Inversionswetterlage: Wie Hochdruck das Wetter auf den Kopf stellt

Um die Inversionswetterlage richtig zu verstehen, muss man sich das Zusammenspiel von Erdboden und Luft anschauen.

Grundsätzlich bedeutet Inversion erst einmal nur "Umkehrung". Beim Wetter ist damit eine Temperaturumkehrung in der Luft gemeint. Aber wie kann so etwas passieren?

Inversionswetterlage: Warme Luft steigt auf

Nehmen wir mal an, die Luft in der Atmosphäre läge in Ruhe über dem Erdboden. Dann würde die kälteste Luft am Boden liegen und die wärmste Luft weiter aufsteigen.

Und das ist auch so in der Idealvorstellung der Atmosphäre. Allerdings nimmt der Luftdruck nach oben hin stark ab und deshalb nimmt auch die absolute Lufttemperatur mit der Höhe ab. Das Volumen eines Luftpakets nimmt stark zu.

Energetisch betrachtet stimmt aber die Schichtung. Luftteilchen mit hoher Energie sind weiter oben, Luftteilchen mit weniger Energie sammeln sich am Boden.

Wärmestrahlung und Gewitter bei Inversionen

Und jetzt kommt die Wärmestrahlung ins Spiel: Am Tag kann die Sonne den Erdboden erhitzen. Diese Energie wird an die Luft langsam weitergegeben. Besonders im Sommer beginnt die Luft aufzusteigen, da sie Energie aufgenommen hat. Deshalb gibt es im Sommer auch die meisten Gewitter.

Aber in der Nacht passiert etwas anderes. Der Erdboden strahlt Wärme in den Weltraum ab. Das ist auch normal. Die Erde strahlt im Infrarot-Bereich Energie ab. Der bodennahen Luft wird jetzt aber Energie entzogen und sie kühlt ab. Das kennt man aus klaren Nächten.

Nebel und Wolken bei einer Inversionswetterlage

Aber die Auskühlung ist am Boden am stärksten. Je weiter man nach oben geht, desto weniger stark ist die Abkühlung. Das heißt, es bleibt oben relativ warm, während es am Boden immer kälter wird. Und das heißt, dass die Temperatur in der Nacht mit der Höhe zunehmen kann. Aber ab einer bestimmen Höhe nimmt sie auch wieder ab, denn mit der Höhe nimmt die Temperatur grundsätzlich ab. Und genau das nennt man eine Temperaturumkehr mit der Höhe oder eben Inversion.

Diese Art von Inversion nennt man auch Strahlungsinversion. Sie tritt meist nur in Verbindung mit Hochdruck auf, weil dann der Wind schwach ist und der Hochdruck die Wolken auflöst. Viel Wind durchmischt die Luft und es bildet sich keine Inversion.

Die Absinkinversion

Absinkinversionen werden vom Hochdruck selbst ausgelöst. Denn Hochdruck ist eine Kraft aus der Höhe, die die Luftsäule in Richtung Erdboden drückt. Die wirklich starken Hochdruckgebiete werden von einem Höhenrücken aus dem Geo-Potentialfeld der Atmosphäre angetrieben, aber das ist nebensächlich.

Wichtig ist, dass Hochdruck die Luft aktiv nach unten drückt. Und drückt man Luft nach unten, auf ein höheres Druckniveau, dann wird die Luft wie in einer Luftpumpe komprimiert und erwärmt sich. Der Hochdruck schickt also ein warmes Luftpaket in Richtung Erdboden.

Da die Luft sich immer weiter erwärmt, lösen sich übrigens auch die Wolken auf. Aber der normale Temperaturaufbau wird gestört. Plötzlich nimmt die Temperatur mit der Höhe zu. Im Sommer schafft es der Hochdruck oft bis zum Boden oder die letzte Inversion wird durch Sonnenenergie aufgelöst. Im Winter gelingt es dem Hochdruck aber oft nicht, die kalte Grundschicht wegzudrücken. Und so kann es auf den Bergen schon warm sein, während es im Tal noch kalt ist.

Es gibt auch noch frontale Inversionen, aber die machen sich am Boden nicht bemerkbar.

Besondere Inversion schützt vor Strahlung

Eine ganz wichtige Inversion sollten wir nicht vergessen: die Tropopause. Vielleicht wundert man sich manchmal, warum eigentlich das Wasser nicht in den Weltraum verschwindet, oder warum die Wolken irgendwann aufhören zu wachsen.

In der Tropopause steigt die Temperatur plötzlich stark an. Die Luft wird also in ca. 10 Kilometern Höhe plötzlich wärmer. Und das liegt am Ozon-Sauerstoff-Zyklus, oder besser gesagt: der Ozonschicht.

Denn harte, ultraviolette Sonnenstrahlung spaltet ab einer bestimmten Höhe Sauerstoffmoleküle in einzelne Sauerstoffatome, die dann Ozon bilden. Das Ozon wird aber wiederum von der etwas energieärmeren UVB-Strahlung der Sonne zerstört. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen Ozonbildung und Ozonabbau. Aber dabei wird auch ständig Sonnenenergie aufgenommen. Die Luft erwärmt sich also stark und legt sich wie ein Deckel auf unsere Troposphäre und hält damit Luft und Wasser auf der Erde fest.