Strahlungsbilanz – warum es Ende September noch einmal so warm werden kann

Der September verabschiedet sich in diesem Jahr mit einem bemerkenswerten Gegensatz: Astronomisch entfernen wir uns mit großen Schritten vom Sommer, meteorologisch fühlt sich der heutige 29. September in weiten Teilen Deutschlands jedoch noch einmal erstaunlich sommerlich an. Von Bayern bis nach Mitteldeutschland scheint häufig die Sonne, während im Westen und Norden mehr Wolken unterwegs sind. In Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen werden heute bei viel Sonnenschein etwa 23 bis 27 Grad erwartet; im Westen und Südwesten sind regional sogar Werte um 30 Grad möglich. oai_citation:0‡DIE WELT

Das ist besonders interessant, weil die Sonne Ende September bereits deutlich tiefer steht als noch im Hochsommer. Die Tage sind kürzer, die Nächte länger und die täglich verfügbare Sonnenenergie nimmt rasch ab. Trotzdem kann es noch einmal sehr warm werden.

Um diesen scheinbaren Widerspruch zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche. Denn für unsere Temperatur ist nicht allein entscheidend, wie hoch die Sonne steht. Ebenso wichtig sind Bewölkung, Luftmasse, Wind, Bodenfeuchte und die Frage, wie viel Energie Boden und Atmosphäre zuvor gespeichert haben.

Kernaussagen

Die Erdoberfläche erhält ihre Energie hauptsächlich durch kurzwellige Sonnenstrahlung. Ein Teil davon wird reflektiert, der größere Teil wird von Boden, Wasser und Vegetation aufgenommen.

Der erwärmte Boden gibt anschließend Energie wieder ab – unter anderem als langwellige Wärmestrahlung sowie durch Wärmeübertragung und Verdunstung.

Ende September steht die Sonne in Deutschland deutlich niedriger als im Juni oder Juli. Dadurch treffen ihre Strahlen flacher auf die Erdoberfläche und verteilen ihre Energie auf eine größere Fläche.

Zusätzlich werden die Tage kürzer. Insgesamt nimmt die täglich eingestrahlte Sonnenenergie deshalb deutlich ab.

Trotzdem sind noch sommerliche Temperaturen möglich, wenn eine bereits warme Luftmasse nach Deutschland transportiert wird, wenig Bewölkung vorhanden ist und der Boden während des Tages zusätzlich erwärmt werden kann.

Genau diese Kombination spielt bei der gegenwärtigen Wetterlage eine wichtige Rolle. Der Hochdruckeinfluss hält die atlantische Tiefdruckdynamik noch weitgehend fern, während ungewöhnlich warme Luft über Mitteleuropa liegt. oai_citation:1‡Wetterprognose und Wettervorhersage

Meteorologischer Hintergrund

Die Temperatur unserer Erdoberfläche wird wesentlich durch ihre Energiebilanz bestimmt.

Am Anfang steht die Sonne.

Sie sendet enorme Energiemengen in Form elektromagnetischer Strahlung in den Weltraum. Nur ein winziger Teil davon erreicht die Erde.

Diese Sonnenstrahlung ist überwiegend kurzwellig.

Trifft sie auf die Atmosphäre, wird ein Teil bereits an Wolken, Luftmolekülen und Aerosolen reflektiert oder absorbiert.

Der verbleibende Anteil erreicht die Erdoberfläche.

Dort hängt viel davon ab, worauf die Strahlung trifft.

Eine helle Oberfläche reflektiert vergleichsweise viel Sonnenlicht. Dunkler Boden oder Wald nimmt dagegen einen größeren Anteil auf.

Die aufgenommene Strahlungsenergie erhöht die Temperatur der Oberfläche.

Doch diese Energie bleibt nicht einfach dort gespeichert.

Jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts sendet selbst elektromagnetische Strahlung aus.

Da die Erdoberfläche wesentlich kälter als die Sonne ist, erfolgt diese Abstrahlung hauptsächlich im langwelligen Infrarotbereich.

Der Boden empfängt also kurzwellige Sonnenenergie und gibt gleichzeitig langwellige Wärmestrahlung ab.

Entscheidend ist die Bilanz.

Erhält die Oberfläche mehr Energie, als sie verliert, erwärmt sie sich.

Verliert sie mehr Energie, als sie erhält, kühlt sie ab.

Deshalb steigt die Temperatur normalerweise nach Sonnenaufgang an.

Interessanterweise wird die höchste Lufttemperatur jedoch nicht zur Mittagszeit erreicht.

Auch nachdem die Sonne ihren höchsten Stand überschritten hat, erhält der Boden zunächst noch mehr Energie, als er abgibt.

Die Erwärmung setzt sich deshalb fort.

