Entdeckungen in Norwegen

In früherer Zeit galten die Vorgänge des Wetters als sehr komplex und daher nahezu unergründlich. Man muß dazu bedenken: Es gab keine Satellitenbilder, Wetterkarten, Wetterdienste oder Beobachter, die regelmäßig Wetterdaten lieferten. Man konnte das gesamte Wettergeschehen nur von der Erdoberfläche wahrnehmen.

Im Jahre 1903 widmete sich Vilhelm Bjerknes (1862-1951), Professor für Physik an der Universität Stockholm, der Erforschung des Wetters. Er war der Ansicht, das sich auch die Vorgänge des Wetters physikalisch und mathematisch erklären lassen.

Typischer Himmel im Bereich der Westwindzyklonen
© Mario Lehwald

Seit der Erfindung des Barometers im Jahre 1643 wurden Stürme immer nur mit tiefen Luftdruck in Verbindung gebracht. Die ersten Wetterbeobachter Anfang des 20. Jahrhundert sammelten Luftdruckwerte von verschiedenen Orten, trugen diese in Karten ein und verbanden Orte gleichen Luftdrucks mit Linien, die man Isobaren nennt. In diesen Luftdruckkarten erschienen die Tiefdruckgebiete, die auch unter den Namen Zyklonen bekannt waren, meistens rund.

So sieht eine Zyklone in der Bodenluftdruckkarte aus
Ausschnitt einer Karte aus der Wetterzentrale

Damals nahm man an, dass das schlechteste Wetter immer im Zentrum einer Zyklone ist, also dort wo der Luftdruck am tiefsten war. Bjerknes versuchte diese Annahmen durch wissenschaftliche Erklärungen zu ersetzen. Er gründete nach seiner Rückkehr im Jahre 1917 nach Norwegen das Geophysikalische Institut in Bergen. Zuerst hatte er vor, den momentanen Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt festzuhalten. Dazu mußten aber Temperatur, Luftdruck, Wind und Feuchte an möglichst vielen Orten erfaßt werden. So erweiterte Bjerknes das Beobachternetz und zog Bauern, Fischer, Leuchtturmwärter und die norwegische Marine mit ein, die regelmäße Wettermeldungen machten. Auch sein Sohn Jakob Bjerknes zeigte Interesse an der Arbeit seines Vaters und unterstützte ihn dabei.

Schon bald fand Bjerknes heraus, das die Niederschläge in einer Zyklone nicht kreisförmig um ihr Zentrum verteilt sind, wie man es bisher immer annahm, sondern meist die Form ähnlich einer Sichel hatten. Bei einem nach Osten wandernden Tief krümmt sich die Sichelklinge nach Südosten und der Stiel zeigt nach Südwesten. Der Bereich zwischen dem Stiel und der inneren Sichelkante ist mit Warmluft gefüllt und der Bereich zwischen der vorderen Sichelkante und dem Stiel mit Kaltluft.

Die Verteilung der Niederschläge in einer Zyklone
© Mario Lehwald

Bjerknes erkannte, das Wetteränderungen dadurch zustande kommen, weil sich verschiedene Luftmassen bewegen und aufeinandertreffen. Die Grenzen zwischen zwei verschiedenen Luftmassen nannte er Diskontinuitätsflächen. Eine Zyklone besteht also nicht nur aus tiefen Luftdruck, sondern aus einem Warmluftkeil, der von Süden in das Zentrum der Zyklone reicht, und der Kaltluft im Norden.

Die Warmluft gleitet auf die im Nordosten liegende Kaltluft auf, kühlt sich ab, wobei der Wasserdampf zu Wolken kondensiert und es zu Regen kommt. Diese Grenze bekam den Namen Warmfront. Im Westen schiebt sich die Kaltluft unter die Warmluft und hebt diese turbulent an, wobei es zu starken Schauern mit Sturmböen und sogar Gewittern kommt. Diese Grenze bekam den Namen Kaltfront. Bjerknes schrieb bald darüber, das diese Vorgänge immer ganz bestimmte Wolkenformen erzeugen und das man diese Wolkenformen in den verschiedenen Bereichen einer Zyklone immer wieder finden wird.

So ähnlich sah das Zyklonenmodell von Bjerknes aus
Angefertigt nach einer Karte aus der Wetterzentrale

Dieses neue Zyklonenmodell erlaubte viel tiefere Einblicke in das Wetter. Bjerknes Ziel war es, die Beobachtungen besser zu organisieren, um die Bildung dieser Diskontinuitäten bereits früh zu erkennen und verfolgen zu können.

Bald entdeckte Halvor Solberg, der die Wettervorhersagen für Ostnorwegen machte, ein weiteres Phänomen: Die Kaltfront einer durchgezogenen Zyklone wölbte sich nach Norden und wandelte sich im östlichen Teil in eine Warmfront um. Daraus entstand dann eine zweite Zyklone. Zyklonen schienen also keine Einzelerscheinung zu sein.

Bjerknes und seine Wissenschaftler wandten sich dieser neuen Entdeckung zu und stellten bald eine neue Theorie über Zyklonen auf. Bjerknes beschrieb weiterhin, das Zyklonen nur der Teil einer langen Diskontinuitätslinie sind, die sich wellenförmig um die gesamte Nordhalbkugel der Erde windet. Diese Diskontinuitätslinie bekam den Namen Polarfront, weil sie kalte Luft aus dem Norden von warmer aus dem Süden trennt. Mit den neuen Erkenntnissen wurden die Wettervorhersagen langsam verbessert.

Bjerknes Entdeckungen waren von unschätzbaren Wert und legten den Grundstein für die gesamte moderne Meteorologie.