Die Inversion vom 9./10. Januar 2003

Strenger Frost bestimmte die Wetterlage in Hamburg Anfang Januar 2003. In der Nacht vom 9. auf den 10. Januar sanken die Lufttemperaturen in 2 m Höhe bis auf –16 °C. Die Temperatur der schneebedeckten Oberfläche erreichte sogar –22 °C. Solche Extremwerte werden meist nur in wolkenlosen Nächten erreicht, wenn der Boden Wärme in Form von langwelliger Strahlung (Infrarotstrahlung) ungehindert in den Weltraum abgeben kann. Die Folge ist eine starke Abkühlung des Bodens und der bodennahen Luftschichten. In größeren Höhen bleibt die abkühlende Wirkung des kalten Bodens gering, so dass dort die Temperaturen höher liegen, in 250 m durchaus mehrere Grad im Vergleich zu 2 m. Da dies eine Umkehrung der „normalen“ Verhältnisse ist, spricht man auch von einer Inversion, hier speziell von einer Bodeninversion.

Die Folge einer solchen Inversion zusammen mit niedrigen Windgeschwindigkeiten ist eine sehr stabile Schichtung der unteren Luftschichten, das heißt jegliche (vertikale) Durchmischung von Luftmassen wird verhindert (siehe auch unser Wetterlexikon unter „Potentielle Temperatur“).

Sehen Sie zunächst die Zeitreihen für die Temperatur. Sie erkennen den strengen Frost in der Nacht mit den Tiefstwerten in den frühen Morgenstunden.

Die nebenstehende Grafik zeigt das Vertikalprofil der Temperatur um 13 Uhr sowie in den Stunden davor. Es wird nach oben hin kontinuierlich wärmer, in 250 m Höhe ist es rund 5 °C wärmer als am Boden in 2 m Höhe.

Der Wind ist nur schwach, die Windgeschwindigkeiten liegen in den unteren Höhen bei weniger als 2 m/s (7 km/h). Der vertikale turbulente Impulsfluss, also der „Austausch von Windgeschwindigkeiten“ zwischen verschiedenen Höhen liegt fast bei Null, auch ein vertikaler turbulenter Austausch von Wärme findet in der Inversionsschicht kaum statt.

Diese Wetterlage hat eine bekannte Folge: Durch den fehlenden Austausch von Luftmassen reichern sich gerade über einer Großstadt wie Hamburg die Schadstoffe in der Luft immer weiter an. Das folgende Foto vom 10. Januar 2003, 13.00 Uhr, zeigt den Blick aus dem 16. Stock des Geomatikums Richtung Norden. Deutlich zu erkennen ist die schmutzige Luft in der Inversionsschicht am Boden. Die braune Farbe stammt vom Stickstoffdioxid (NO₂) aus Verbrennungsabgasen.