Der Jetstream – der Höhenwind, der unser Wetter lenkt

Wie ein mächtiges Windband in großer Höhe die Entwicklung von Hoch- und Tiefdruckgebieten beeinflusst

Während wir am Boden den Wind an bewegten Bäumen, vorbeiziehenden Wolken oder wehenden Fahnen erkennen, herrschen viele Kilometer über unseren Köpfen völlig andere Strömungsverhältnisse. Dort können Luftmassen mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde durch die Atmosphäre ziehen. Diese gewaltigen Höhenströmungen werden als Jetstreams bezeichnet.

Sie gehören zu den wichtigsten Bestandteilen der atmosphärischen Zirkulation. Obwohl sie für uns am Boden unsichtbar bleiben, beeinflussen sie die Entwicklung und Verlagerung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, die Zugbahnen von Wetterfronten und damit auch den Wechsel zwischen sonnigen, windigen, nassen und kalten Wetterabschnitten.

Besonders für Europa ist der Polarfrontjetstream von großer Bedeutung. Er bildet sich in der oberen Troposphäre im Übergangsbereich zwischen vergleichsweise kalten polaren und wärmeren subtropischen Luftmassen. Seine Lage und Stärke verändern sich ständig.

Im Herbst und Winter treten häufig besonders ausgeprägte Temperaturgegensätze zwischen hohen und niedrigen geografischen Breiten auf. Dadurch können sich kräftige Höhenwindbänder entwickeln, die über dem Nordatlantik und Europa eine wichtige Rolle für das Wettergeschehen spielen.

Für Mitteldeutschland und damit auch für Brachwitz ist der Jetstream deshalb von besonderem Interesse. Seine großräumige Struktur kann mitentscheiden, ob milde Atlantikluft nach Sachsen-Anhalt gelangt, kalte Luftmassen aus nördlichen Richtungen vorstoßen oder sich eine stabile Hochdrucklage über Mitteleuropa etabliert.

Kernaussagen

Ein Jetstream ist ein relativ schmales Band besonders hoher Windgeschwindigkeiten in der oberen Troposphäre oder in der Nähe der Tropopause. Der Polarfrontjetstream befindet sich in unseren Breiten häufig in ungefähr acht bis zwölf Kilometern Höhe.

Die Windgeschwindigkeiten können verbreitet mehr als 100 Kilometer pro Stunde erreichen. In kräftigen Jetstreambereichen sind auch Geschwindigkeiten von 250 bis 300 Kilometern pro Stunde und darüber möglich.

Die Entstehung des Jetstreams hängt eng mit horizontalen Temperaturgegensätzen und den daraus resultierenden Druck- beziehungsweise Geopotenzialunterschieden in der Höhe zusammen. Ein wichtiger physikalischer Zusammenhang ist die sogenannte thermische Windbeziehung.

Der Jetstream verläuft nicht geradlinig um die Erde. Häufig bildet er großräumige Wellen aus, die als Rossby-Wellen bezeichnet werden. Dabei entstehen nach Süden gerichtete Tröge und nach Norden gerichtete Rücken.

Diese Wellenstruktur beeinflusst den Transport warmer und kalter Luftmassen sowie die Entwicklung und Verlagerung von Wettersystemen.

Ein stark ausgeprägter, überwiegend westöstlich verlaufender Jetstream kann eine rasche Verlagerung von Tiefdruckgebieten begünstigen. Bei großen, langsam wandernden Wellen können dagegen länger anhaltende Wetterlagen entstehen.

Der Jetstream ist jedoch nicht die alleinige Ursache des Wetters. Seine Wirkung ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Temperaturverteilung, Luftdruck, atmosphärischer Stabilität und großräumiger Dynamik.

meteorologischer Hintergrund

Unsere Atmosphäre befindet sich in ständiger Bewegung. Eine wesentliche Ursache dafür ist die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne.

In niedrigen geografischen Breiten trifft die Sonnenstrahlung im Jahresmittel unter einem größeren Winkel auf die Erdoberfläche als in hohen Breiten. Dadurch entsteht ein erheblicher Unterschied in der Energiebilanz.

Während tropische und subtropische Regionen vergleichsweise viel Strahlungsenergie aufnehmen, verlieren die polaren Regionen im Jahresmittel mehr Energie durch langwellige Abstrahlung, als sie durch Sonneneinstrahlung erhalten.

Die Atmosphäre und die Ozeane transportieren Energie von wärmeren in kältere Regionen und tragen damit zum Ausgleich dieser Unterschiede bei.

