Orkantief LOTHAR am 26. Dezember 1999

Der Dezember 1999 ist bekannt für das Auftreten von 3 intensiven Stürmen über Westeuropa. Anfang Dezember (03.-04.12.99) wütete "Anatol" über Dänemark und Norddeutschland und während des Zeitraums der Weihnachtsfeiertage (25.-28.12.99) sorgten "Lothar" und "Martin" für Extremwetter in der Schweiz, Italien, Frankreich und Süddeutschland. Dieser Artikel befasst sich ausschließlich mit der Orkanzyklone "Lothar" und dabei werden einige meteorologische Fachartikel (Ulbrich et al. 2001, Baleste et al. 2001, Wernli et al. 2002, Kurz 2002) für die Ereignisanalyse herangezogen.

Am 24. Dezember formierte sich während der ersten Tageshälfte (00 bis 12 UTC) ein Tiefdruckgebiet vor der nordamerikanischen Ostküste, welches den Namen "Lothar" erhielt. Anschließend gliederte sich dieses flache Tief in die hyperbarokline Frontalzone über dem Nordatlantik ein, wobei der zum Bodentief korrespondierende Kurzwellentrog nur in der unteren Troposphäre (850 hPa) ausgebildet war. Die über dem Nordatlantik vorherrschende Hyper-baroklinität führte zu einem sehr starken Jetstream mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 kn (370 km/h) in 300 hPa, der außerdem eine quasi-zonale Ausrichtung aufwies.
Am 25. Dezember um 00 UTC befand sich "Lothar" südöstlich von Neufundland auf der antizyklonalen Seite des Jetstreams und verlagerte sich in den Folgestunden allmählich unter den rechten Einzugsbereiches des Jetstreaks (Abb. 1, links) und damit in ein Gebiet mit starken quasi-geostrophischen Hebungsantrieben (Höhendivergenz und differentielle PVA). Folglich konnte sich der Kerndruck des Tiefs bis 12 UTC um 10 hPa auf etwa 990 hPa vertiefen. Gleichzeitig kam es jedoch zu einer signifikanten Strukturänderung des Jetstreams: Der Jetstreak vor Westeuropa schwächte sich ab und es bildete sich ein neues Jetmaximum östlich von Neufundland (Abb. 1, rechts). Demnach lag "Lothar" um 12 UTC unter dem rechten Auszugsbereich des neu entstandenen Jetstreaks, wo nur wenig Divergenz vorhanden war (Abb. 1, rechts). Diese wenig förderlichen Bedingungen führten zu einer zwischenzeitlich gehemmten Zyklogenese, so dass eine relativ geringe Vertiefung von "Lothar" bis 18 UTC erfolgte.

Abb. 1: Analyse des Geopotentials (oben, in gpdam) und der Horizontaldivergenz (unten, in 5x10⁻⁶ s⁻¹) in 300 hPa vom 25.12.99 um 00 UTC (links) und 12 UTC (rechts). Der Jetstream ist durch den schwarzen Pfeil dargestellt und der Jetstreak durch den gestrichelt umrandeten Bereich. Der Tiefkern von "Lothar" ist mit einem roten Stern markiert. Quelle: Kurz (2002).

Bis zum 00 UTC-Termin des 26. Dezembers konnten erneut markante Änderungen an der Struktur des Jetstreams beobachtet werden. Zum einen wanderte der vorhin erwähnte neue Jetstreak langsam ostwärts, was zu einer leichten antizyklonalen Biegung der Jetachse in Richtung OSO führte. Zum anderen induzierte die mit "Lothar" in Verbindung stehende und allmählich nordwärts ausgreifende Schichtdicken- bzw. Warmluftadvektion einen Sekundär-Jet, welcher um 00 UTC von Südengland über die Alpen bis zum Balkan verlief (Abb. 2). Demzufolge kam es zu einer Superposition des linken Jet-Ausgangs und des rechten Einzugsbereiches des Sekundär-Jets, woraus ein Feld mit starker Höhendivergenz über Frankreich und dem Westausgang des Ärmelkanals resultierte. Ferner war der bis zu diesem Termin nur niedertroposphärisch ausgebildete Kurzwellentrog, der an "Lothar" gebunden war, erstmals in höheren Troposphärenschichten (in 500 hPa und weniger in 300 hPa) ausgeprägt.

