Kalte Winter in Europa

Abb. 1: Abweichung der Märztemperaturen 2013 vom Mittel der Märztemperaturen 1951-1980

Kalte Wintermonate

Die Winter der letzten Jahre seit dem Winter 2009/10 erschienen vielen Menschen als außergewöhnlich kalt. Tatsächlich lagen z.B. die Januartemperaturen 2010 in Deutschland um 3,2 °C unter dem langjährigen Mittelwert. Und die Durchschnittstemperatur des Winters 2009/10 lag um 1,5 Grad unter dem Mittelwert. Lange Zeit befanden sich zudem große Teile Deutschlands unter einer Schneedecke, die in Berlin z.B. vom 30. Dezember bis zum 26. Februar, also 59 Tage, ununterbrochen anhielt. Auch der Winter 2010/11 verlief insgesamt zu kalt. Vor allem begann er sehr früh, so dass schon der Dezember um 4,3 Grad unter dem langjährigen Mittel lag, so dass es überall in Deutschland erstmals seit 1981 ein weißes Weihnachtsfest gab. Anfang 2013 verwandelte sich sogar der Frühlingsmonat März in einen bitterkalten und schneereichen Wintermonat, mit Kälterekorden um -20 °C und einer Abweichung gegenüber der Vergleichsperiode 1981 bis 2010 um 4,1 °C.

Nicht nur in Deutschland und Europa hat es in den letzten Jahren überraschend kalte Winter gegeben; auch der Osten der USA und das nördliche Sibirien sind betroffen. Dabei sollte es nach Modell-Projektionen gerade auf der außertropischen Nordhalbkugel im Winter zu der stärksten Erwärmung durch Treibhausgase kommen. Doch obwohl sich der Planet ständig erwärmt hat, sind die Winter der Nordhemisphäre in letzter Zeit kälter und schneereicher geworden, insbesondere in den östlichen USA und großen Teilen des nördlichen Eurasien. Der Trend zu kälteren Wintern in diesen Regionen begann sogar vor etwa zwei Jahrzehnten, um 1988. Die gesamte Nordhalbkugel zeigt keinen ausgeprägten Trend. Und das ist überraschend angesichts der Projektion von Klimamodellen.

Die gegenwärtigen Winterverhältnisse müssen zunächst einmal zeitlich relativiert werden. So lagen die Januartemperaturen in Deutschland in den 1980er Jahren zwei Mal um etwa 6 °C, 1963 um 8 °C und 1941 um 9 °C unter dem Mittel von 1961-1990.. Ein Trend zu immer kälteren Wintern lässt sich jedenfalls nicht feststellen, eher lässt sich beobachten, dass die kalten Winter wärmer werden.

Abb. 2: Abweichung der Wintertemperaturen 2010/2011 (Dez.-Febr.) vom Mittel der Jahre 1951-1980

Außerdem muss der kalte Winter in Europa in räumlicher Hinsicht relativiert werden. Die kalten Winter 2009/10 und 2010/11 haben nichts mit dem globalen Trend zu tun, sondern sind ein regional begrenztes Phänomen, das sich auf Teile von Europa, Russland und der USA beschränkt. Hier lagen die Temperaturen um einige Grad Celsius unter den Wintertemperaturen der Periode 1951-1980. Global gehörten die Wintermonate Dezember bis Februar 2009/10 und 2010/11 dagegen zu den wärmsten je gemessenen Wintermonaten. In den höheren Breiten Kanadas, auf Grönland und in der Arktis wurden warme Rekordtemperaturen gemessen. Dennoch stellt sich die Frage nach den Ursachen der kalten Winter 2009/10 und 2010/11 und möglicherweise weiterer kalter Winter.

Nordatlantische Oszillation (NAO)

Abb. 3: Täglicher NAO-Index (vom 31.10.2010 bis 27.2.2011): schwache NAO Ende Nov. 2010 bis Anfang Januar 2011

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Abb. 4: Täglicher NAO-Index (vom 27.10.2011 bis 22.2.2012): starke NAO Mitte November 2011 bis Anfang/Mitte Januar 2012

Als Hauptursache für die Kältewellen in Europa, Sibirien und den USA wird eine sehr schwach ausgebildete Nordatlantische Oszillation angenommen. Der Gegensatz der Druckverhältnisse zwischen dem Azorenhoch und dem Islantief war niedriger als gewöhnlich. Das führte zu stabilen Luftdruck-Mustern, die arktische Luft in die östliche USA und in das nördliche Eurasien lenkte. Für Europa ist entscheidend, dass bei einer schwachen NAO die warmen und feuchten Luftströmungen vom Atlantik her nur wenig entwickelt sind und das Kältehoch über Nordosteuropa sich weit nach Westen ausbreiten kann. Die sich dabei einstellenden Wetterverhältnisse entsprechen ziemlich genau den Wetterlagen bei einer negativen NAO-Phase, mit relativ niedrigen Temperaturen und Trockenheit über Nord- und Mitteleuropa und warmen und feuchten Verhältnissen über dem Mittelmeerraum. Die NAO selbst unterliegt starken natürlichen Schwankungen von Jahr zu Jahr sowie einer Dekadenschwankung. So zeigte der NAO-Index im Winter 2009/10 einen negativen Rekordwert. Auch der frühe Winter 2010/11 kann als Folge der Schwankungen des NAO-Index gedeutet werden. Die schwache NAO allein hätte allerdings noch kältere Bedingungen erwarten lassen. Daran gemessen war der Winter 2009/10 sogar verhältnismäßig warm, was vor allem durch die fortschreitende Erwärmung des Hintergrundklimas durch die zunehmende Treibhausgaskonzentration bedingt ist. Der Winter 2011/12 war dagegen auf dem Hintergrund einer relativ starken NAO lange Zeit sehr mild. Erst die Abschwächung der NAO Ende Januar/Anfang Februar machte die Ausbreitung des osteuropäischen Kältehochs bis weit nach Mittleuropa möglich.

Das arktische Meereis

Worin bestand aber der Grund für die ungewöhnlich schwache NAO in den beiden Wintern 2009/10 und 2010/11? Als Ursachen für die NAO-Dynamik werden sowohl Wechselwirkungen mit dem Ozean wie mit der Stratosphäre angenommen. Für die Winter 2009/10 und 2010/11 wurde von einigen Forschern auch ein Einfluss des Abschmelzen des arktischen Meereises auf die NAO verantwortlich gemacht. Normalerweise isoliert der Polarwirbel rund um das arktische Höhentief die Arktis von Stürmen aus den mittleren Breiten und begrenzt zugleich die Bewegung kalter arktischer Luftmassen nach Süden. Um die Arktis herum gibt es starke Westwinde und eine starke Nordatlantische Oszillation, die warme und feuchte Luftmassen vom Nordatlantik nach Europa transportieren und das sibirische Kältehoch zurückdrängen. Seit dem Jahr 2005 hat sich der sommerliche Eisrückgang jedoch deutlich beschleunigt. Dadurch könnten sich die atmosphärischen Zirkulationsverhältnisse so geändert werden, dass kalte Luft aus den Polarregionen in Richtung Eurasien strömt. Die frei werdende Wasserfläche hat über große Teile des Nordpolarmeeres bis zu 5 °C höhere Temperaturen entstehen lassen. Diese Erwärmung führte möglicherweise zur Destabilisierung des Polarwirbels und ließ kalte und feuchte Luft aus der Arktis bis nach Nordamerika, Nordeuropa und Nordostasien vordringen. Aufgrund des zu erwartenden weiteren Rückgangs der arktischen Eisbedeckung könnte dieses als "Warme Arktis - Kalte Kontinente" bezeichnete Klimamuster in Zukunft häufiger vorkommen.

Im Winter 2009 war dieses Muster eines Höhentiefs über dem Polgebiet, das von und umliegenden Höhenhochdruckgebieten umgeben ist, nahezu umgedreht. In der Höhe von 1300 bis 1500 m war der Luftdruck über der Arktis höher als über den angrenzenden Kontinenten. Als Folge brach der Polarwirbel nahezu zusammen. Eine extrem schwache NAO mit den niedrigsten Wert seit Beginn der Messungen 1865 war die Folge. Dadurch konnten sich kalte Luftmassen über ganz Europa ausbreiten. Modelluntersuchungen zum Abschmelzen des Meereises in der Barents-Kara-See nördlich von Norwegen und Russland kommen zu ähnlichen Ergebnissen. Allerdings haben andere Modellrechnungen gezeigt, dass sich eine eisfreie Arktis aufgrund von Rückkopplungsmechanismen nur über wenige Jahre halten wird (vgl. Meereis/Projektionen).

Die Solarstrahlung

Auch die Sonne hat wahrscheinlich einen Einfluss auf kalte Winter in Europa und den USA. Das Verhalten der Sonne unterliegt wiederkehrenden zyklischen Schwankungen. Ein besonders prägnanter Sonnenzyklus, also der Zeitraum zwischen zwei Maxima der Strahlungsleistung, dauert etwa 11 Jahre (der sog. Schwabe-Zyklus). Das letzte Maximum lag zwischen 2000 und 2002, das letzte Minimum zwischen 2008 und 2010. Nach einer Modellberechnung beeinflusst eine geringe UV-Strahlung die Wetterverhältnisse in der unteren Troposphäre über die Stratosphäre. Dabei entstehen ähnliche Muster wie bei einer schwachen Nordatlantischen Oszillation (NAO). Die Dekadenschwankung der NAO wird hiernach bis zu 50 % durch die Variabilität der Solarstrahlung auf diesem Wege angetrieben. Der Einfluss der NAO und der Sonne würden hiernach keine sich ausschließenden Erklärungen für die Winterverhältnisse in Europa sein, sondern zusammenwirken.

Weblinks

• Erderwärmung könnte Winter kälter werden lassen Pressemitteilung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung