Es ist eine Wetterlage, wie Deutschland sie selten erlebt: Zum Wochenende hin dürfte sich das Land in zwei Bereiche teilen. Während im Norden und Osten bis Sonntag eisige Temperaturen und teils starke Schneefälle erwartet werden, ist im Alpenvorland und im Südwesten frühlingshaftes Wetter mit zweistelligen Plustemperaturen angekündigt. Dazwischen könnte eine scharfe Grenze entstehen, sodass über rund 100 Kilometer teils massive Temperaturunterschiede möglich sind. Das ist für Meteorologen recht spektakulär - und dürfte auch mit den Ereignissen ein Stockwerk über dem Wettergeschehen zusammenhängen, in der Stratosphäre oberhalb von etwa 15 Kilometern.
Normalerweise weht dort oben im Winter rund um den Nordpol der sogenannte Polarwirbel, stetig von West nach Ost. Ungefähr jedes zweite Jahr passiert es jedoch, dass dieses Windband zusammenbricht. Dann kommt es über dem Nordpol zu einer schnellen und heftigen Erwärmung um bis zu 50 Grad Celsius, wobei die Temperaturen allerdings immer noch weit unter dem Nullpunkt bleiben. Rund um den Nordpol können dann Ostwinde wehen, während das ursprüngliche Westwindband in eine Bananenform gequetscht wird oder sich gar in zwei Inseln aufteilt.
Schon im Dezember 2020 hatte sich abgezeichnet, dass der Polarwirbel in diesem Winter nicht besonders gut in Form sein würde. Anfang Januar ging es dann los, der Wirbel kollabierte. Manchmal bleiben solche stratosphärischen Extremereignisse an der Erdoberfläche folgenlos, weil sich die veränderten Strömungen nicht nach unten fortsetzen können, in die Troposphäre, wo sich das Wettergeschehen hauptsächlich abspielt.
Der Spuk ist lange nicht vorbei: "In der Stratosphäre geht es immer noch hoch her"
Aber in diesem Jahr kam die Störung schnell unten an. Das Wetter kann man nicht eindeutig darauf zurückführen, weil darauf noch viele andere Einflüsse wirken. Aber grundsätzlich begünstigt ein Polarwirbelkollaps, dass auch das Westwindband weiter unten Bögen schlägt. Die arktische Kaltluft bleibt dann nicht mehr über dem Nordpol isoliert, sondern kann entkommen. Diese Lage dürfte den historischen Schneesturm in Madrid Mitte Januar zumindest wahrscheinlicher gemacht haben: Statt der üblichen feuchtwarmen Luft vom Atlantik kam eine eisige Nordostströmung nach Spanien.
Und noch ist der Spuk lange nicht vorbei, zumal sich der Wirbel nach dem ersten Schock nicht wirklich erholt hat. "In der Stratosphäre geht es immer noch hoch her", sagt Marlene Kretschmer, Atmosphären- und Klimaforscherin an der University of Reading. "Seit der Polarwirbel Anfang Januar das erste Mal in diesem Winter kollabiert ist, haben sich die Winde noch zweimal umgekehrt, der Wirbel ist diesen Winter wirklich ungewöhnlich schwach." Bei den ersten beiden Kollaps-Ereignissen Anfang und Mitte Januar wurde der Polarwirbel in zwei Teile zerlegt, der dritte Kollaps fand erst vor wenigen Tagen statt.
Auch diese beiden Folgeereignisse können sich auf das Wetter an der Erdoberfläche auswirken. "Was in der Troposphäre passiert, ist immer stark von chaotischen Schwankungen geprägt", sagt Kretschmer. "Aber das Wetter, das wir momentan sehen, mit Kaltlufteinbrüchen über Nordamerika und dem Norden Eurasiens, passt ins Bild. Das ist typisch für Zeiten mit einem schwachen Polarwirbel."
Eine extreme Variante der Lage führte in Norddeutschland 1978/79 zur Schneekatastrophe
Wissenschaftler verfolgen das diesjährige Spektakel gespannt. Mit dem 2018 gestarteten Aeolus-Satelliten der europäischen Raumfahrtbehörde Esa können erstmals die Winde bis in 26 Kilometer Höhe aus dem All registriert werden. "Forscher würden gerne verstehen, ob plötzliche stratosphärische Erwärmungsereignisse durch den Klimawandel häufiger werden", sagt Anne Grete Straume, Projektwissenschaftlerin der Aeolus-Mission. Auch daher seien die Aeolus-Daten wichtig, um besser zu verstehen, was diese Ereignisse auslöst.
Zumal sie durchaus dazu beitragen können, das Wetter gehörig durcheinanderzubringen. So kam es Anfang der Woche, nach dem zweiten Vortexkollaps, zu einem heftigen Nor'easter-Schneesturm im Osten Kanadas und der USA. Und auch die nun für Norddeutschland vorausgesagte Kälte wäre typisch für die Situation.
Zwar ist ein Kaltluftausbruch allein noch nicht so ungewöhnlich; auch einzelne Polarwirbel-Zusammenbrüche sind nicht selten. Aktuell kommt aber noch hinzu, dass sich zwischen Kaltluft aus der Arktis und sehr warmer Luft aus der Sahara eine deutliche Grenze abzeichnet, die nun ausgerechnet Deutschland trifft.
Meteorologen sprechen von einem Viererdruckfeld: Rings um Deutschland dürften sich an den kommenden Tagen jeweils zwei gegen den Uhrzeigersinn drehende Tief- und zwei im Uhrzeigersinn drehende Hochdruckgebiete diagonal gegenüberstehen. Warme Luft, die das Tief und das Hoch im Südwesten zwischen sich nach Norden ziehen, dürfte am Wochenende über Mitteldeutschland auf kalte Luft treffen, die ihre beiden Gegenüber aus arktischen Regionen nach Süden pumpen.
Das kann zu starken Gegensätzen führen - Frühling hier, starker Schneefall dort. Eine extreme Variante dieser Konstellation führte um die Jahreswende 1978/79 zur Schneekatastrophe im Norden der BRD und in weiten Teilen der DDR, als meterhohe Schneeberge Straßen blockierten und Stromausfälle verursachten.
