Temperatur, Taupunkt und Feuchttemperatur

Wir bewegen uns langsam Richtung Ende des Flachlandwinters. Nicht nur die Lufttemperatur steigt langsam, aber unaufhörlich wieder in den Normalbereich für Mitte Februar, auch die Tageslänge beträgt inzwischen wieder rund 10 Stunden. Entsprechend schmilzt der Schnee tagsüber selbst bei Minusgraden dahin.

Globalstrahlung

Schuld daran trägt die Globalstrahlung: Sie setzt sich aus der direkten Sonneneinstrahlung (wolkenloser Himmel) und diffusen Himmelsstrahlung (Wolkendecke) zusammen. Die Globalstrahlung ist auch dafür verantwortlich, dass im Spätwinter selbst nach langer Frostperiode die Oberfläche des Erdbodens relativ schnell auftaut und bei aufkommendem Regen die Glättegefahr nur vorübergehend ein Thema ist.

Zustandsgrößen

Wie rasch eine Schneedecke verschwindet, hängt von Temperatur und relativer Feuchte ab. Meteorologen betrachten hierfür drei Größen: Lufttemperatur, Taupunkt und Feuchttemperatur.

Der Taupunkt ist jene Temperatur, auf die die Lufttemperatur abkühlen muss, um 100 % relative Luftfeuchte zu erreichen. In anderen Worten: Je kleiner die Differenz zwischen Temperatur und Taupunkt, desto höher die relative Feuchte. Im Englischen spricht man auch von Spread

Die Feuchttemperatur liegt in etwa in der Mitte zwischen Temperatur und Taupunkt. Fällt Niederschlag in trockene Luft, so erhöht sich durch Verdunstung die relative Feuchte, d.h. der Taupunkt steigt und die Temperatur sinkt. Beide Größen nähern sich dabei der Feuchttemperatur an, die konstant bleibt und sich nur ändert, wenn die Luftmasse modifiziert wird. 

Bei 100 % relativer Feuchte gilt: Temperatur = Feuchttemperatur = Taupunkt.

spread

Die drei Größen lassen sich auch graphisch darstellen, z.B. in einem Radiosondenaufstieg (hier: Lindenberg im östlichen Brandenburg). Die rechte schwarze Linie markiert die Temperatur, die linke den Taupunkt. Je kleiner der Abstand (oben erwähnter Spread), desto höher die relative Feuchte. 

Um die Nullgradgrenze der Feuchttemperatur zu bestimmen, konstruiert man in beliebiger Höhe eine virtuelle Wolkenuntergrenze, indem man den Trockenadiabaten (rot) bzw. Isohumen (blau) folgt. Vom Schnittpunkt folgt man den Feuchtadiabaten (grün), bis man auf die 0-Grad-Linie trifft.

In diesem Fall liegt die Nullgradgrenze am Boden. Empirische Regeln besagen, dass bei einer Feuchttemperatur von 1 Grad und weniger Schneefall am Boden erwartet werden kann. Mit anderen Worten: Trotz einer Bodentemperatur von +2,4 Grad hat es in Lindenberg geschneit.

Unabhängig von der Globalstrahlung gibt es drei Möglichkeiten, wie die Natur eine Schneedecke beseitigen kann:

Sublimation

Frisch gefallener Schnee an einem Wintermorgen. Über Nacht hat es aufgeklart und die Temperatur liegt im Frostbereich. Tagsüber erlaubt die Luftmasse den Anstieg der Temperatur auf knapp positive Werte, etwa bei viel Wind und entsprechender Durchmischung. Durchmischung bedeutet im Zusammenhang mit Wind allerdings immer Abnahme der relativen Feuchte. Taupunkt und Feuchttemperatur bleiben in diesem Fall beide negativ. Dann sublimiert der Schnee, er geht direkt von der festen Phase (Eis) in die gasförmige Phase (Wasserdampf) über. Durch diesen Prozess nimmt die Schneedecke kaum ab und der Schnee bleibt fluffig (trocken). 

Schmelzen

Einen Tag darauf steigt die Temperatur weiter an, die Luftmasse wird insgesamt wärmer, womit die Feuchttemperatur den Gefrierpunkt überschreitet. Nur der Taupunkt bleibt noch negativ. Nun schmilzt der Schnee, er geht sowohl in die flüssige als auch in die gasförmige Phase über.  Der Übergang in die flüssige Phase lässt die Bindungen zwischen den Eiskristallen aufbrechen und die Masse der Schneedecke nimmt schneller ab.

Tauen

Noch einen Tag später zieht eine Warmfront auf. Anfangs fällt Schnee, insbesondere, wenn die Luft zuvor nochmals recht trocken ist. Manchmal regnet es sogar zuerst, und mit der Verdunstungskälte geht die Temperatur nahe Null Grad, wodurch der Regen wieder in Schneefall übergeht. Reißt der Niederschlagsnachschub nicht ab, wird die Luftfeuchte jedoch weiter durchfeuchtet und die Feuchttemperatur steigt immer weiter an, sodass der Schneefall schließlich wieder in Regen übergeht. So geschehen am 21. Januar 2012 in Wien, als zuerst Regen, dann Schneeregen, dann 5 cm Schnee fielen, ehe mit kräftig auffrischendem Wind alles in Regen überging und Tauwetter einsetzte.

Nun befinden sich alle drei Größen über dem Gefrierpunkt und der Schnee taut, er geht ausschließlich von der festen in die flüssige Phase über.  Die Schneedecke rinnt buchstäblich dahin.

Föhn

Ein Wort zum Föhn. Seinen undankbaren Ruf als Schneefresser verdankt der Föhn nicht der heißen Luft, sondern der Trockenheit, die durch ihn zustandekommt. Föhnluft zeichnet sich - mit Ausnahme des Dimmerföhns - durch sehr trockene Luft bei begleitenden, starken Windböen aus. Da der Taupunkt dadurch häufig negativ ist, wird die Schneedecke überwiegend durch Sublimieren bzw. Schmelzen dezimiert, wobei der starke Wind diese Prozesse beschleunigt, und durch die trockene Föhnluft mit geringer Bewölkung viel direkte Sonneneinstrahlung auf die Schneedecke treffen kann - was vor allem ab dem Spätwinter und Frühjahr eine Rolle spielt.

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