Erst einige Stunden später gleichen sich Energieaufnahme und Energieverlust an.

Darum wird die Tageshöchsttemperatur im Sommer häufig erst am späten Nachmittag erreicht.

Nach Sonnenuntergang verschwindet die kurzwellige Sonneneinstrahlung praktisch vollständig.

Die Erde strahlt aber weiterhin Wärme ab.

Die Energiebilanz wird negativ und der Boden beginnt auszukühlen.

Genau deshalb werden klare Nächte besonders kühl.

Wolken verändern diese Bilanz erheblich.

Sie absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebenen langwelligen Wärmestrahlung und senden wiederum Strahlung zurück in Richtung Erdoberfläche.

Eine geschlossene Wolkendecke wirkt nachts deshalb ähnlich wie eine Decke.

Bei klarem Himmel kann dagegen wesentlich mehr Energie verloren gehen.

Im Herbst wird dieser nächtliche Effekt zunehmend wichtiger.

Die Nächte werden länger und geben der Erdoberfläche mehr Zeit zum Auskühlen.

Gleichzeitig verändert sich die Einstrahlung am Tag.

Ende September steht die Sonne selbst mittags erheblich niedriger als zur Sommersonnenwende.

Dadurch trifft ein Sonnenstrahl schräger auf den Boden.

Die gleiche Energiemenge verteilt sich auf eine größere Fläche.

Außerdem legt das Sonnenlicht einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurück.

Auch dadurch wird mehr Strahlung gestreut und absorbiert.

Eigentlich müsste es also stetig kälter werden.

Dass trotzdem Ende September noch Temperaturen von deutlich über 25 Grad und regional sogar um 30 Grad auftreten können, zeigt, dass unsere Lufttemperatur nicht ausschließlich von der örtlichen Sonneneinstrahlung abhängt.

Die Atmosphäre transportiert Energie über große Entfernungen.

Mit einer südlichen oder südwestlichen Strömung kann bereits sehr warme Luft aus niedrigeren Breiten nach Mitteleuropa gelangen.

Der Boden muss diese Luft dann nicht erst vollständig durch Sonneneinstrahlung erwärmen.

Die Wärme wird gewissermaßen importiert.

Sonnenschein verstärkt die Erwärmung anschließend zusätzlich.

Deshalb können auch bei deutlich niedrigerem Sonnenstand noch einmal sommerliche Höchsttemperaturen auftreten.

Allerdings verändert sich der Tagesgang.

Ein typischer heißer Julitag beginnt häufig bereits mit einer relativ milden Nacht.

Ende September können die Morgenstunden dagegen trotz eines sehr warmen Nachmittags ausgesprochen frisch ausfallen.

Der Grund liegt erneut in der Strahlungsbilanz.

Die lange Nacht ermöglicht eine kräftige Auskühlung. Nach Sonnenaufgang muss der Boden zunächst wieder Energie aufnehmen.

Damit können innerhalb eines Tages Temperaturunterschiede von deutlich mehr als zehn Grad entstehen.

Genau darin zeigt sich der Übergang zwischen Sommer und Herbst besonders eindrucksvoll.

Schon gewusst?

Die Erdoberfläche besitzt keine einheitliche Strahlungsbilanz.

Eine Wasserfläche, ein Wald, ein trockenes Feld und eine Stadt reagieren auf dieselbe Sonneneinstrahlung völlig unterschiedlich.

Wasser kann beispielsweise große Energiemengen speichern, ohne sich besonders schnell zu erwärmen. Gleichzeitig gibt es diese Wärme später nur langsam wieder ab.

Trockener Boden kann sich dagegen sehr schnell aufheizen.

In einer Stadt speichern Asphalt, Beton und Gebäude tagsüber erhebliche Wärmemengen und geben sie nachts wieder ab.

Deshalb bleiben Städte in klaren Nächten häufig deutlich wärmer als ihr Umland – die bekannte städtische Wärmeinsel entsteht.

Auch die Saale beeinflusst damit das lokale Temperaturgeschehen rund um Brachwitz ein wenig.

Und genau darin steckt eine wichtige Erkenntnis der Meteorologie:

Die Temperatur auf unserem Thermometer ist das Endergebnis vieler gleichzeitig ablaufender Prozesse.

Sonnenstand, Wolken, Boden, Wasser, Wind und die Herkunft unserer Luftmasse wirken zusammen.

Dass Deutschland am 29. September noch einmal beinahe sommerliche Temperaturen erlebt, bedeutet deshalb nicht, dass die Herbstsonne plötzlich wieder die Kraft des Julis besitzt.

Es zeigt vielmehr, wie wirkungsvoll die Atmosphäre Wärme speichern, transportieren und verteilen kann.