Wolken und Winde als Wetterkünder

Von J. Häfelin

Mit 6 Bildern ( 103-108 ) und 3 Skizzen ( Zürich ) Viele technische Neuerungen des zwanzigsten Jahrhunderts haben den Menschen vom Wetter unabhängig gemacht. In den Städten führen Tram und Autobus die Arbeitenden von ihren Heimen in die Fabriken und Büros, so dass sie Sturm und Regenwetter kaum spüren. Dem Bauer helfen moderne Maschinen viele Arbeiten in kürzerer Zeit auszuführen als früher, so dass die Unbilden des Wetters ihn bei den Feldarbeiten nicht mehr in starken Rückstand fallen lassen. Doch ist durch diese Entwicklung einem grossen Teil der Menschheit der Sinn für das Wettergeschehen abhanden gekommen. Die natürlichen Anzeichen für kommenden Regen werden nur noch von wenigen verstanden. Und doch ist es gerade für den Alpinisten notwendig, selber im offenen Buche der Natur lesen zu können, wenn ihn eine Tour weit von allen Telephonverbindungen und Radioapparaten führt. Nur dann wird er in der Lage sein, abzuschätzen, ob eine einmal begonnene Wanderung infolge eines bevorstehenden Wetterumsturzes abgebrochen werden müsse oder nicht.

Vor allem künden uns die Wolken und die Winde immer frühzeitig, oft 12 bis 24 Stunden oder mehr, an, welche Entwicklung zu erwarten ist. Die verschiedenen Wolkenformen und die aufschlussreichen Windverhältnisse können wir indessen nur dann richtig deuten, wenn wir die Ursache ihres Entstehens kennen. Nun sind die Vorgänge in der Atmosphäre im allgemeinen einfach und leicht verständlich. Die mannigfachen Übergänge und Abstufungen, die zwischen den einzelnen typischen Wetterlagen bestehen, machen allerdings eine genaue Wolken 4. Dichter Altostratus Gleichmässig graue Wolkenschicht, die die Sonne ganz verdeckt. Am Horizont ist noch ein Streifen dünner Altostratus sichtbar 106 - Aufnahme Dr. TH. Ztngt. Davos 5. Hakencirren Feine, rasch zunehmende Eiswolken. Sie künden meistens das Nahen einer Kaltfront an 107 - Aufnahme Dr. A. Mitlelholzer, Unterkulm 6. Altocumuluswolken Aufziehende, wogenförmig angeordnete mittelhohe Haufenwolken ( Altocumuluswolken ) als Vorboten einer Kaltfront WS - Aufnahme Dr. Th. Zlngg, Davos und in Einzelheiten gehende Prognose doch schwieriger, als mancher Laie glauben mag. Doch den Alpinisten sollte dies nicht abhalten, wenigstens die Grundlagen der Wetterkunde zu studieren.