In der Atmosphäre geschieht dieser Transport unter anderem durch großräumige Luftströmungen, wandernde Tiefdruckgebiete und atmosphärische Wellen.

Ein besonders wichtiger Bereich liegt in der oberen Troposphäre.

Dort treten häufig starke horizontale Temperatur- und Geopotenzialgradienten auf. Sie stehen in engem Zusammenhang mit kräftigen Höhenwinden.

Die physikalische Grundlage lässt sich mithilfe der thermischen Windbeziehung beschreiben.

Diese besagt vereinfacht, dass sich der geostrophische Wind mit der Höhe verändert, wenn horizontale Temperaturunterschiede vorhanden sind.

Je stärker die horizontalen Temperaturgegensätze innerhalb einer Luftschicht sind, desto größer kann die vertikale Änderung des geostrophischen Windes ausfallen.

Im Bereich der Polarfront, wo relativ kalte polare Luft und wärmere Luftmassen niedrigerer Breiten aufeinandertreffen, sind diese Temperaturgegensätze häufig besonders ausgeprägt.

Dadurch können sich in der oberen Troposphäre sehr hohe Windgeschwindigkeiten entwickeln.

Der Polarfrontjetstream ist somit eng mit der großräumigen Temperaturstruktur der Atmosphäre verbunden.

Seine genaue Höhenlage hängt unter anderem von der geografischen Breite, der Jahreszeit und der vertikalen Temperaturverteilung ab.

Häufig befindet sich das Windmaximum in der Nähe der Tropopause.

Die Tropopause bildet den Übergangsbereich zwischen der Troposphäre und der darüberliegenden Stratosphäre.

In der Troposphäre nimmt die Temperatur im Allgemeinen mit zunehmender Höhe ab. In der Stratosphäre verändert sich dieser Temperaturverlauf grundlegend.

Die Tropopause liegt über den Tropen wesentlich höher als in polaren Regionen.

Im Bereich der mittleren Breiten kann ihre Höhe deutlich variieren.

Diese vertikale Struktur begünstigt die Ausbildung kräftiger Höhenströmungen in der Nähe des Übergangsbereichs.

Der Jetstream besitzt allerdings keine überall gleiche Geschwindigkeit.

Innerhalb des Windbandes treten Abschnitte mit besonders hohen Windgeschwindigkeiten auf. Diese werden als Jetstreaks bezeichnet.

Solche Windmaxima sind meteorologisch bedeutsam, weil sie mit Veränderungen der Strömungsbeschleunigung und der großräumigen Luftbewegung verbunden sind.

In bestimmten Bereichen eines Jetstreaks können sich Divergenz und Konvergenz in der Höhe entwickeln.

Divergenz bedeutet, dass Luft horizontal aus einem Gebiet auseinanderströmt.

Konvergenz beschreibt dagegen das horizontale Zusammenströmen von Luft.

Diese Vorgänge beeinflussen die Massenverteilung innerhalb der Atmosphäre.

Wenn in höheren Schichten mehr Luftmasse aus einer Luftsäule herausgeführt wird, als gleichzeitig nachströmt, kann der Luftdruck am Boden sinken.

Unter geeigneten Bedingungen unterstützt dies die Entwicklung oder Verstärkung eines Tiefdruckgebietes.

Die genaue Wirkung hängt jedoch von der dreidimensionalen Strömungsstruktur ab.

Ein Jetstreak führt deshalb nicht automatisch zur Entstehung eines Tiefs.

Besonders wichtig ist außerdem die Wellenform des Jetstreams.

Auf Wetterkarten erscheint der Polarfrontjetstream häufig als mäandrierendes Windband.

Sein Verlauf erinnert an einen Fluss, der große Bögen ausbildet.

Diese Wellen werden als Rossby-Wellen bezeichnet.

Sie entstehen aus den grundlegenden Eigenschaften rotierender atmosphärischer Strömungen, insbesondere aus der Veränderung der planetaren Wirbelstärke mit der geografischen Breite.

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Erhaltung der potenziellen Wirbelstärke.

Wird eine Luftströmung großräumig nach Norden oder Süden ausgelenkt, verändern sich die dynamischen Bedingungen.

Die Atmosphäre reagiert darauf mit charakteristischen Wellenbewegungen.

Die nach Süden gerichteten Ausbuchtungen werden als Tröge bezeichnet.

Dort kann vergleichsweise kalte Luft aus höheren Breiten weit nach Süden vorstoßen.

