Thema des Tages 

Wissenschaft kompakt 
Die nächste Stratosphärenerwärmung kommt! 

Ende Januar gab es bereits ein Minor-Warming in der oberen und 
mittleren Stratosphäre. Nun steigen die Chancen auf ein Major-Warming 
nach Monatsmitte, mit möglichen Konsequenzen auch für die 
Troposphäre.  

Eine plötzliche Stratosphärenerwärmung tritt statistisch gesehen alle 
zwei Jahre im nordhemisphärischen Winter auf. Per Definition spricht 
man von einem „major sudden stratospheric warming“ oder einer 
markanten plötzlichen Stratosphärenerwärmung, wenn neben einem 
starken Temperaturanstieg (über 25 Grad in wenigen Tagen) in der 
oberen und mittleren Stratosphäre über dem Nordpol der westliche 
Wind (zonal gemittelt, also auf einem Breitengrad, hier 60 Grad N 
zirkumpolar) in 10 hPa (in etwa 31 km Höhe) komplett auf Ostwind 
dreht, also reversiert. 
Ein „minor stratospheric warming“ (schwächeres Ereignis) geht ebenso 
mit einer markanten Temperaturerhöhung in der polaren oberen bis 
mittleren Stratosphäre, allerdings nicht mit einer kompletten 
Windumkehr in 10 hPa/ 60 Grad Nord, einher. 
Hintergrund der Definition für ein Major-SSW ist eine markante (und 
möglichst nachhaltige) Schwächung des stratosphärischen Polarwirbels 
(SPV), die in der Regel auch eine großräumige Veränderung 
troposphärischer Zirkulationsmuster nach sich zieht (siehe auch TdT 
vom 10.01.2021 
https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2021/1/10.html). 
Ende Januar fand nun bereits ein Minor-Warming statt, wobei ein Teil 
der Entstehungsgeschichte dafür im TdT vom 06.01.2023 angerissen 
wurde (https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2023/1/6.html). 
Die Auswirkungen dieses Minor-Warmings auf die Troposphäre waren bzw. 
sind aufgrund obiger Bedingungen stark limitiert, weil eine 
dynamische Kopplung Stratosphäre-Troposphäre in der Regel nicht 
stattfindet. Wesentlich für die weiter unten beschriebene Entwicklung 
in Richtung eines Major-SSW ist allerdings schon die vorherige 
Schwächung des Stratosphärischen Polarwirbels (SPV) durch das 
Minor-Warming. 
Nun kündigt sich nach Monatsmitte eine weitere plötzliche 
Stratosphärenerwärmung (SSW) an, wobei die Modelle (EZMWF, GFS) 
diesmal von einem Major-SSW ausgehen. Eine bestimmte synoptische 
Konstellation (neben dem Alëuten-Tief sei hier auch das Muster 
Skandinavien-Hoch, kombiniert mit Grönland-Tief zu erwähnen) 
ermöglicht bei langen quasistationären planetaren Wellen mit großer 
Amplitude verstärkte meridionale und vertikale Wellenflüsse in 
Richtung Arktische Stratosphäre. Diese Rossby-Wellen breiten sich mit 
der Zeit bis in die mittlere und obere Stratosphäre aus, vergrößern 
dort aufgrund geringerer Dichte noch ihre Amplitude in Richtung 
polare Stratosphäre, brechen somit verstärkt und dissipieren im 
Verlauf (lösen sich auf) unter starker Wärmefreisetzung.  
Beim bevorstehenden Major-SSW geht man zunächst erneut von einem 
„Displacement“ (Verschiebung) des SPV vom Pazifik her aus. Bei diesem 
Ereignis (gerade in Kombination mit vorherigem Minor-Warming) ist 
eine nachhaltige Störung bzw. Schwächung des SPV zu erwarten, womit 
wir schon bei den Auswirkungen sind, die uns erwarten könnten. 
Bei einem Major-SSW setzt sich die Störung (Erwärmung und Ostwinde, 
also Temperatur und Geopotenzial) mit der Zeit dynamisch von der 
oberen und mittleren bis in die untere Stratosphäre, schließlich bis 
in die Troposphäre durch (kanonisch mit der Folge hohen Luftdrucks 
bzw. entsprechend hohen Geopotenzials in 500 hPa im Arktisumfeld, 
z.B. Grönlandblocking). Damit einher geht oft ein deutlich negativer 
Index der Arktischen und Nordatlantischen Oszillation (AO bzw. NAO, 
siehe Link Wetterlexikon), wobei durch die Windumkehr bei vermehrt 
meridionalen Strömungsmustern arktische Luftmassen weit nach Süden 
vordringen. Die Fachliteratur beschreibt hierbei Eurasien gegenüber 
Nordamerika als bevorzugt beeinflusste Region. 
Prinzipiell werden SSW-Ereignisse mittlerweile relativ gut durch die 
Wettermodelle erfasst (etwa ab 7 bis 9 Tage vor dem Ereignis, da die 
Globalmodelle bis in die Stratosphäre hinauf relativ gut aufgelöst 
rechnen, sowohl vertikale als auch horizontale Level). Probleme 
bestehen allerdings weiterhin bei der dynamischen Kopplung 
Stratosphäre – Troposphäre einerseits und bei der Zuordnung zu 
möglichen troposphärischen Strömungsmustern andererseits. Letztere 
weisen doch eine hohe Variabilität auf, auch abhängig vom 
synoptischen Muster unmittelbar vor dem SSW. Ein anderes Problem ist 
die Abfolge der Auswirkungen, stellen sich doch die troposphärischen 
Muster immer deutlich zeitlich, häufig auch räumlich versetzt um, was 
wiederum mit der vertikalen Ausbreitung der Wellenflüsse (von oben 
nach unten) zusammenhängt. 
Ein SSW-Ereignis kann die troposphärische Zirkulation bis zu zwei 
Monate nachhaltig beeinflussen. Das kommende Major-SSW wird von den 
Modellen wie EZMWF und GFS bereits recht konsistent simuliert. Nun 
bleibt abzuwarten, wie und vor allem wann die troposphärische 
Reaktion auch diskret in den Modellen erscheint. Um die klassischen 
troposphärischen Muster in den Modellen oder Ensemble-Vorhersagen zu 
erkennen, ist noch etwas Geduld erforderlich. 
Einzig anhand der aktuellen Streuung der Ensemble-Vorhersage für den 
NAO-Index (einschl. einzelner Member mit bereits NAO negativ am Ende 
der Vorhersagezeit von 15 Tagen) sieht man eine mögliche Entwicklung 
als Folge der zu erwartenden stratosphärischen Störung.  

Dipl.-Met. Dr. Jens Bonewitz 
Deutscher Wetterdienst 
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 09.02.2023 

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