S Y N O P T I S C H E Ü B E R S I C H T M I T T E L F R I S T
ausgegeben am Samstag, den 02.01.2021 um 10.30 UTC



Leicht wechselhaft und kälter.
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Synoptische Entwicklung bis zum Samstag, den 09.01.2021


Die Mittelfrist birgt bei leicht wechselhafter Witterung regional winterliches
Potenzial. Das Temperaturniveau geht dabei allmählich etwas zurück.

Doch wie steht es denn mittlerweile um den Polarwirbel, konnte doch schon seit
mehreren Wochen abgeschätzt werden, dass das Jahr 2021 für den Wirbel nicht sehr
rosig beginnen würde?

Und so ist es auch, denn in der Stratosphäre ist einiges los. Beständige
polwärts gerichtete Wärmeflüsse über dem sibirischen/asiatischen Sektor stärkten
bis jetzt und stärken auch die (erweiterte) Mittelfrist über im Bereich der
Aleuten u.a. in 10 hPa eine Antizyklone, die sich die Mittelfrist über weiter
aufblähen und ihr Zentrum in Richtung Tschuktschensee / Beaufortsee /
ostsibirische See verlagern soll. Diese Entwicklung ist auch in ausgewählten
Aufstiegen von Radiosonden (Wetterballone) erkennbar. Vergleicht man z.B. an der
Station Khanty-Mansiysk (Russland) vom 14. und 18. Dezember die Temperaturwerte
im Bereich der Stratosphäre, so unterscheiden sich diese Werte teils um knapp 20
Kelvin (Erwärmung). In der Folge kühlte es zwar wieder ab, aber nur bis der
nächste Impuls eintraf. Das Ziel dieser Wärmeflüsse ist eine Abschwächung des
Polarwirbels in der Stratosphäre (SPW) u.a. durch die destruktive Interferenz
mit der Höhenantizyklone über dem Bereich der Aleuten (Abbau von Vorticity).
Dieses Muster mit einem Druckmaximum und -minimum mit Blick auf die
Nordhemisphäre wird als "Welle 1-Muster" bezeichnet und seit dem 19. Dezember
wies dieses Muster bezüglich der Klimatologie stark positive Abweichungen auf -
anders ausgedrückt: der bis dahin vitale Wirbel wurde beständig angegriffen mit
zunächst weniger, nun jedoch mit durchgreifendem Erfolg.

Die beschriebene Entwicklung führt nun während dieser Mittelfrist mindestens zu
einem markanten "displacement", also einer Verschiebung des SPW in Richtung
Skandinavien, wobei es bereits zu einem transienten Aufbrechen des Wirbels mit
einem Zentrum über dem kanadisch-arktischen Archipel und einem weiteren und
dominanten Zentrum über Skandinavien/Russland kommen kann.
Zum Ende der Mittelfrist und in der erweiterten Mittelfrist sorgt ein neuer,
allerdings schwächer ausgeprägter Wärmefluss für einen weiteren Anlauf, um den
Polarwirbel ggf. endgültig zu spalten.
Die beschriebene markante Erwärmung wird als eine sogenannte "plötzlichen
Erwärmung in der Stratosphäre, engl. sudden stratospheric warming (SSW)"
bezeichnet. Diese besagt (stark vereinfacht) im Status einer markanten/großen
SSW, dass die Temperatur in 10 hPa oder darunter nördlich des 60. Breitengrades
zum Nordpol zunimmt und die Windzirkulation (der Polarnacht Jet in der
Stratosphäre) seine Richtung von West auf Ost wechselt. Dabei teilt sich der
Wirbel entweder in mehrere Einzelwirbel auf, oder wird massiv vom Pol verdrängt
(engl. "displacement"). Die Erhöhung der Temperatur kann in der Nähe zum Nordpol
teils mehr als 30 oder 40 Kelvin betragen, was aktuell in den IFS-EPS
Vorhersagen in 10 hPa über dem Nordpol mit einer Erwärmung von -70 Grad auf fast
-20 Grad angedeutet wird (aktuell in Nordpolnähe mit rund -55 Grad schon mehr
als 10 Kelvin über dem 30-jährigen Mittel).