Kaltluft gegen Warmluft Warum eigentlich kommt in unseren Gegenden ein ständiger Wechsel zwischen Kalt und Warm, zwischen Regen und Sonnenschein, zwischen Windstille und Sturm zustande? Es sind hauptsächlich drei Tatsachen, die zu dieser « beständigen » Veränderlichkeit Anlass geben: 1. Den Motor des gesamten Wettergeschehens bildet die Sonne. Sie heizt unsere Erde auf. 2. Infolge der Kugelgestalt unseres Planeten erhalten aber die äquatorialen Gegenden, da dort die Sonnenstrahlen senkrecht auftreffen, mehr Wärme als die polaren Regionen, die im Sommer wegen der schräg auffallenden Strahlen nur wenig, im Winter Ostwindzone Westwindzone.. Passatwindzone Äquator Abb. 1. Die Hauptwindzonen auf der nördlichen Erdhalbkugel während der langen Polarnacht überhaupt keine Sonnenwärme empfangen. Die dadurch entstehenden grossen Temperaturgegensätze lassen einen grossräumigen Luftaustausch zwischen Äquator und Pol Zustandekommen. Die heisse Luft der tropischen Gebiete steigt auf, fliesst in der Höhe gegen die Pole ab, sinkt dort zur Erde nieder, von wo sie, abgekühlt und in kalte Polarluft umgewandelt, wieder gegen den Äquator zurückfliesst. 3. Da aber die Erde sich dreht, so werden diese Strömungen abgelenkt, so dass ein verwickeltes System von verschiedenen Windrichtungen entsteht. Doch kann man trotzdem auf jeder Erdhalbkugel drei Hauptwindzonen feststellen1: Die Passatwindzone zwischen Äquator und den Breiten von 30 bis 35°, die Südwest- bis Westwindzone zwischen 35 und 65° und die Nordost-oder Ostwindzone zwischen 65° und dem Pol ( Abb. 1 ). Die von den südlichen Gebieten nordostwärts oder ostwärts strömende warme Tropikluft trifft in der Regel in den Breiten von Island auf die kalte Polarluft. Nun können aber verschieden temperierte Luftmassen nicht längere Zeit friedlich nebeneinander fliessen, sondern sie treten in Wechselwirkung miteinander. Die kalte und schwere Polarluft dringt unter die Warmluft ein und hebt letztere in die Höhe, die leichte Tropikluft anderseits gleitet über die vor ihr liegende Kaltluft in flachem Winkel auf. So kann die Warmluft oft weit nach Norden, die Kaltluft aber ebenso weit nach Süden vordringen. Es ist also ein beständiger Kampf dieser beiden aus verschiedenen Gegenden stammenden Luftmassen im Gange. Bald einmal drängt die Kaltluft die Tropikluft bis ins Mittelmeer oder nach Nordafrika zurück, dann wieder überflutet die Warmluft ganz Europa bis nach Skandinavien. Um den Charakter dieser Grenzlinie als Kampfgebiet bereits durch den Namen zu bezeichnen, wurde sie von den norwegischen Meteorologen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts als erste eine klare und richtige Auffassung 1 Wir befassen uns im folgenden nur mit den Verhältnissen auf der nördlichen Hemisphäre und im einzelnen nur mit den Europa beeinflussenden Strömungen.

Die Alpen - 1954 - Us Alpes18 über die Wettervorgänge hatten, Polarfront genannt. Der Teil dieser Grenzlinie oder Grenzfläche, wo die Warmluft auf Kosten der Kaltluft Raum gewinnt, wird Warmfront, das Stück der Polarfront, wo die kalten Luftmassen die Warmluft verdrängen, aber Kaltfront genannt.

Wie bilden sich die Wolken?

Die Fronten sind nun die hauptsächlichsten Wolken- und Niederschlagsbildner, denen wir den grössten Teil der Regen- und Schneefälle verdanken. Die Luft kann immer nur eine gewisse Menge von Wasserdampf, d.h. Wasser in gasförmigem, unsichtbarem Zustande enthalten. Wärmere Luft kann aber mehr solches gasförmiges Wasser aufnehmen als kältere.

Altostratus ZirroZirrus Regenwolkendicht dünn 800 km Abb. 2. Warmfront z> Aufgleitende Warmluft ( WLAbziehende Kaltluft ( KL ) y/yNiederschlag Wird die maximale Menge überschritten, so tritt ein Ausscheiden des überschüssigen Wasserdampfes in Form von sichtbaren Nebel- oder Wolkentröpfchen ein. ( Physikalisch besteht kein Unterschied zwischen Wolken und Nebel. ) Um also eine vorhandene Luftmasse zur Nebelbildung, zur Kondensation zu bringen, müssen wir sie abkühlen, bis der in ihr enthaltene Wasserdampf gerade die für diese Temperatur maximal mögliche Menge darstellt, die Luft also gesättigt ist. Jede weitere Temperaturerniedrigung muss dann zur Wolkenbildung führen. Nun kühlt sich aber aufsteigende Luft ab. Sie gerät bei der Hebung unter kleineren Luftdruck, dehnt sich also aus. Die dafür zu leistende Arbeit muss aber irgendwie bezahlt werden: nämlich durch Entzug von Wärme. So wird die aufsteigende Luft, die ihren Feuchtigkeitsgehalt, die Wasserdampfmenge mit sich nimmt, in einer je nach Wetterlage verschiedenen Höhe, Kondensationsniveau genannt, gesättigt sein und Wolkenbildung verursachen.