Die nach Norden gerichteten Ausbuchtungen heißen Rücken.

In diesen Bereichen kann wärmere Luft aus südlicheren Regionen nach Norden transportiert werden.

Ein Höhentrog ist häufig mit zyklonaler Krümmung der Strömung und dynamischen Prozessen verbunden, die die Entwicklung von Tiefdruckgebieten unterstützen können.

Ein Höhenrücken geht dagegen häufig mit antizyklonaler Krümmung und einer vergleichsweise stabilen großräumigen Wetterstruktur einher.

Die tatsächlichen Wetterbedingungen am Boden hängen allerdings von weiteren Faktoren ab.

Ein Höhenrücken garantiert beispielsweise keinen wolkenlosen Himmel.

Gerade im Herbst und Winter können sich unter Hochdruckeinfluss Nebel und Hochnebel bilden, obwohl die großräumige Höhenströmung eher stabile Bedingungen begünstigt.

Ein besonders interessanter Zusammenhang besteht zwischen der Wellenform des Jetstreams und der Dauer bestimmter Wetterlagen.

Verläuft der Jetstream überwiegend zonal, also von Westen nach Osten, können sich Wettersysteme häufig relativ rasch über den Nordatlantik und Europa verlagern.

Dann wechseln Tiefdruckgebiete, Fronten und Zwischenhochphasen möglicherweise in kurzen Abständen.

Bei einer stärker mäandrierenden Strömung können dagegen ausgeprägte Tröge und Rücken entstehen.

Unter bestimmten Bedingungen bewegen sich diese Wellen nur langsam.

Dann kann eine bestimmte Wetterlage über mehrere Tage oder sogar länger bestehen bleiben.

Solche Situationen können längere Kälteperioden, anhaltend warme Wetterabschnitte oder wiederholte Niederschläge in bestimmten Regionen begünstigen.

Dabei ist jedoch Vorsicht bei vereinfachten Aussagen geboten.

Ein stark mäandrierender Jetstream bedeutet nicht zwangsläufig eine blockierte Wetterlage.

Ebenso führt ein schwächerer Jetstream nicht automatisch zu extremen Wetterereignissen.

Entscheidend ist die gesamte dynamische Struktur der Atmosphäre, einschließlich der Wechselwirkung zwischen Rossby-Wellen, Tiefdruckgebieten und großräumigen Temperaturfeldern.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die jahreszeitliche Veränderung.

Im Winter sind die Temperaturgegensätze zwischen den polaren und subtropischen Regionen häufig größer als im Sommer.

Dadurch kann der Polarfrontjetstream im Winter besonders kräftig ausgeprägt sein.

Seine mittlere Lage und Stärke verändern sich jedoch regional und zeitlich erheblich.

Auch die Wechselwirkung mit der Stratosphäre kann eine Rolle spielen.

Besonders bekannt ist der stratosphärische Polarwirbel.

Er bildet sich während des Winterhalbjahres über der Polarregion und ist mit kräftigen westlichen Winden in der Stratosphäre verbunden.

Unter bestimmten Bedingungen kann es zu einer plötzlichen starken Erwärmung der polaren Stratosphäre kommen.

Solche Ereignisse werden als plötzliche stratosphärische Erwärmungen bezeichnet.

Sie können den stratosphärischen Polarwirbel erheblich verändern.

In manchen Fällen wirken sich diese Veränderungen mit zeitlicher Verzögerung auch auf die troposphärische Zirkulation aus.

Dadurch können sich die Wahrscheinlichkeiten bestimmter Wetterlagen in Europa verändern.

Ein direkter, zwangsläufiger Zusammenhang zwischen einer stratosphärischen Erwärmung und einem Kälteeinbruch in Deutschland besteht jedoch nicht.

Für die Wettervorhersage ist deshalb die Betrachtung der gesamten Atmosphäre notwendig.

Moderne Wettermodelle berechnen die Entwicklung des Jetstreams anhand physikalischer Gleichungen, die unter anderem Bewegung, Energie, Feuchtigkeit und Massenerhaltung beschreiben.

Die Lage des Höhenwindbandes wird häufig auf Karten der oberen Troposphäre dargestellt.

Besonders gebräuchlich sind Windkarten für die Druckfläche von 300 Hektopascal.

Diese befindet sich in mittleren Breiten typischerweise in einer Höhe von ungefähr neun Kilometern.

Auch die 250-Hektopascal-Fläche wird häufig verwendet.

Auf solchen Karten lassen sich Windmaxima, Tröge und Rücken erkennen.

Für die Interpretation der Wetterentwicklung über Deutschland sind diese Informationen besonders wertvoll.

Wenn beispielsweise ein kräftiger Höhentrog vom Nordatlantik nach Mitteleuropa zieht, kann dies die Entwicklung von Tiefdruckgebieten und Frontensystemen beeinflussen.

Verlagert sich dagegen ein ausgeprägter Höhenrücken über Mitteleuropa, können großräumig absinkende Luftbewegungen und Hochdruckeinfluss begünstigt werden.

Für Brachwitz und das südliche Sachsen-Anhalt sind solche Vorgänge relevant, obwohl der Jetstream selbst viele Kilometer über der Region verläuft.

Er beeinflusst die großräumigen Strömungsverhältnisse, die darüber entscheiden, welche Luftmassen nach Mitteldeutschland gelangen.

Bei einer westlichen Strömung kann milde und feuchte Atlantikluft herangeführt werden.

Bei einer nördlichen Strömung können kühlere Luftmassen aus höheren Breiten nach Deutschland gelangen.

Eine südliche Strömung kann dagegen wärmere Luft aus dem Mittelmeerraum oder anderen südlichen Regionen transportieren.

Welche Temperaturen und Niederschläge tatsächlich auftreten, hängt zusätzlich von der Jahreszeit, der Bewölkung, der Bodenbeschaffenheit und zahlreichen weiteren Faktoren ab.

Der Jetstream ist deshalb ein wichtiger Bestandteil der Wetterentwicklung, aber nicht ihr alleiniger bestimmender Faktor.

Schon gewusst?

Der Jetstream spielt auch für die Luftfahrt eine wichtige Rolle.

Moderne Verkehrsflugzeuge nutzen Informationen über die Höhenwindverteilung, um ihre Flugrouten möglichst effizient zu planen.

Bei Flügen von Nordamerika nach Europa können kräftige westliche Höhenwinde die Flugzeit verkürzen, wenn das Flugzeug günstige Rückenwindbereiche nutzt.

In der Gegenrichtung können dieselben Windfelder dagegen zu erheblichen Gegenwindkomponenten führen.

Deshalb unterscheiden sich die Flugzeiten zwischen zwei Städten je nach Flugrichtung und Wetterlage teilweise deutlich.

Auch Turbulenzen können mit dem Jetstream verbunden sein.

Besonders in Bereichen starker vertikaler oder horizontaler Windscherung kann sogenannte Clear-Air-Turbulence auftreten.

Dabei handelt es sich um Turbulenzen, die nicht unmittelbar mit sichtbaren Gewitterwolken verbunden sein müssen.

Ein weiterer interessanter Punkt betrifft die Geschwindigkeit der Luftströmung.

Obwohl der Jetstream Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde erreichen kann, ist er kein starrer, röhrenförmiger Luftkanal.

Er besitzt eine räumlich veränderliche Struktur mit unterschiedlich starken Windmaxima.

Seine Lage kann sich innerhalb weniger Tage erheblich verändern.

Bemerkenswert ist außerdem, dass es nicht nur einen einzigen Jetstream gibt.

Neben dem Polarfrontjetstream existiert beispielsweise der Subtropenjetstream, der in höheren geografischen Breiten der Subtropen auftritt und mit anderen dynamischen Bedingungen verbunden ist.

Auch auf der Südhalbkugel bilden sich ausgeprägte Höhenwindbänder.

Der Jetstream ist somit Teil eines globalen atmosphärischen Systems, das Energie, Impuls und Luftmassen über große Entfernungen transportiert.

Für die Wetterstation Brachwitz bietet die Beobachtung des Jetstreams eine interessante Ergänzung zu den eigenen Messdaten.

Während Temperatur, Luftdruck, Wind und Niederschlag unmittelbar vor Ort erfasst werden, ermöglichen Höhenwindkarten einen Blick auf die großräumigen Ursachen vieler Wetterveränderungen.

Wer die Lage des Jetstreams verfolgt, kann besser verstehen, warum sich bestimmte Wetterlagen rasch verändern und andere über längere Zeit bestehen bleiben.

Der Jetstream zeigt damit eindrucksvoll, dass unser Wetter nicht allein in Bodennähe entsteht. Viele entscheidende Prozesse spielen sich hoch über unseren Köpfen ab – in einer Region der Atmosphäre, die wir mit bloßem Auge nicht erkennen können, deren Auswirkungen wir aber täglich erleben.