Sturmtief Frank bringt Wärmerekord in die Arktis – AWI Schneebojen liefern wichtige Wetterdaten

Abb. 1: Muster des Drucks auf Meeresspiegelniveau am 30.12.2015 (Quelle: www.esrl.noaa.gov/psd/products)

27. Januar 2016

Das alte Jahr endete in der Arktis mit überraschend hohen Temperaturen. Hierfür war das Sturmtief Frank verantwortlich, das extreme Temperaturanstiege und eine kurze Periode mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt in Teilen der zentralen Arktis hervorrief. Die Kombination aus einem starken Sturmtief bei Island und einem schwachen Tiefdruckgebiet, das über dem Nordpol lag (siehe Abbildung 1), verursachte das Ereignis.

Diese Konstellation war mit einem ausgeprägten Trog hohen Drucks auf dem 500hPa Niveau über dem Nordatlantik verbunden, der sich nach Osten über Zentraleuropa bis in die Karasee erstreckte. Dies führte zum Transport warmer und feuchter Luft in den hohen Norden der Arktis. Das Orkantief über Island verstärkte sich während der letzten Dezembertage zunehmend und der Luftdruck im Kern des Tiefs sank auf 930 hPa. Winterstürme im Norden sind normal, aber nicht in dieser Stärke.

Das Tief hatte große Auswirkungen auf die Arktis: Mit seinem enorm starken Südwind pumpte es sehr warme Luft nach Norden (siehe Abbildung 2). Die Temperatur am Nordpol stieg dabei auf Temperaturen, die deutlich höher waren als für diese Jahreszeit üblich. Meteorologische Messdaten in der Arktis sind rar. Allerdings macht es der Einsatz von sogenannten autonomen Bojen inzwischen möglich, Daten zur Lufttemperatur nahe am Pol zu liefern. Zu diesen Bojen gehören auch Schneebojen, die 2013 erstmals  vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung entwickelt und eingesetzt wurden. Zurzeit hat das AWI insgesamt sieben Schneebojen in der Arktis im Einsatz. Sie wurden im vergangenen September im Rahmen des Infrastrukturprogramms FRAM während einer Polarstern-Expedition ausgebracht. „Ohne diesen Einsatz hätte vermutlich keiner den Wärmeanstieg am Nordpol bemerkt“, sagt Dr. Marcel Nicolaus, Meereisphysiker am AWI und verantwortlich für das Bojenprogramm. Eine Übersicht über Positionen der Schneebojen am 30. Dezember 2015 sowie ihren Weg seit der Ausbringung (Drift) gibt Abbildung 3.

Abbildung 2: Oberflächentemperatur am 30. Dezember 2015 (Daten: NCEP/NCAR Reanalysedaten www.esrl.noaa.gov/psd/products)
Abbildung 3: Diese Karte zeigt die Lage der Schneebojen des AWIs in der Arktis am 30. Dezember 2015 (durch ausgefüllte Punkte gekennzeichnet) wie auch den Weg der Trajektorien seit ihrer Ausbringung (durch ein Kreuz gekennzeichnet). In unserem meereisportal.de finden Sie weitere Karten und Daten zu den Schneebojen des AWIs. Quelle: AWI

Die Schneebojen dienen in erster Linie zur Messung der Schneedicke auf Meereis. Dafür messen vier Ultraschallsensoren die Entfernung bis zur Schneeoberfläche. Zudem messen die Bojen die Lufttemperatur und den Luftdruck. Durch die Kooperation mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) stehen die Messungen für Wettervorhersagen und für die Wissenschaft zur Verfügung. Darüber hinaus leisten die Schneebojen einen Beitrag zum Internationalen Arktischen Bojen Programm, in dem möglichst viele solcher automatischen Messstationen zusammengefasst werden. (Daten der Bojen können auf meereisportal.de sowie auf der Website des internationalen Bojenprogramms (IABP) abgerufen werden).

Tabelle 1 gibt eine Zusammenfassung der Entfernung der Schneebojen zum Nordpol sowie über die am 27.12. bzw. 30.12.2015 gemessene Tageshöchst- und Tagesmitteltemperatur. Die Daten aller Messbojen zeigen eine Beeinflussung durch den Wärmezustrom jedoch in unterschiedlicher Stärke (siehe Abbildung 4). Die warme Luft erreichte die Schneebojen  2015S16, 2015S21 und 2015S29 bereits am 27. Dezember 2015. Die höchste, stündlich gemessene Temperatur von gut zwei Grad über dem Gefrierpunkt maß eine Boje, die etwa 500 Kilometer vom Pol in Richtung Spitzbergen entfernt war (2015S35). Diese Boje zeigt auch den größten Temperatursprung vom 27. auf den 30. Dezember. In Abbildung 2 ist die Wärmeblase, die über Island und Spitzbergen bis in die zentrale Arktis hinein reicht, deutlich zu erkennen.

Tabelle 1: Übersicht verschiedener Parameter der in der Arktis im Einsatz befindlichen Schneebojen. Die Farben entsprechen den Farben in Abbildung 3.

In der Arktis gibt es nur eine sehr eingeschränkte Anzahl an Wetterstationen. Auf Spitzbergen werden meteorologische Daten an der Forschungsstation AWIPEV in Ny-Ålesund gewonnen. Spitzbergen lag im direkten Einflussbereich der Wärmeblase, was sich auch in den  Temperaturmessungen an der Station widerspiegelt (siehe Abbildung 4). Die stündlich gemessenen Temperaturen stiegen dort am 27. Dezember von circa -15 °C bis zu Werten über 5°C an. "Der Sturm brachte nicht nur deutlich höhere Temperaturen als gewöhnlich, sondern dazu auch große Mengen Niederschlag in Form von Regen.", ergänzt Frau Dr. Marion Maturilli von der AWI Forschungsstelle in Potsdam. Die Erwärmung lässt sich darüber hinaus in der Troposphäre bis zu einer Höhe von 10 km erkennen (Abbildung 5).

Abbildung 4: Temperaturverlauf in 2 m Höhe in Ny-Ålesund (Spitzbergen) vom 24.12. bis 31.12.2015 sowie die Tagesmitteltemperaturen für den Zeitraum von 1993-2014 im Vergleich. Quelle AWI
Abbildung 5: Ergebnisse der Radiosondierungen am 27. und 31.12.2015 in Ny-Ålesund (Spitzbergen). Quelle AWI

Abbildung 6: Die erste  Abbildung zeigt den Druck auf Meeresspiegelniveau (links). Die zweite Abbildung zeigt die Temperaturanomalie in 925 hPa (ungefähr 900 m) für den 30. und 31. Dezember 2015 (rechts). Die Abbildungen zeigen den Mittelwert von zwei Tagen. Extrema des Luftdrucks und der Temperatur während dieses Zeitraums werden nicht gezeigt. Quelle: www.esrl.noaa.gov/psd/products)

Kontakt:
Dr. Marcel Nicolaus (Meereisphysik AWI-Bremerhaven)
Dr. Marion Maturilli (Atmosphärische Zirkulation AWI-Potsdam)