Bei den Fronten findet immer eine Hebung der Warmluft statt, so dass es zur Entstehung von Wolken kommen muss. Bei der Warmfront findet ein langsames und gleich-massiges Aufgleiten statt ( Abb. 2 ). Die dabei entstehenden Wolkenformen unterscheiden sich stark von denjenigen, die beim Einbruch von Kaltluft entstehen. Verfolgen wir einmal einen Warmfrontaufzug anhand der Wolkenbilder. Nach einer längeren Kälteperiode erscheinen eines Tages im Westen oder Nordwesten feine Federwolken, vom Fachmann Zirren genannt, die sich in 6000 bis 10 000 Metern Höhe befinden. Sie bestehen aus Eisnadeln und lassen das Sonnenlicht sozusagen ungeschwächt durch ( Tafel 1 ). Sie vermehren sich allmählich und ziehen immer näher. Bald sehen wir, wie die Zirren sich in der Richtung, aus der sie kommen, zu einem feinen Schleier verdichten, der dem Himmel ein milchiges Aussehen gibt. Schiebt sich dieser sogenannte Zirrostratus über die Sonne hinaus vor, so legt sich im Abstand von 22° ein heller Ring, von den Fachleuten als « Halo » bezeichnet, um das Tagesgestirn ( Tafel 2 ). Auch bei Mondschein können wir das gleiche Phänomen beobachten. Dieses Mondhalo darf aber nicht mit dem Mondhof verwechselt werden. Bei dunstigem Wetter legt sich direkt um den Mond ein heller Schein, der durch Zerstreuung der Lichtstrahlen an den Wassertröpfchen entsteht. Beim Halo, das durch Brechung der Strahlen an den Eisteilchen, aus denen der Zirrostratus besteht, verursacht wird, legt sich der Sonnen- oder Mondring im Abstand von 22° um das Gestirn, lässt also dazwischen einen breiten Sektor dunklerer Tönung übrig.

Das Auftreten des Halos kündet uns immer das Aufgleiten von Warmluft an und gilt daher als ein ausserordentlich sicheres Zeichen für einen bevorstehenden Wetterumschlag. Tatsächlich kommt es in diesem Falle innert der nächsten 24 Stunden in mindestens 80 % der Fälle zu Niederschlägen. Aber keine Regel ohne Ausnahme! Es gibt auch wenig aktive Warmfronten. Sie bringen manchmal nur Bewölkung, vielleicht gerade nur einen Zirrostratus mit Halo und eine kleine Temperaturerhöhung, aber keine tiefen Regenwolken und keine Niederschläge. Die Bildung eines Halos soll uns aber immer vorsichtig werden lassen und veranlassen, die kommende Wolkenentwicklung genau zu verfolgen. Ist die Warmfront wirklich wetterwirksam, so dehnt sich nämlich der Zirrostratusschleier immer weiter aus, bis er den ganzen Himmel bedeckt. Gleichzeitig sehen wir aber, wie sich die feine Wolkendecke, die das Sonnenlicht nur unmerklich abschwächt, so dass jeder Gegenstand noch einen Schatten wirft, mehr und mehr verdichtet. Der Himmel verliert sein milchiges Aussehen, um eine einheitlich graue Färbung anzunehmen. Die Sonne ist jetzt nur noch wie durch eine Mattscheibe sichtbar ( Tafel 3 ). Während der Zirrostratusschleier sich in Höhen von 6000 bis 10 000 Metern befindet, ist nun die Wolkendecke auf etwa 5000 Meter abgesunken. Bald aber verdichtet sich die ganze Schicht noch mehr. Die Sonne verschwindet vollständig, und eine vollkommen gleichmässige, dunkelgraue Schicht bedeckt nun den ganzen Himmel ( Tafel 4 ).