Abb. 2: Analyse des Geopotentials in 300 hPa vom 26.12.99 um 00 UTC (links, in gpdam) und der Horizontaldivergenz (in 5x10⁻⁶ s⁻¹) in 300 hPa vom 25.12.99 um 18 UTC (rechts, oben) und vom 26.12.99 um 00 UTC (rechts, unten). Der Jetstream ist durch den schwarzen Pfeil dargestellt und der Jetstreak durch den gestrichelt umrandeten Bereich. Der Tiefkern von "Lothar" ist mit einem roten Stern markiert. Quelle: Kurz (2002).

Zu diesem Zeitpunkt (26.12.99, 00 UTC) lag die Warmsektorzyklone "Lothar" mit einem Kerndruck nahe 980 hPa unter der Achse des Jetstreams knapp westlich von der Bretagne (Abb. 2). Anschließend kreuzte das Tief die Jetachse zur zyklonalen Flanke und gelangte direkt unter das Gebiet mit der stärksten Höhendivergenz. Darüber hinaus profitierte das Tief von kräftiger differentieller PVA vorderseitig des kurzwelligen Höhentroges. Entsprechend kam es zu einer explosionsartigen Intensivierung von "Lothar", dessen Kerndruck sich innerhalb von sechs Stunden um ca. 20 hPa erniedrigte, so dass sich "Lothar" zu einem mesoskaligen Orkanwirbel entwickelte. Um 06 UTC weilte der Orkan mit einem Kerndruck nahe 960 hPa über der Normandie und der Okklusionsprozess setzte ein (Abb. 3). Im weiteren Tagesverlauf des 26. Dezembers zog "Lothar" rasch ostwärts und dabei füllte sich das Orkantief relativ zügig wieder auf (vertikale Achse zum Kurzwellentrog wurde senkrecht, Abschwächung jeglicher Advektionsprozesse, Einfluss der Bodenreibung). Um 15 UTC erreichte "Lothar" mit einem Kerndruck von rund 977 hPa den Nordosten Deutschlands (Abb. 3).

Abb. 3: Bodenanalysekarten vom 26.12.99 um 00 UTC, 03 UTC, 06 UTC, 09 UTC, 12 UTC und 15 UTC (von links nach rechts, von oben nach unten). Quelle: Kurz (2002).

Die geschilderte Entwicklung von "Lothar" kann auch mithilfe des "IPV-thinking" behandelt werden (IPV = Isentrope Potentielle Vorticity). Am Anfang seines Lebenszyklus zeigten numerische Analysen eine positive PV-Anomalie in der unteren Troposphäre (850 hPa), die sehr nah am Drehzentrum des Tiefs lag und sich in einer stark baroklinen Zone befand (Abb. 4). Diese niedertroposphärische PV-Anomalie wurde durch diabatisches Heizen (Freisetzen latenter Wärme durch Kondensation) induziert, das durch die kontinuierliche Hebung der von "Lothar" mitgeführten maritimen Subtropikluft und durch die positiven Anomalien der nordatlantischen Meeresoberflächentemperaturen sehr intensiv ablief. Entsprechend blieb das mit dem Bodentief verbundene PV-Maximum in der niederen Troposphäre während der Verlagerung in Richtung Westeuropa intakt. Dabei wies "Lothar" einen diabatischen Rossby-Wellen-Charakter auf. 

Abb. 4: Wasserdampf-Satellitenbild vom 25.12.99 um 06 UTC. Das rote Kreuz stellt die ungefähre Lage des Tiefkerns von "Lothar" dar und die Stelle des gewählten Vertikalschnitts (rechts oben) ist markiert. Der rote Pfeil im Vertikalschnitt markiert die niedertroposphàrische PV-Anomalie. Die grünen Linien entsprechen der PV, die schwarzen Linien der potentiellen Temperatur und die dicken orangen Linien den Pixelwerten des Wasserdampfkanals. Quelle: ZAMG.