Die Entwicklung zu einer Teilung ist in der Tat möglich, allerdings gibt es
innerhalb der Ensembles noch zeitliche Unschärfen, wobei GEFS etwas verzögert
mit einer Windumkehr rechnet, die im IFS-Ensemble etwas früher und deutlicher
einsetzen soll. Egal, ob es sich nun um eine Teilung handelt oder nicht, der SPW
wird nachhaltig geschwächt und das wohl mit einem transienten "Split" und auf
jeden Fall mit einem massiven "displacement".

Das wichtige wird nun sein, wie der SPW mit dem Polarwirbel in der Troposphäre
(TWP) interagiert, denn nicht jede Abschwächung aus der Höhe kann sich bis in
die Troposphäre voran arbeiten. Allerdings stehen die Zeichen trotz destruktiver
tropischer Hintergrundbedingungen (andauernde La Nina und westliche
"Quasi-Biennial Oscillation (QBO)") nicht ungünstig, denn der TPW ist bereits
recht schwach ausgeprägt und eine konstante Abschwächungstendenz dürfte sich in
der Folge weiter fortsetzen. Wenigstens im GEFS wird eine Tendenz zur Kopplung
angedeutet (z.B. beim Abgleich der sog. "Anomalie der Polarkappentemperatur",
also der zwischen 60 und 90 Grad Nord gemittelten Temperatur), die Anfang Januar
zunächst im SPW Niveau deutlich positive Anomaliewerte aufweist und die in der
Folge langsam absinken. Ob es jedoch reicht muss abgewartet werden. Da die
Modelle in diesen Höhenniveaus deutlich weniger Modellniveaus für Berechnungen
aufweisen, werden sich auch in den kommenden Tagen und Wochen Veränderungen bei
der Frage ergeben, wie gut die Kopplung ausfallen wird. Z.B. ist IFS besser
aufgestellt als CFS mit rund 44 Niveaus oberhalb von 150 hPa im Vergleich zu 27
beim CFS - und ja, IFS deutet eine gekoppelte Windanomalie in der erweiterten
Mittelfrist an.

Doch wieso ist das von Interesse? Der Grund ist der, dass solche Ereignisse
(gekoppelt) regional für harsches Winterwetter sorgen können. Statistisch
gesehen wahrscheinlich ist für eine solche Entwicklung eine negative NAO die
Antwort, also eine positive Geopotenzialanomalie im Bereich Island/Grönland
anstatt des dort üblichen Islandtiefs. Und die NAO ist bereits im negativen
Bereich und bleibt es auch laut der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionsverteilung
im IFS-EPS, das bis weit in den Januar hinein maximiert im Sektor "NAO negativ"
zu finden ist. Auch die AO/NAM befindet sich im tief negativen Bereich.
Zusammengefasst bedeutet es, das vom Atlantik vorerst keine "Tiefdruckautobahn"
zu erwarten ist, sondern dass sich eine stark meridional ausgelenkte
Strömungskonfigurationen mit einem kräftigen Keil (Nordostatlantik/Grönland) und
Langwellentrog (West- Mitteleuropa) etabliert. Zudem werden die Tiefdruckgebiete
an der Südflanke der Blockierung nach Osten geführt (häufiges Verschmelzen von
Polarfront- und Subtropenjet), sodass besonders Nordafrika üppig Nass erhält.
Diese Tiefdruckgebiete ziehen dann je nach Lage des Troges nordostwärts nach
Mittel-/Osteuropa weiter.
Statistisch gesehen hätte so ein markantes SSW-Ereignis besonders für Nordeuropa
deutlich zu kalte Temperaturabweichungen zu Folge. Aktuell hebt die Vorhersage
im "extended range" des IFS-EPS besonders die Uralregion und weite Bereiche
Sibiriens hervor. Dabei erreicht das 1% Perzentil teils negative Rekordwerte
innerhalb der wöchentlich gemittelten 2m Temperaturanomalievorhersage. Auch
Skandinavien kühlt deutlich ab. Somit nehmen die Wahrscheinlichkeiten zu, dass
die von Südwesten hereinziehenden Tiefdruckgebiete zunehmend auf den sich
bildenden Kaltluftkörper aufgleiten (Schneefälle) bzw. rückseitig kräftige
Kaltluftausbrüche bringen können.

