Inversion

Wer sich die Temperatur heute Morgen auf der Deutschlandkarte
angeguckt hat, stellt sich jetzt vielleicht folgende Frage: Warum war
es heute Morgen auf den Bergen wärmer als in den Tälern?

Auf dem Kahlen Asten (NRW) betrug die Temperatur heute Morgen 13
Grad. Nur wenige Kilometer entfernt und etwa 500 m tiefer herrschten
in Eslohe und Lennestadt (beide NRW) gerade einmal +1 Grad. Auf der
Ostseite des Rothaargebirges gab es in Gilserberg-Moischeid (Hessen)
nur 0 Grad. Doch warum ist das so? Der Effekt lässt sich der
Inversionslage zuschreiben. Das Wort "Inversion" leitet sich vom
lateinischen inversio ab, was "Umkehr" bedeutet. In Bezug auf unsere
Temperatur bedeutet das, dass sie mit der Höhe zu- statt abnimmt. Es
gibt verschiedene Arten von Inversionen: die Boden- oder
Strahlungsinversion, die Absinkinversion und die Aufgleitinversion.

Die Boden- oder Strahlungsinversion ist die häufigste Inversionsart.
Sie entsteht meistens in klaren Herbst- oder Winternächten. Der Boden
strahlt Wärme (Infrarot-Strahlung) ins All ab. Gibt es keine
Wolkendecke, die die Abstrahlung blockiert, so kühlen die
Erdoberfläche und mit ihr die bodennahen Luftschichten in der Nacht
stark aus. Da kalte Luft schwerer ist als warme (wegen der
unterschiedlichen Dichte), bleibt sie am Boden liegen. Die darüber
liegende Luftschicht kühlt weniger stark aus und es entsteht eine
schwache Sperrschicht (Inversion), die den Austausch und die
Durchmischung der beiden Luftschichten unterbindet. Somit können die
bodennahen Luftschichten weiter auskühlen und die Inversion verstärkt
sich. Dies funktioniert umso besser, je schwächer der Wind ist. Im
Winterhalbjahr reicht die Sonnenstrahlung oft nicht aus, um die
kalten bodennahen Luftschichten vollständig zu erwärmen, wodurch die
Bodeninversion nicht selten auch tagsüber erhalten bleibt.

Die Absinkinversion lässt sich in Hochdruckgebieten finden. In ihnen
sinken Luftschichten großflächig von höheren Schichten in tiefere ab.
Dabei steigt der Luftdruck, die Luft wird zusammengedrückt und
erwärmt sich. Die Temperatur eines Luftpaketes wird umso höher, je
weiter es absinkt. So erwärmen sich Luftpakete, die aus niedrigen
Atmosphärenschichten absinken, weniger stark als Luftpakete, die aus
der oberen Atmosphäre kommen. Dadurch verändert sich die
Temperaturschichtung mit der Höhe. Besonders im Winter bildet sich
dann oft ein scharfer Temperaturgradient mit warmer und sehr
trockener Luft in der Höhe und kühlerer feuchterer Luft am Boden.

Bei der Aufgleitinversion wird in höheren Luftschichten warme Luft
herangeführt, die auf eine kalte, schwerere bodennahe Luftschicht
aufgleitet. Dies ist häufig bei winterlichen Warmfronten der Fall.
Nicht selten entsteht in der höhenwarmen Schicht Regen, der dann in
die darunterliegende Kaltluftschicht fällt. Liegt die Temperatur der
bodennahen Kaltluftschicht unter 0 °C, so führt dies zu Glatteis.
Durch Inversionen wird der vertikale Luftaustausch unterbunden.
Feuchtigkeit und Abgase sammeln sich unter der Inversionsschicht in
der bodennahen Kaltluft. Häufig bildet sich an der Grenze zur
Warmluftschicht dichter Nebel, aus dem die Berge wie Inseln
herausschauen.

Bei unserer heute beobachteten nächtlichen Inversion handelt es sich
um den häufigsten Fall: die Bodeninversion. Man sieht diese sehr
schön am Vertikalprofil der Temperatur (vgl. Bild
https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2021/3/31.html). Im
Profil von Düsseldorf stieg die Temperatur heute Morgen von 12 Grad
am Boden (ca. 45 m) bis auf etwa 17,7 Grad in 960 hPa (ca. 510 m) an.
Oberhalb davon nahm die Temperatur wieder kontinuierlich ab.
Ähnliches lässt sich an anderen Vertikalprofilen beobachten. Tagsüber
wird die starke Sonneneinstrahlung die Inversion abbauen, in der
kommenden Nacht kann sie sich aber wieder regenerieren.

Dipl.-Met. Jacqueline Kernn
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.03.2021

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