private Wetterstation Weissbach -

Wissenschaft kompakt

Inversionen soweit das Auge reicht

Die Zunahme der Temperatur in den ersten 1-2 km der Atmosphäre über
dem Erdboden hat in den letzten Tagen maßgeblich das Wetter in
Deutschland mitgeprägt. Wir nutzen die Gelegenheit, um uns solche
Temperaturinversionen etwas genauer zu betrachten.

Dass die Temperatur unmittelbar über dem Erdboden mit der Höhe
zunimmt, ist insbesondere in Herbst- und Winternächten keine
Seltenheit. Der nächtliche Mangel an solarer Einstrahlung bei
gleichzeitigem Abstrahlen im Infraroten führt zu einer Auskühlung der
Erdoberfläche. Diese Abkühlung wird durch direkten Kontakt sowie
durch mehr oder weniger ausgeprägte Turbulenz auf die darüber
liegenden Luftschichten übertragen. Mit zunehmender Höhe nimmt der
Einfluss der bodennahen Auskühlung ab, sodass sich eine
Inversionsschicht ausbildet. Dies ist ein Höhenbereich, in dem die
Temperatur mit der Höhe zunimmt. Abbildung 1 zeigt den
Temperaturverlauf mit der Höhe über Greifswald in der Nacht zum
vergangenen Samstag. Die bodennahe Inversion ist deutlich erkennbar:
Die Temperatur steigt von knapp über 0 °C am Boden auf etwa 8 °C
innerhalb weniger hundert Meter Höhe.

Das Radiosondenprofil zeigt zudem, dass die bodennahe Temperatur mit
dem Taupunkt übereinstimmt, was auf Wasserdampfsättigung und mögliche
Nebelbildung hindeutet. Im Verlauf der Nacht auf den 17. Januar war,
zusätzlich zu der bodennahen Auskühlung, feucht-kalte Luft mit einer
südöstlichen Strömung aus Polen eingeflossen, was in einem bewarnten
Bereich bis einschließlich Rügen mit dichtem Nebel und Sichtweiten
unter 150 m einherging (Abbildung 2).
Das Satellitenbild zeigt außerdem dichten Nebel über Tschechien, wo
sich bei günstigen Bedingungen bereits über Tage kalte Luft im
Böhmischen Becken gesammelt hatte, und bei Überströmung von
verhältnismäßig warmer Luft in ca. 1,5 km Höhe zu einer besonders
ausgeprägten Inversion geführt hatte (der damit zusammenhängende
Böhmische Wind war in den letzten Tagen ja ebenfalls Thema in
Sachsen).

Die bodennahe Temperaturinversion erzeugt eine sehr stabile
Schichtung, die den vertikalen Austausch von Luft hemmt. Dadurch
bleibt die nebelbildende Feuchtigkeit nahe am Boden konzentriert, und
auch an der Oberfläche ausgestoßene Luftschadstoffe können sich nicht
nach oben verteilen, was zur Bildung von Smog (smoke+fog) führen
kann. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich zum
betrachteten Zeitpunkt auch in anderen Landesteilen Nebel gebildet
hat, so z.B. im dafür anfälligen Donautal, oder in westlichen
Landesteilen wo jedoch hohe Wolken im Satellitenbild die ?Sicht?
verdecken.

Wandert man im Radiosondenprofil von der Bodeninversion weiter nach
oben fallen mehrere Strukturen im Temperaturverlauf auf, die an eine
Inversion erinnern (750 und 650 hPa), auch wenn hier die Temperatur
mit der Höhe nur konstant bleibt und noch nicht ansteigt. Inversionen
in der Mitte der Troposphäre können z.B. durch horizontales
Heranführen von wärmeren oder kälteren Luftmassen entstehen, oder
durch großskaliges Absinken von Luftmassen unter Hochdruckeinfluss.
Bei letzterem wird die Luft unter steigendem Luftdruck komprimiert
und die Temperatur steigt ohne Wärmeaustausch oder
Wolken-/Turbulenz-Prozesse gemäß dem trockenadiabatischen
Temperaturgradienten von ca. 1°C/100 m. So kann sie abhängig vom
vertikalen Verlauf des Absinkens eine höhere Temperatur erreichen als
die darunter liegende Luft.