Die Theorie ist das Eine, die Realität das Andere und man sollte jetzt nicht
postwendend auf den "Schneepeitschen-Zug" oder "Russlandkälte-Zug" aufspringen.
Erst einmal muss eine Kopplung eintreten und vor allem muss Sibirien erst einmal
entsprechend abkühlen. Die aktuellen Modellläufe zeigen jedoch noch kein
einheitliches Abrücken vom asiatischen Kältezentrum, wenngleich die Anzeichen
für eine nachhaltige Abkühlung Sibiriens etwas zunehmen. Für Freunde von Schnee
und winterlicher Kälte lässt sich jedoch sagen, dass die Zeichen für die
kommenden Wochen deutlich schlechter stehen könnten.

Was erwartet uns aber nun innerhalb dieser Mittelfrist von Dienstag bis Samstag,
den 5. Januar bis 9. Januar 2021?

Resteverwertung. Mittel- und Westeuropa verbleiben durchweg unter einer
alternden und quasi-stationären Rossby-Welle, die auch mit Blick auf die
v-Windverteilung (Niveau der Tropopause) zwischen 30 und 60 Grad Nord im
Hovmöller-Diagramm nur bei Regeneration/einlaufenden Wellen marginale zonale
Verschiebungen aufweist. Dank der negativen NAO inkl. anormal hohem Geopotenzial
bei Grönland und Skandinavien wird der Trog nur durch kleinräumige
Tröge/Tiefdruckgebiete erneuert, die auf südlicherer Bahn den Nordostatlantik
überqueren. Daher auch die beständige Tendenz zu einer positiven Achsenneigung
mit viel Wärme für das östliche Mittelmeer. Im Bodendruckfeld findet die
Mittelfrist über wiederholt eine Brückenbildung zwischen hohem Luftdruck südlich
von Grönland und Skandinavien statt, die effektive KLA aus Nord unterdrückt,
aber Kälte der Marke "Eigenproduktion" sukzessive südwärts schickt.
Über Europa bleibt der Fokus auf der regen Tiefdrucktätigkeit an der Süd- und
Ostflanke der Rossby-Welle und es stellt sich die Frage, wie diese Wirbel mit
der kälteren Luftmasse über Mitteleuropa interagieren. In diesem IFS-Lauf
scheinen wir zwischen den Stühlen zu liegen, sodass demnach ein recht ruhiger
Mittelfristabschnitt erwartet werden kann.

Am Dienstag/in der Nacht zum Mittwoch erfassen leichte Niederschläge den
Nordosten im Zuge einer Okklusionspassage und auch im Südosten kann es leichte
Aufgleitniederschläge geben. Allerdings sollte betont werden, dass die
internationale Numerik diese Entwicklung mit unterschiedlicher Intensität
handhabt und somit auch kräftige Niederschläge in Norddeutschland nicht
ausgeschlossen sind, die teils auch bis auf die Mitte übergreifen. Schnee wäre
hier die dominante Phase, wobei es bei leichter Intensität in tiefen Lagen auch
noch regnen sollte (Schneefallgrenze zwischen 200 und 500 m, bei kräftigen
Phasen darunter).

In der Folge bis einschließlich Samstag wären in Deutschland unter zumeist
leicht zu niedrigem Geopotenzial dem Tagesgang folgend mit einzelnen Schnee-, in
tiefsten Lagen oder im Küstenumfeld teils auch mit Schneeregenschauern zu
rechnen. Gröbere Aufgleitvorgänge sind keine auszumachen, wenngleich
kleinräumige Wellen/zyklonale Wirbel regional mehrstündige Schneefälle bringen
können. Deren räumliche Eingrenzung macht jedoch noch keinen Sinn, da zu
unsicher. Beim Blick auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung der
Niederschlagsarten vom IFS-EPS überwiegt abgesehen vom Nordwesten
deutschlandweit zunehmend die feste Phase, wobei sie jedoch in tiefen Lagen noch
überwiegend im Bereich "Nassschneefall" verbleibt. Besonders im gesamten Westen
wird es daher schwer eine mögliche nächtliche Schneedeckenausbildung durch den
Tag zu bringen.
Dabei überwiegt eine zumeist starke Bewölkung mit gelegentlichen
Auflockerungen. Der Nordostwind frischt am Dienstag im Küstenumfeld stark böig
auf (Bft 7), ansonsten sind abgesehen von einzelnen Sturmböen auf exponierten
Alpengipfeln keine nennenswerten Windereignisse zu erwarten. Die Maxima gehen
von 0 bis +4 Grad etwas auf -2 bis +3 Grad zurück und die Nächte verlaufen in
der zweiten Wochenhälfte deutschlandweit frostig mit mäßigem Frost entlang der
zentralen Mittelgebirge und in Süddeutschland.

Die erweiterte Mittelfrist verläuft unter schwachem Hochdruckeinfluss recht
ruhig, wenngleich im Süden Aufgleitniederschläge in Form von Schneefällen
möglich sind in Folge einer sich auffüllenden Mittelmeerzyklone. Zudem deutet
sich ein Verkürzen der Wellenlänge (Trog) an, sodass ein leicht progressives
Grundmuster entstehen könnte, wir also auch in der Höhe unter einen Keil
gelangen könnten.

Allerdings ist diese Beschreibung einer vergleichsweise ruhigen Mittelfrist mit
Vorsicht zu genießen, da die Numerik Probleme hat mit der stark mäandrierenden
Strömungskonfiguration und der schwer zu erfassenden Eigenproduktion (nebst
schwacher Advektion) von Kaltluft sowie Zyklogeneseprozessen in eher unüblichen
Regionen (z.B. vor Marokko unter einem stark anormal kräftigen Jet mit +3 bis +4
sigma). Es bleibt auf jeden Fall eine spannende Entwicklung (aus synoptischer
Sicht) und sie könnte in der Folge weiter an Spannung zulegen.
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Bewertung der Konsistenz des operationellen Laufs


Mitteleuropa verbleibt die Mittelfrist über durchweg im Einflussbereich eines
umfangreichen Langwellentroges. Diese Entwicklung wird innerhalb der vergangenen
Modellläufe einheitlich gezeigt.
Größere Unsicherheiten gibt es ab Donnerstag bei der Handhabe zahlreicher
eingebetteter zyklonaler Wirbel, die Deutschland je nach Lauf mal mehr, mal
weniger ausgeprägt erfassen und regional die Niederschlagstätigkeit erhöhen
könnten. Die zunächst zwischen 200 und 500 m schwankende Schneefallgrenze geht
sukzessive bis ins Tiefland zurück, sodass zunehmend die feste Phase dominiert.
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Vergleich mit anderen globalen Modellen


Auch beim Blick auf die internationale Modellpalette ergibt sich ein recht
homogenese Bild bezüglich der groben Entwicklung.
Beim Blick auf die Feinheiten zeigen sich jedoch bereits bei einer
Bodentiefentwicklung am Dienstag/Nacht zum Mittwoch Unterschiede bzgl. der Lage
und Intensität. Diese Diskrepanzen wirken sich auf die Intensität des
Niederschlags über Nord-/Ostdeutschland aus, wobei IFS momentan eher auf der
schwächeren Seite liegt, während ICON deutlich aggressiver an das Ereignis
herangeht.
In der Folge nehmen die Unsicherheiten beim Blick auf die Verteilung von
kleinräumigen Tiefdruckgebieten über Mitteleuropa weiter zu, sodass dahingehend
noch keine sichere Aussage getroffen werden kann. Die Chance für regional
verstärkte mehrstündige Schneefallereignisse mit Passage kleinräumiger Wellen
oder Bodentiefs besteht sicherlich und wird z.B. von der kanadischen Seite im
00Z Lauf hervorgehoben.
Eine in der Vergangenheit angedeutete Vb-artige Tiefdruckverlagerung scheint
dank verzögertem Einbinden einer Störung in den Trog über dem Nordostatlantik
erst einmal unwahrscheinlich zu sein.
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Bewertung der Ensemblevorhersagen


