Die Atmosphäre der Erde ist voller faszinierender und oft überraschender Phänomene, die das Klima und Wettergeschehen beeinflussen. Ein solches Phänomen ist die Inversion, ein Temperaturverlauf, bei dem die normale Abnahme der Temperatur mit der Höhe umkehrt.
Während es in der Atmosphäre üblicherweise kälter wird, je höher man steigt, gibt es bestimmte Bedingungen, unter denen die Temperatur mit zunehmender Höhe wieder ansteigt. Diese Umkehrung kann in verschiedenen Formen auftreten, die für Meteorologen und Wettervorhersagen von großer Bedeutung sind.
In diesem Blogbeitrag werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Arten der Inversion, wie sie entstehen und welche Auswirkungen sie auf unser Wetter haben.
Temperaturverlauf in der Atmosphäre
Der Temperaturverlauf mit zunehmender Höhe entspricht in der Atmosphäre der Erde meistens unseren Erwartungen: Steigen wir auf die Berge, ist es dort oben kälter als unten im Tal, bei richtig hohen Bergen kann es sogar der Unterschied zwischen sommerlicher Wärme und eisiger Winterkälte sein.
Die Abnahme der Temperatur verläuft in trockener Luft sehr gleichmäßig und beträgt ziemlich genau ein Grad pro hundert Höhenmeter.
Liegt also ein Berggipfel zweitausend Meter höher als der Talgrund, wird das Thermometer dort oben zwanzig Grad weniger anzeigen.
Allerdings ändert Feuchtigkeit in der Luft diesen Gradienten beträchtlich, denn da kühlere Luft weniger gasförmigen Wasserdampf speichern kann als wärmere, führt die Abkühlung in der Höhe irgendwann zu Kondensation. Bei diesem Übergang des Wassers vom gasförmigen in den flüssigen Zustand wird jedoch Wärme freigesetzt, die die Temperaturabnahme deutlich verlangsamt, je nach Stärke der Kondensation beträgt sie nur 0,3 bis 0,8 Grad pro hundert Höhenmeter.
Inversionen in der Atmosphäre
Aber die Abnahme der Temperatur mit der Höhe ist in unserer Atmosphäre keineswegs immer der Fall, in einigen Bereichen und Situationen, drehen sich die Verhältnisse sogar um: Die Temperatur steigt mit zunehmender Höhe wieder an.
Diese Umkehrung wird Inversion genannt und es gibt sie in unterschiedlichen Formen.
Inversionswetterlagen
Am bekanntesten sind sicherlich die Inversionswetterlagen, die im Herbst und Winter häufig vorkommen und bei denen kalte Täler warmen Höhen gegenüberstehen. Verursacht wird dieser Verlauf durch die starke Wärmeabstrahlung des Bodens in den langen Nächten. Dadurch wird auch die Luft über dem Erdboden rasch kälter, diese Abkühlung reicht aber nur in Höhen von einigen Dutzend bis einigen hundert Metern. Darüber schwankt die Lufttemperatur zwischen Tag und Nacht nur wenig und eine relativ warme Luftmasse liegt somit am Ende der Nacht über einer kalten Grundschicht.
Im Frühherbst wird nach Sonnenaufgang bald soviel Energie eingestrahlt, dass sich die Luft über dem erwärmenden Boden bald wieder aufheizt. Doch von November bis Februar kommt durch den niedrigen Sonnenstand so wenig Energie am Boden an, dass die Ausstrahlungsverluste in den langen Nächten überwiegen. So bleibt die kalte Grundschicht dann auch am Tag erhalten, in ihr reichert sich Feuchtigkeit an, die bald zu Nebel oder Hochnebel kondensiert. Der verhindert dann auch noch sehr effektiv die mögliche Einstrahlung am Tag, die klassische Strahlungsinversion ist perfekt. Aufgelöst wird sie meistens erst durch die Annäherung von Tiefs, dann durchmischt zunehmender Wind die Luftschichten und führt in allen Höhen wieder frischere und anderes temperierte Luft heran.
Inversionen unter Hochdruckgebieten
Eine weitere häufig auftretende Inversion bildet sich unter kräftigen Hochdruckgebieten. In ihnen herrscht eine absinkende Luftbewegung, was zur Erwärmung der Luft und Auslösung der Wolken führt. Allerdings kann diesem Absinken durch eine kältere und feuchtere Schicht weiter unten eine Grenze gesetzt werden. In dieser unteren Schicht, die oft zwischen tausend und zweitausend Meter mächtig ist, entstehen im Tagesverlauf durch die Sonneneinstrahlung Quellwolken.
Beim Aufsteigen treffen sie in der Höhe auf die Absinkinversion und können nicht weiter aufquellen. Stattdessen breiten sie sich an der Inversion seitwärts aus, es entstehen flache aber breite Quellwolkenfelder. An der scharfen Wolkenobergrenze ist die Luftfeuchtigkeit sehr hoch, darüber sehr niedrig.
Frontinversion und ihre Auswirkungen
Umgekehrt ist die Situation bei einer Frontinversion: Hier schiebt sich feuchte Warmluft über trockene Kaltluft, an der Grenze der beiden Luftmassen entsteht Hochnebel. Die Luftfeuchtigkeit ist oberhalb der Inversion sehr hoch und darunter niedrig.
Die Tropopause: Die beständigste Inversion
Die beständigste Inversion unserer Atmosphäre findet sich in noch größerer Höhe, sie grenzt die untere Troposphäre, die Wetterschicht, von der darüber liegenden Stratosphäre ab. Diese, Tropopause genannte Inversion, liegt polnah bei etwa 8 km Höhe, in Äquatornähe dagegen bei bis zu 18 km Höhe.
Sie wird durch das Ozon in der Stratosphäre verursacht, die sehr energiereiche UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Dabei wird Wärme frei, die die Temperatur in der Stratosphäre von minus 65 Grad am unteren Rand auf etwa 0 Grad in rund 50 km Höhe ansteigen lässt. Diese Inversion ist wohl die wichtigste von allen, schützt sie doch das irdische Leben vor der allzu harten und zerstörerischen Strahlung der Sonne.