Noch ist die Untergrenze ganz glatt. Aber schon sehen wir die ersten Schneeflocken oder Regentropfen aus der grauen Decke fallen. In der noch trockenen, wolkenfreien Luft verdampfen aber diese ersten Wassertröpfchen oder Eisteilchen wieder, so dass sie den Boden nicht erreichen, sondern nur wie grosse Kommas aus der Wolkendecke hangen. Doch dauert es nicht lange, so fallen die Regentropfen weiter hinab und erreichen den Erdboden. Im Winter kann beim Nahen von Warmluft zunächst noch feiner Pulverschnee uns ein Fortdauern des winterlichen Wetters vortäuschen. Bald aber geht der Niederschlag in gross-flockigen Naßschnee über. In den Niederungen können oft noch Neuschneehöhen von 20 bis 40 cm gemessen werden. Wenn nun aber die Warmluft auch in den unteren Schichten unsere Gegenden erreicht, dann geht der Schneefall in den tieferen und manchmal selbst in den mittleren Lagen bis etwa 2000 Meter über Meer in Regen über, so dass die weisse Schneedecke oft in kürzester Zeit verschwindet.

WOLKEN UND WINDE ALS WETTERKÜNDER Nur selten weicht die Wolkenentwicklung bei einer Warmfront vom üblichen Schema ab, so dass es in der Regel leicht ist, den bevorstehenden Wärmeeinbruch auf 12 bis 24 Stunden voraus zu erkennen. Vor allem sind im Winterhalbjahr diese Warmfrontaufzüge gut ausgebildet, während sie in der warmen Jahreszeit selten richtig zur Geltung kommen.

Kaltlufteinbruch Wie steht es nun mit den Kaltfronten? Können wir auch da anhand der Wolkenformen das Nahen der kalten Luft erkennen? Wie Abb. 3 zeigt, wird auch beim Kälteeinbruch Schauer- oder Gewitterwolken ( Kumulonimbus ) Linsenförmige Altokumulus- Wolken 100 km 400 km Abb. 3. Kaltfront Emporgehobene Warmluft ( WL ) Vordringende Kaltluft ( KL ) Niederschlagsgebiet Warmluft emporgehoben und nach vorn geworfen. So erleben wir oft auch bei dieser Wettererscheinung einen Aufzug von hohen Eiswolken. Die Vermehrung erfolgt aber viel rascher als bei der Warmfront und oft in Form von Hakenzirren ( Tafel 5 ). Doch nicht immer sind Zirren die Vorboten von Kaltlufteinbrüchen. Manchmal ziehen wogenförmig angeordnete Haufenwolken, sogenannte Altokumuluswolken, in einzelnen Feldern vorüber ( Tafel 6 ). Je näher die Kaltfront rückt, um so vielgestaltiger sind die möglichen Wolkenformen. Bald ist es eine ausgedehnte Schicht mittelhoher Wolken ( Tafel 7 ), bald wieder eher einzelne, linsenförmige Bänke ( Tafel 8 ). Im Sommerhalbjahr sind auch flockige und zerrissene Haufenwolken, die am Morgen während 1-2 Stunden dem Himmel ein unruhiges Aussehen geben, die untrüglichen Anzeichen von einem 10 bis 12 Stunden später eintretenden und von Gewittern begleiteten Kälteeinbruch ( Tafel 9 ).