Die Analyse der Cluster vom IFS-EPS beginnt mit der maximalen Anzahl von
Einzelclustern - 6 an der Zahl und alle mit dem klimat. Regime "Blockade"
(Kontroll- und det. Lauf beide im ersten Cluster). Es erstreckt sich eine
markante Geopotenzialbrücke von Grönland über Skandinavien bis nach Sibirien,
während tiefes Geopotenzial über Südwesteuropa vorherrscht. Deutschland liegt
dabei zwischen den Stühlen.
In der Folge bleiben wir bei 6 Clustern bei einem deutlichen Überhang zum
klimatologischen Regime "Blockade" mit dem Kontrolllauf im ersten und dem det.
Lauf im 6. Cluster. Kein Wunder, dass die AO/NAM abstürzt beim Blick auf die
umfangreichen positiven Geopotenzialanomaliewerte über Grönland, Sibirien und
der Polregion. Die umfangreiche geografische Verteilung /variable geometrische
Ausrichtung dieser Geopotenzialanomaliefelder sorgt für diese hohe Clusterzahl.
Beim Blick auf Mitteleuropa fällt auf, dass die Struktur des Troges
unterschiedlich gehandhabt wird mit variabler Intensität und Lage mehrerer
eingebetteter Zirkulationen.
In der erweiterten Mittelfrist ändert sich an der Maximalausbeute der Cluster
nichts, auch wenn nun zunehmend die negative NAO als Regime überwiegt. Die
meisten Cluster zeigen unverändert den Trog über Mitteleuropa und anormal hohes
Geopotenzial im gesamten Polbereich.

Zusammengefasst gibt es kaum Bewegung im europäischen Sektor, wobei wir durchweg
im Einflussbereich einer quasi-stationären Rossby-Welle verbleiben. Deren
Struktur und periphere Randtiefentwicklungen dürften sicherlich für die eine
oder andere Schneeoption in weiten Bereichen Mitteleuropas gut sein.

Die Meteogramme aus ausgewählten deutschen Städten zeigen eine einheitliche
Entwicklung der Temperatur in Deutschland: kaum Schwankungen mit Werte um 0 Grad
und erst zur zweiten Wochenhälfte mit einer Verschärfung des Nachtfrosts im
Süden und Osten. Natürlich hängen die Amplitudenspitzen auch von numerischen
Schneeflächen ab, die so in Realität erst einmal eintreffen müssen, aber
schwache KLA dürfte auch ohne Schnee über der östlichen Mitte und im Süden den
mäßigen Nachtfrost immer wahrscheinlicher werden lassen.
Wiederholt werden leichte Niederschläge simuliert, die zunehmend in fester Phase
fallen sollen und besonders im Norden und Osten die vergleichsweise höchsten
Werte aufweisen.
Die Rauchfahnen zeigen abgesehen von einem zunehmend numerischen Rauschen zum
Ende der Mittelfrist eine enge Bündelung (500 hPa Geopotenzial und 850 hPa
Temperatur).
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Wahrscheinlichkeiten für signifikante Wettererscheinungen


SCHNEEFALL:
Zwar sind die Wahrscheinlichkeiten für markante Neuschneemengen aktuell gering,
jedoch nicht gleich Null. Die Okklusion von Dienstag auf Mittwoch könnte je nach
Organisationsgrad strichweise markante Neuschneemengen über dem Norden/Nordosten
bringen, sollte sich ein ausgeprägtes Deformationsband peripher des Bodentiefs
ausbilden.
In der Folge können im Umfeld von Wellen/kleinräumigen Tiefs regional kräftigere
Schneefälle auftreten und bei einer weiteren Abkühlung der Atmosphäre sind dann
auch Mengen bis in den markanten Bereich vorstellbar. Allerdings ist diese
Option noch sehr unsicher und fällt wohl eher in den Nowcast-Bereich.

WIND:
Am Dienstag können auf Rügen einzelne stürmische Böen oder Sturmböen (Bft 8-9)
aus Nordost auftreten. Zudem sind auf exponierten Alpengipfeln einzelne markante
Böen möglich.

FROST:
Zum Ende der Mittelfrist nimmt besonders zwischen Alpenrand und dem Bayerischen
Wald lokal die Gefahr von strengem Nachtfrost zu. Ob warnwürdig entscheidet sich
jedoch wohl ebenfalls erst im Nowcast (Schneedecke [ja/nein] und
Bewölkungsverteilung).
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Basis für Mittelfristvorhersage
IFS, IFS-EPS, GEFS, MOSMIX
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VBZ Offenbach / Dipl. Met. Helge Tuschy