Wandert man im Radiosondenprofil noch weiter nach oben, erreicht man
bei etwa 200 hPa die Tropopause, den Übergang von der Troposphäre zur
Stratosphäre, der zweiten Schicht der Atmosphäre (Thema des Tages vom
13.11.2025). Dass die Stratosphäre prinzipiell ? und definitionsgemäß
? durch einen Temperaturanstieg mit der Höhe gekennzeichnet ist, ist
seit über hundert Jahren bekannt. Eine vergleichsweise neue
Erkenntnis ist, dass unmittelbar an der Tropopause, abhängig von
einer Vielzahl von Faktoren, aber systematisch, ein Maximum der
Temperaturzunahme auftritt. Für diese Schicht wurde der Begriff
Tropopauseninversionsschicht geprägt. Ähnlich wie bei der bodennahen
Inversion spielt auch hier die langwellige (infrarote) Ausstrahlung
eine wichtige Rolle. Insbesondere Spurengase wie Wasserdampf, der in
der Troposphäre in deutlich höherer Konzentration vorkommt als in der
Stratosphäre, tragen maßgeblich zu diesem Effekt bei. Die Absorption
durch Ozon in der Stratosphäre spielt ebenso eine Rolle, sowie auch
eine Vielzahl von dynamischen Prozessen. (Das zweite Maximum im
Temperaturgradienten bei etwa 170 hPa könnte ein Hinweis auf die
dynamischen Prozesse und die resultierende oft vielschichtige
Struktur der Tropopausenregion sein).

Die Tropopauseninversionsschicht stellt, ebenfalls analog zur
bodennahen Inversion, eine Transportbarriere dar, die den Austausch
von Spurengasen zwischen Troposphäre und Stratosphäre hemmt. Wie
stabil diese Sperrschicht letztlich ist, ist jedoch weiterhin
Gegenstand aktueller Forschung. Eine zentrale Motivation hierfür
liegt in den Auswirkungen der Spurengasverteilung auf den
Strahlungshaushalt der Atmosphäre (Stichwort Klimawandel) sowie im
Einfluss anthropogener Spurengasemissionen auf die
Stratosphärenchemie. Ein Hinweis auf einen möglichen Mischungsprozess
trotz hoher Stabilität findet sich in den Windfiedern im Bereich der
Inversion bei 200 hPa in Abbildung 1 (vergleiche Thema des Tages vom
22.05.2016).

Inversionen und ihre zentrale Eigenschaft treten in der Natur in
vielfältiger Form auf. Konzeptionell eng verwandt ist die sogenannte
Thermokline der Ozeane, bei der oberflächennahes Wasser wärmer ist
als das darunterliegende Tiefenwasser. Charakteristisch ist ein
vertikal begrenzter Bereich mit maximalem Temperaturgradienten, der
als stabile Sperrschicht wirkt. Diese trennt nährstoffarmes
Oberflächenwasser von nährstoffreichem Tiefenwasser, kann jedoch
durch Instabilitäten ? etwa lokal angeregte interne Wellen ?
zeitweise durchmischt werden.

Dem geneigten Leser sei, falls noch nicht bekannt, mitgegeben, dass
sowohl die Dichteanomalie des Wassers als auch seine geringe
Kompressibilität eine wesentliche Rolle bei der Ausprägung des
vertikalen Temperaturprofils spielen ? was die Frage aufwirft, ob die
Thermokline im streng fachlichen Sinn tatsächlich eine Inversion ist
?

Die Bilder und Links zum heutigen Thema des Tages finden Sie wie
immer im Internet unter www.dwd.de/tagesthema.

M.Sc. Nico Bauer und Thorsten Kaluza

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 21.01.2026

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