Als "Lothar" am 26. Dezember zwischen 00 und 06 UTC unter die zyklonale Seite des Jet-Ausgangs geriet, erfolgte eine rasche "bottom-up"-Intensivierung. Zunächst stieß die niedertroposphärische PV-Maximum immer mehr in die mittlere Troposphäre vor und induzierte dabei eine Tropopausenfalte, so dass eine positive PV-Anomalie in der oberen Troposphäre entstand. Dies führte zu der Ausbildung eines nahezu perfekt vertikal ausgerichteten PV-Towers. Mit dieser dynamischen Entwicklung war ein Absinken von sehr trockener Stratosphärenluft in die obere Troposphäre verbunden, was zur extremen Intensität des Orkantiefs beitrug. Diese sogenannte Dry Intrusion war durch den etwa 100 km breiten und sehr dunklen Fleck über Nordfrankreich auf dem WV-Satellitenbild deutlich zu erkennen (Abb. 5).

Abb. 5: Wasserdampf-Satellitenbild vom 26.12.99 um 06 UTC. Die Stelle des gewählten Vertikalschnitts durch den Tiefkern von "Lothar" (links oben) ist markiert. Der rote Pfeil im Vertikalschnitt markiert die Dry Intrusion. Die grünen Linien entsprechen der PV, die schwarzen Linien der potentiellen Temperatur und die dicken orangen Linien den Pixelwerten des Wasserdampfkanals. Quelle: ZAMG.

Auch bezüglich der Luftdruck- und Windmessungen war "Lothar" eine außergewöhnliche extratropische Zyklone. Dessen rapide Verlagerung (~120 km/h über dem Nordatlantik) und Vertiefung bis zur Ankunft in Nordfrankreich sorgten für sehr markante Luftdruckveränderungen, wie beispielweise am 06 UTC-Termin des 26. Dezembers in Rouen (-25,8 hPa in 3h) oder Paris-Orly (-19,0hPa in 3h). Bis 12 UTC fegte das Starkwindfeld von "Lothar" über den Norden Frankreichs hinweg und produzierte dabei Windböen von bis zu 170 km/h (Abb. 6), was naturgemäß zu enormen Schäden an Vegetation und Infrastruktur führte. Am Flughafen Findel in Luxemburg betrug die stärkste Böe 108 km/h und der tiefste Luftdruck belief sich auf 970,7 hPa. Im äußersten Süden Luxemburgs konnten im damaligen Meteomedia-Messnetz Orkanböen registriert werden (Petingen 133 km/h, Bettemburg 124 km/h), wobei es im Norden des Großherzogtums "nur" für Sturmböen reichte (Ettelbrück 78 km/h).

Abb. 6: Auswahl an gemessenen Windspitzen (in km/h) während der Passage des Orkantiefs "Lothar" am 26.12.99.

Zusammenfassend ist zu konstatieren, dass der mesoskalige Orkanwirbel "Lothar" eine recht außergewöhnliche Zyklogenese durchlief, die anfangs einen diabatischen Rossby-Wellen-Charakter besaß und im späteren Verlauf dem Norwegischen Zyklonenmodell entsprach (z.B. Ausbildung ausgeprägter Kaltfront). Essentiell für die bemerkenswerte Vertiefung zwischen 00 und 06 UTC waren zum einen die Strukturänderungen des nordatlantischen Jetstreams und die Bildung des Sekundär-Jets über Europa, wodurch "Lothar" unter ein Gebiet mit sehr starken quasi-geostrophischen Hebungsimpulsen gelangte. Zum anderen waren die diabatischen Prozesse entscheidend für die Entstehung der niedertroposphärischen positiven PV-Anomalie, die dann während der Phase unter der zyklonalen Jetflanke durch eine "bottom-up"-Entwicklung und durch Induzierung einer Dry Intrusion maßgeblich zur Intensivierung von "Lothar" beitrug.

Abb. 7: Infrarotes Bild eines polarumlaufenden Satelliten vom 26.12.99 um 08 UTC. Quelle: Dundee Satellite Receiving Station.

Referenzen:
Baleste, M.C., H. Brunet, A. Mougel, J. Coiffier, N. Bourdette und P. Bessemoulin (2001): Les tempêtes exceptionnelles de Noël 1999. Phénomènes remarquables, 7, Météo-France, 99 Seiten.
Kurz, M. (2002): Die Dezemberstürme 1999. Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, 23 Seiten.
Ulbrich, U., A.H. Fink, M. Klawa und J.G. Pinto (2001): Three extreme storms over Europe in December 1999. Weather, 56, 70-80.
Wernli, H., S. Dirren, M.A. Liniger und M. Zillig (2002): Dynamical aspects of the life cycle of the winter storm 'Lothar' (24-26.12.199). Q.J.R. Meteorol. Soc., 128, 405-429.