Thema des Tages

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

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst