaturdifferenz aufgetragen. Ist die Temperatur unten kälter als oben, weist die Differenz ein negatives Vorzeichen auf. In diesem Fall liegt eine Inversion vor und der Kaltluftsee ist ausgeprägt – je negativer der Wert, desto stärker. Umgekehrt weist ein positives Vorzeichen auf durchmischte Verhältnisse hin.
Auf der X-Achse ist die Zeit an einem beliebigen Tag im entsprechenden Monat dargestellt.
Für jeden Zeitpunkt eines Tages gibt es so viele Werte, wie es Tage im Monat hat: Wir haben z.B. an jedem Tag im Monat Oktober um 12:00 einen Wert vorliegen, insgesamt 31 Stück.
Pro Zeitpunkt kann mit diesen 31 Werten nun etwas Statistik betrieben werden. Folgende Werte werden berechnet:
- Das Minimum und das Maximum dieser 31 Werte,
- Der Median (die Hälfte aller Werte ist grösser als der Median, die andere Hälfte ist tiefer)
- Die 90 %-, 75 %-, 25 %- und 10 %-Quantile (10%-Quantil bedeutet z.B., dass 10 % aller Werte höher sind als dieser Wert)

Was können wir daraus ableiten? Es liegt nun für jeden Zeitpunkt im Tag eine Häufigkeitsverteilung vor und wir können die Charakteristik des Oktobers 2016 hinsichtlich der Temperaturdifferenzen in der Senke des Sämtisersees erfassen:

Das Maximum schwankt zwischen ca. 1 und 3 Grad: Diese Werte weisen auf den ersten Blick auf eine ausserordentlich labile Schichtung hin. Die nackten Zahlen sind jedoch zu interpretieren, vgl. weiter unten.
Die Schwankungen der 10 %- und der 25 %-Quantile sind recht homogen über den Tag verteilt. Um die Mittagszeit herum sowie in der Nacht sind die Werte leicht erhöht, am Vormittag zwischen 5 – 9 UTC und am Nachmittag 15 – 19 UTC sind die Werte stabiler. Die stabileren Phasen am Vor- bzw. Nachmittag fallen in die Zeit, in welcher üblicherweise die grössten Temperaturänderungen (Erwärmung am Morgen bzw. Abkühlung am Abend) zu beobachten sind.
Der Median liegt bei 0.6 °C (+-0.4 K)
Während die positiven Differenzen relativ eng geschart sind, gibt es bei den negativen Differenzen (für einen Kaltluftsee wenig überraschend) grössere Schwankungen.
Auffällig ist der deutliche Anstieg des Minimums und der 90%-Quantile um die Mittagszeit herum: Die noch relativ starke Sonneneinstrahlung vermochte eine allenfalls vorhandene Inversion in jedem Fall spätestens bis um 13 UTC aufzulösen.

Bei der Interpretation dieser Zahlen müssen jedoch folgende Punkte berücksichtigt werden:

bei der Nebenstation am oberen Rand des Kaltluftsees kommt aus Kostengründen eine andere Sensorik zum Einsatz als an der Hauptstation am Sämtisersee,
die Sensorik an der Nebenstation ist in einem passiv ventilierten Strahlungsschutz untergebracht, während dem die Hauptstation aktiv ventiliert wird,
die kleinräumige Variabilität ist nicht nur während ausgeprägten Inversionslagen sehr gross: in Föhnsituation wurden während Böen mit einem Handthermometer Temperatursprünge von 2 – 3 Grad in wenigen Sekunden registriert. Erfasst eine Föhnböe also nur die untere Station, so resultiert dies in einer sehr starken Temperaturabnahme mit der Höhe.

Für die Folgemonate werden nur noch die wichtigsten Punkte andiskutiert:

Im November ist der Bereich zwischen dem Maximum und dem Median recht vergleichbar mit dem Oktober. Inversionslagen werden jedoch langsam häufiger und die Auflösung erfolgt nur noch an knapp 3 von 4 Tagen. Das Minimum liegt leicht tiefer als im Oktober.

Im Dezember 2016 wurde die Inversion nur noch an ca. einem von vier Tagen aufgelöst. Die Inversion war (trotz fehlendem Schnee) deutlich intensiver ausgeprägt. Auch tagsüber traten regelmässig negative Temperaturdifferenzen von 5 Grad und mehr auf, die maximalen Differenzen nehmen Beträge von mehr als 10 Grad an – hier sei nochmals auf die Webcam-Aufnahme am Anfang des Beitrages hingewiesen.

Für den Januar 2017 flossen Werte bis zum 22. des Monats ein, die Auswertung ist daher provisorisch. Die Statistik wird massiv durch den Kaltlufteinbruch vom 6./7. Januar geprägt, wo am frühen Morgen des 7. Januar die bisher stärkste Inversion von 19.1 K registriert wurde. Dieser Wert ist beachtlich, aber im Vergleich mit Messungen von anderen Orten nicht ausserordentlich. Am Grünloch in Österreich wurden bereits Beträge von 30 K registriert.

-38.2 °C in Hintergräppelen – die Messlatte ist gesetzt

Zur Erinnerung: Während der Exkursion vom 6. Januar konnte mittels Handmessung ein Momentanwert von -35.8 °C ermittelt werden (vgl. Endlich ist der Winter da!). Am vergangenen Wochenende wurden nun erstmals Daten der definitiven Station in der Senke auf der Alp Hintergräppelen ausgelesen, nachdem die Technik am 6. Januar aufgrund der grossen Kälte versagt hatte.

Zeitangaben in der Graphik in UTC (Mitteleuropäische Winterzeit = UTC + 1h)

Das bisherige Minimum von -38.2 °C wurde am Abend des 6. Januars im Zeitraum zwischen 21:30 und 21:40 Uhr (Zeitangaben im Text in Lokalzeit) sowie zwischen 22:10 und 22:20 Uhr registriert.

Der Temperaturverlauf deutet darauf hin, dass der Himmel bis um 4 Uhr bedeckt war. Mit dem Aufklaren sank die Temperatur um bis zu 7.6 K pro Stunde auf -35.1 °C um 09:40 bzw. 10:00 Uhr.

Dieses erste Minimum korrespondiert zeitlich recht gut mit der Handmessung von -35.8 °C, welche gegen 10 Uhr durchgeführt wurde. Die Abweichung von 0.7 K lässt sich auf verschiedene Teilerklärungen zurückführen:

Unterschiedliche Messhöhe (Handmessung ungefähr auf Kopfhöhe vs. Stationsmessung auf 2.5 m über Boden)
unterschiedlicher Messort (Distanz Handmessung – Stationsmessung geschätzt 80 m)
unterschiedliche Sensorik
Handmessung ohne Strahlungsschutz

Zwischen 9 und 12 UTC gab es eine leichte tageszeitlich bedingte Erwärmung von ca. 5 K, bevor ein erneuter Temperaturrückgang einsetzte.

Von 20 Uhr bis 4 Uhr des Folgetages verharrte die Temperatur mit minimalen Schwankungen knapp unter -37 °C. Die Konstanz der Temperatur über diese lange Zeit ist bemerkenswert und weist darauf hin, dass der Kaltluftsee völlig zur Ruhe kam.

Nach 6 Uhr am 7. Januar stieg die Temperatur mit bis zu 8.7 K pro Stunde an und erreichte um 13:50 Uhr das Tagesmaximum von -2.9 °C. Mit einem Tagesminimum von -37.5 °C nach Mitternacht ergibt dies eine ausserordentlich hohe Temperaturamplitude von 34.7 K.

Insgesamt wurden im Januar 2017 an bisher 8 Tagen Temperaturen von unter -25 °C registriert:

Alle Monatsauswertungen sind unter Hintergräppelen – Messresultate verfügbar.

Heute vor 30 Jahren: -41.8 °C in La Brévine

Heute vor 30 Jahren am 12. Januar 1987 wurde in La Brévine die bis heute schweizweit tiefste Temperatur in einer Ortschaft registriert.

Der L’Impartial berichtet in seiner Ausgabe vom 13. Januar über diesen Rekord. Die angeführten -42.6 °C, welche im Februar 1962 gemessen worden seien, lassen sich in den Annalen der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt (heute: MeteoSchweiz) allerdings nicht nachvollziehen. Interessant sind die weiteren Temperaturangaben aus den Ortschaften in der Nähe von La Brévine für den 12. Januar 1987:

-41 °C in Martel Dernier im Vallée des Ponts, dem ebenfalls abgeschlossenen Nachbartal des Vallée de la Brévine
-31 °C in La Chaux-du-Milieu (liegt im Vallée de la Brévine, jedoch etwa 40 m höher als La Brévine, es handelt sich um eine Terminablesung um 9 Uhr)
-35 °C in Le Cachot (liegt zwischen La Brévine und La Chaux-du-Milieu)

Quelle: L’Impartial, Montag, 13. Januar 1987

Combe des Amburnex – kälter als La Brévine?

Wer Google mit „Kälterekord“ und „Schweiz“ füttert, erhält in den ersten Einträgen die üblichen Verdächtigen wie La Brévine oder die Glattalp präsentiert. Der Jura hat jedoch, bedingt durch die vielen Karsterscheinungen, noch einige Senken zu bieten, welche das Potential haben, La Brévine deutlich zu unterbieten. Ein Beispiel ist die Combe des Amburnex westlich des Col du Marchairuz. Sie steht zwar (mindestens in der Deutschschweiz) weniger im medialen Fokus, in vielen botanischen und geologischen Fachpublikationen wird jedoch auf das Potential für extrem tiefe Temperaturen hingewiesen. Im wissenschaftlichen Sinne entdeckt wurde die Combe des Amburnex durch Samuel Aubert (1871 – 1955), welcher 1901 zum Thema „La flore de la Vallée de Joux“ an der Universität Zürich promoviert hat – es dürften sich um die ältesten systematischen Untersuchungen von Kaltluftseen in der Schweiz handeln.

Weiterlesen unter: https://kaltluftseen.ch/daten-von-kaltluftseen/combe-des-amburnex/

Endlich ist der Winter da!

Nachdem der Winter 2016/17 bisher durch Kahlfröste geglänzt hat, legte er in den vergangenen Tagen eine Schippe Schnee nach… Mit den Schneefällen floss arktische Kaltluft in den Alpenraum ein – zwei Bedingungen für besonders tiefe Temperaturen wären also schon mal gegeben gewesen.

Nur: würde es früh genug in der Nacht aufreissen, damit die Temperatur auch wirklich in den Keller saust? Das war die kritische Frage bei der Planung der kleinen Exkursion von heute Vormittag.

Auf der Anfahrt von Zürich nach Alt St. Johann schwankte die Temperatur zwischen -8 °C und -15 °C und bei der Fahrt über den Ricken schneite es noch leicht. Im Toggenburg zwischen Wattwil und Starkenbach war der Himmel ziemlich wolkenverhangen, was den Optimismus doch arg strapazierte…

Bei Scharten oberhalb Alt St. Johann war Endstation mit dem Auto, die Schneeschuhe wurden angeschnallt und das Material geschultert.

Hier ein Bild vom Aufstieg zum Böstritt, Blick zurück Richtung Gamserrugg / Chäserrugg:

Eine gute Dreiviertelstunde später haben wird den Böstritt, den Übergang ins Gräppelental erreicht:

Nochmals 2oo m weiter vorne öffnet sich der Blick in die Senke der Alp Hintergräppelen, dem Ziel unserer Expedition – ein grandioser Anblick! Das Nebelchen auf dem Boden des Talkessels liess die Befürchtung, dass das Minimalziel von -20 °C nicht erreicht werden könnte, vergessen:

Bereits hier oben über dem Kaltluftsee war die Temperatur auf der ziemlich frischen Seite:

Nun begann der Abstieg in den Kessel und mit jedem Schritt in die Tiefe sank die Temperatur um einige Zehntelsgrade. Die -25 °C- und die -30 °C-Marke wurden spielend geknackt, der tiefeste fotographisch festgehaltene Wert beträgt -34.9 °C:

Beim Umhergehen fiel der Wert auf dem Handthermometer zwischenzeitlich auf -35.8 °C ab, stieg aber auch mal auf -32°C an.

Die Kälte hatte einige eindrückliche Effekte:

Kunststoff wird sehr schnell steif: USB- und Messsondenkabel erstarrten förmlich, Funktionsbekleidung und Rucksäcke knisterten und raschelten auffällig
Eigentlich wollte ich die Logger an meiner Station auslesen – das Notebook mit dem Ausleseprogramm war der Kälte jedoch nicht gewachsen. Daher kann die Handablesung auch nicht mit einem unter vernünftigen Messbedingungen erhobenen Wert in Relation gesetzt werden. Frei nach Arnold Schwarzenegger: I’ll be back – wenn’s etwas wärmer ist, damit das Notebook mitmacht!
Die drohende Unterzuckerung liess mich im Rucksack nach der Gatorade-Flasche greifen. Deren Inhalt war zu Slush-Eis erstarrt…
Eindrücklich war auch der Eis-Ansatz auf der Balaklava und an den Augenbrauen. Auch in der Nase stach es – zum Glück hatte ich am Abend zuvor noch die Nasenhaare getrimmt 😉
An den Händen war die Kälte erstaunlich lang gut auszuhalten. Mit einem Mal wurde es verdammt schnell ungemütlich, und ich musste die Daunenhandschuhe anziehen. Wenn die Hände klamm werden, dann fährt das ziemlich ein…

Das war dann auch der Zeitpunkt für den Rückzug… Beim Abstieg zum Parkplatz gab es dann noch wunderschönen Diamantschnee zu sehen:

Das krönende Finale war dieser Halo mit Nebensonnen:

Fazit:

Extreme Kälte ist in einem kontrollierten Rahmen ein absolut sinnliches Erlebnis und eine ausserordentliche Erfahrung!
Auch wenn die Vergleichswerte vom Sämtisersee fehlen: die Senke bei Hintergräppelen ist wohl der kälteste Ort im Alpstein.
Am heutigen Tag hat der Kaltluftsee bei Hintergräppelen die tieferen Minima geliefert als alle anderen mir bekannten Standorte in der Schweiz mit Messungen (inkl. La Brévine, Samedan, Buffalora, Combe des Amburnex und Glattalp). Korrektur und Anmerkungen erwünscht!
Wie bereits erwähnt: Der Wert aus der nahe an den WMO-Vorgaben aufgestellten Station in der Senke von Hintergräppelen ist abzuwarten – das wäre die Referenz.
Sobald die Werte aus der Station vorliegen, kann auch abgeleitet werden, wann die Bewölkung aufgerissen ist und wie lange die Ausbildung des Kaltluftsees gedauert hat.

Wintereinbruch Anfang November 2016

Nach einem sehr warmen September und einem leicht zu kühlen Oktober stellte sich anfangs November erstmals ein winterlicher Witterungsabschnitt mit Dauerfrost und einer geschlossenen Schneedecke ein. In der Nacht vom 7. auf den 8. November ist die Temperatur am Sämtisersee auf unter -10 °C gefallen und der See ist zugefroren, was anhand der Bilder der Web-Cam auf dem Hohen Kasten nachvollziehbar ist:

Bild des zugefrorenen Sämtisersees. Strukturen auf bzw. über der Wasseroberfläche sind normalerweise auf den Einfluss des Windes, auf Schattenwurf oder auf Nebel bzw. Wolken zurückzuführen. Animiert man die 5-minütlich vorliegenden Bilder jedoch, erkennt man, dass die Strukturen ortsfest sind – ein klarer Hinweis auf die Bildung von Schwarzeis. © Bild: www.hoherkasten.ch / www.plattenboedeli.ch

Der winterliche Charakter blieb in den Folgetagen erhalten. Die Schweiz lag im Einflussbereich eines Hochdruckgebietes über Osteuropa, welches mit einer Bisenströmung kalte und feuchte Luft gegen die Schweiz führte . Die Animation der Webcambilder vom Hohen Kasten zeigt, dass die Hochnebelobergrenze am 14. November tagsüber bis gegen 1500 m angestiegen, nach Sonnenuntergang jedoch rasch abgesunken ist, was auf eine nachlassende Bise schliessen lässt.

Quelle: Berggasthaus Plattenbödeli, Hoher Kasten Drehrestaurant und Seilbahn AG

Somit stellten sich im Alpstein ideale Strahlungsverhältnisse ein und in der Nacht vom 14. auf den 15. November wurde am Sämtisersee mit -13.3 °C die bisher tiefste Temperatur des noch jungen Winters gemessen:

Temperaturverlauf am Sämtisersee am 14. und 15. November. Die blaue Kurve zeigt den Verlauf am Sämtisersee, die rote Kurve den Verlauf an einer Nebenstation, welche über dem voll ausgebildeten Kaltluftsee liegt.

Auf ungefähr 70 m Höhendifferenz hat sich eine Temperaturumkehr von 7 K ausgebildet, was bemerkenswert aber noch nicht ausserordentlich stark ist.

In der Senke von Hintergräppelen wurden noch tiefere Temperaturen gemessen: Mit einem Minimum von -19.9 °C am 15. November um 02:00 UTC wurde die -20 °C-Marke nur knapp verfehlt. Mit einiger Wahrscheinlichkeit hat die aufziehende Bewölkung und die dadurch erhöhte atmosphärische Gegenstrahlung noch tiefere Werte verhindert.

Dieser Tiefstwert liegt mehr als 15 K tiefer als die Temperatur der freien Atmosphäre auf gleicher Höhe. Im Vergleich zum Sämtisersee war die Tiefsttemperatur in der Senke von Hintergräppelen um 6 K tiefer:

Mit der Umstellung der Wetterlage ab dem 19. November hat eine intensive und enorm langandauernde Föhnströmung den Schnee bis in hohe Lagen abschmelzen lassen. Auch der Sämtisersee war ab dem 21. November wieder komplett eisfrei.

Literatur

Wintereinbruch von Ende April 2016

Am 28. April 2016 wurde um 04:00 Uhr MESZ mit -7.6 °C die tiefste Temperatur des Monats registriert:

Durch eine Troglage floss am Vortag polare Kaltluft in den Alpenraum ein. Diese kam unter den Einfluss eines Zwischenhochs, was zu einer weitgehenden Wolkenauflösung führte.

Im Flachland der Alpennordseite wurden für die Jahreszeit sehr tiefe Temperaturen gemessen ).

Auch in anderen Teilen von Europa setzte dieser Wintereinbruch den Schlusspunkt unter einen sehr milden Winter 2015/2106 (vgl. z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Wintereinbruch_in_Mitteleuropa_April_2016)

Am Sämtisersee war der Boden zwar schneebedeckt, der See war jedoch bereits seit Anfang April eisfrei. Das Potential für ausserordentliche tiefe Temperaturen war somit nicht mehr gegeben. Der gemessene Minimalwert liegt zwar höher als derjenige von La Brévine (-10.8 °C) oder Andermatt (-9.8 °C), korrigiert um die Höhenlage ist der Wert jedoch einer der tiefsten in der Schweiz.