In der heissen Jahreszeit kann aber eine Kaltfront einmal auch fast plötzlich eintreffen, ohne dass besondere Wolkenformen uns auf ihr Nahen aufmerksam gemacht haben. So erleben wir manchmal einen wunderschönen Sommermorgen. Kein Wölklein ist sichtbar, soweit das Auge reicht. Je höher die Sonne steigt, um so mehr spüren wir aber die lähmende Hitze, die bleischwer über den windstillen Feldern liegt. Am Nachmittag erblicken wir eine dunkle Wolkenwand weit im Westen. Noch scheint sie fast unbeweglich zu sein. Doch bald merken wir, wie sie rasch näher kommt. Schon verschwindet die Sonne hinter diesen sich hoch auftürmenden Wolkenmassen. Kaum können wir das schützende Dach aufsuchen, da prasseln die schweren Regentropfen auf die ausgetrocknete Erde nieder. Nur eine knappe Stunde ist vergangen, seit wir die ersten Anzeichen erblickten.

Lokale Wärmegewitter Aber nicht nur Kaltfronten können im Sommer dem Bergsteiger verhängnisvoll werden. Oft sind es auch lokale Wärmegewitter, die die Kletterer zum vorzeitigen Abbruch einer Fahrt zwingen. Nach diesen oft nur eng begrenzten Erscheinungen stellt sich in der Regel wieder das vorherige warme Sommerwetter ein. Ein Wetterumschlag, eine kühlere Periode bereitet sich dadurch nicht vor. Wie entstehen dann aber diese Gewitterwolken, wenn keine Front mit im Spiele steht? Wie kommt das absolut notwendige Aufsteigen der Luft zustande?

Die Sonne sendet ihre wärmenden Strahlen ohne Unterschied auf grüne Wiesen und braune Felder, auf die blauen Seen und die hellen Felspartien. Der Boden aber nimmt die Wärme je nach Beschaffenheit verschieden auf. Einen Teil der Sonnenstrahlen wirft er überhaupt zurück, so dass nur ein Bruchteil zu seiner Erwärmung zur Verfügung steht. Je nach Bodenart braucht es aber mehr oder weniger Wärme, um die Temperatur um gleichviel Grade zu erhöhen. So sind bei Sonnenschein die Felsen viel wärmer als der Erdboden, der Erdboden aber wärmer als die Wiesen, die Wiesen wiederum wärmer als die Wasserflächen. Wärmere Luft ist aber, wie wir schon wissen, leichter als kältere, sie steigt daher auf, nimmt aber gleichzeitig ihre Luftfeuchtigkeit, die in ihr enthaltene Menge Wasserdampf, mit. Beim Aufsteigen kühlt sie sich, genau wie es bei einer Front geschieht, ab, und so muss es in einer je nach Wetterlage verschiedenen Höhe zur Wolkenbildung kommen. So kann es also auch ausserhalb der Fronten in einer gesamthaft gesehen eigentlich einheitlich warmen Luftmasse zur Wolkenbildung kommen.

Und welch herrliche Gebilde von gewaltigen weissen Türmen, ja von ganzen Burgen zaubert uns die wärmende Sonne im Sommer aus dem unsichtbaren Wasserdampf hervor. Wohl sind es zunächst nur einzelne Fetzchen, die am späten Vormittag entstehen und oft nach kurzer Zeit wieder vergehen. Um Mittag allerdings bilden sich dann richtige Haufenwolken, die bei voller Entwicklung eine flache Untergrenze, aber runde, kuppenförmige Oberflächen aufweisen ( Tafel 10 ). Noch ist ihre vertikale Ausdehnung kleiner als die horizontale. Sie heissen Schönwetter-Kumulus und verheissen uns weiterhin schönes Wetter, solange sie sich nicht zu grossen Türmen entwickeln und gegen Abend, bei abnehmender Sonnenstrahlung, wieder verschwinden. Dem Bergfreund allerdings spielen auch sie oft einen Streich. Nach mühevollem Aufstieg, der schon vor dem Morgengrauen in Angriff genommen wurde, erreicht man gerade dann den Gipfel, wenn sich diese typischen Schönwetterwolken zu bilden beginnen. Da verdecken sie nur allzugerne alle Aussicht, so dass wir um die Belohnung für die grosse Mühe gekommen sind. Wenigstens künden uns diese Wolken keinen Wetterumsturz an. Manche lokale Bauernregel befasst sich mit diesen Schönwetterwolken: « Hat der Pilatus einen Hut, so ist das Wetter gut », will ja gerade sagen, dass eine Kumuluswolke um einen Berggipfel auf den Fortbestand des schönen Wetters deutet.

Anders ist es aber an Tagen mit Gewitterneigung. Da wächst die anfänglich nicht sehr hohe Kumuluswolke im Laufe des Nachmittages weiter und bildet mit der Zeit einen grossen Wolkenturm. Im Gegensatz zum Schönwetterkumulus nennt der Meteorologe dieses Stadium den grossen Kumulus ( Tafel ll ). Seine blendend weissen und scharfen Ränder zeigen uns, dass es sich um eine Wasserwolke handelt. Und selbst in Höhen mit Temperaturen unter null Grad, ja bis etwa zu minus 10 bis minus 15 Grad, bestehen sie, wie einwandfreie Beobachtungen auf Bergen, in Flugzeugen und Ballonen bestätigten, noch aus Wassertröpfchen. Daher weisen sie auch in 5000 bis 6000 Metern über Meer noch die starken, scharf abgegrenzten Konturen auf, die ganz an einen Blumenkohl erinnern. Solange nun die sommerliche Haufenwolke noch aus Wassertröpfchen besteht, also noch die Blumenkohlstruktur aufweist, kann sie höchstens unbedeutenden Niederschlag bringen und sicher keine Gewitter auslösen. Zu starkem Regen kommt es erst, wenn in der Wolke alle drei Phasen des Wassers: der unsichtbare Wasserdampf, die Wolkentröpfchen und die Eisteilchen vorhanden sind. Nun beginnen sich aber in der Wolke die Eisteilchen tatsächlich erst bei Temperaturen unter minus 10 Grad zu bilden. Dieser Übergang von der Wasser- zu der Eis wölke kann am Aussehen der Wolke gut erkannt werden. Der Wolkengipfel beginnt seine festen Ränder zu verlieren, die Konturen werden flau, es bildet sich am Kopf der Wolke ein Schirm, der sich in manchen Fällen kreisförmig nach allen Seiten, oft aber auch nur nach einer Richtung hin ausdehnt und wegen seiner Form Amboss genannt wird. Diese Wolkenform, vom Fachmann Kumulonimbus genannt, stellt nun die eigentliche Gewitterwolke dar ( Bild 12 ). Sie kann zu starken Regen- oder Schneeschauern Anlass geben und, sofern die für die Trennung der positiven und negativen Elektrizität notwendigen Prozesse des Zerplatzens der Tröpfchen und des Absplitterns kleiner Teilchen von den Eiskristallen in genügender Anzahl stattgefunden haben, Blitzentladungen verursachen.

So lässt uns das Aussehen der sommerlichen Haufenwolken oft auf den ersten Blick erkennen, ob der Ausbruch eines Gewitters kurz bevorsteht oder nicht. Allerdings können wir uns unterhalb der Wolkendecke befinden, so dass uns die Kuppe verdeckt ist. Dann werden wir aber um so besser die Untergrenze betrachten. Ist sie horizontal und nicht zu dunkel gefärbt, so wird das Gewitter nicht so rasch losbrechen. Erst wenn die Wolke bis in grosse Höhen gewachsen ist, wird die Untergrenze immer dunkler werden. Bilden sich nun noch graue Fetzen, so dass die Basis zerrissen und wild aussieht, dann heisst es allerdings, bald das schützende Dach aufsuchen. Meist bricht ja das Gewitter mit grosser Intensität sehr rasch los, so dass wir nur zu bald ganz durchnässt sind. Glücklicherweise dauern aber die lokalen Wärmegewitter in der Regel nur kurze Zeit, und bald bricht die Sonne wieder durch die dunkle Wolkenwand.

( Fortsetzung folgt. )