Der Herbst rückt langsam näher. Die Tage werden kürzer, die Nächte länger – und damit beginnt auch wieder die Zeit, in der Nebel und Hochnebel häufiger zum Wetterbild gehören. Eine wichtige Rolle spielt dabei die sogenannte Inversion.

Normalerweise wird es mit zunehmender Höhe kälter. Wer schon einmal einen Berg bestiegen hat, kennt diesen grundlegenden Temperaturverlauf aus eigener Erfahrung. Doch die Atmosphäre hält sich nicht immer daran. Bei einer sogenannten Inversionswetterlage kehren sich die Verhältnisse innerhalb einer bestimmten Luftschicht um: Statt kälter wird es mit zunehmender Höhe wärmer. 

Solche Inversionslagen können grundsätzlich zu jeder Jahreszeit auftreten. Besonders interessant werden sie für uns aber im Herbst und Winter. Mit den länger werdenden Nächten verbessern sich die Bedingungen für eine kräftige Auskühlung in Bodennähe und damit beginnt auch wieder die klassische Zeit von Nebel und Hochnebel.

Wie entsteht eine Inversion?

Eine Inversion beschreibt zunächst nur den Temperaturverlauf: Innerhalb einer bestimmten Luftschicht nimmt die Temperatur entgegen der Regel mit der Höhe zu. Sie kann direkt am Boden beginnen oder als sogenannte abgehobene Inversion erst einige hundert oder sogar tausend Meter über dem Boden auftreten.

Eine Inversion lässt sich dabei auch in verschiedene Inversionsarten unterscheiden. Dabei werden die unterschiedlichen Arten entsprechend ihrer Entstehungsart unterteilt. Im nachfolgenden Abschnitt möchte ich einmal näher auf die unterschiedlichen Inversionsarten eingehen. 

Strahlungsinversion

Gerade im Herbst ist die Strahlungsinversion besonders häufig anzutreffen. Sie bildet sich bevorzugt während klarer und windschwacher Nächte. Der Erdboden verliert durch langwellige Wärmestrahlung Energie und kühlt aus. Dadurch wird anschließend auch die unmittelbar darüberliegende Luft kälter.

Die Luft etwas weiter oberhalb bekommt von dieser Abkühlung deutlich weniger mit. So kann am Boden kalte Luft liegen, während es darüber bereits wieder wärmer ist. Da diese Inversion unmittelbar vom Boden ausgeht, wird sie auch als Bodeninversion bezeichnet. Am frühen Morgen kann eine solche Schicht einige hundert Meter mächtig sein. Nach Sonnenaufgang wird sie bei ausreichender Einstrahlung meist von unten her wieder abgebaut.

Besonders ausgeprägt kann die Abkühlung in Tälern, Mulden und Senken sein. Kalte und damit dichtere Luft fließt dem Gelände folgend in tiefere Lagen und sammelt sich dort. Es entstehen sogenannte Kaltluftseen. Dadurch kann es im Tal deutlich kälter sein als auf einer benachbarten Anhöhe.

Eine bodennahe Strahlungsinversion verschwindet nach Sonnenaufgang nicht immer sofort vollständig. Der Boden erwärmt sich zuerst, und die Durchmischung breitet sich anschließend langsam nach oben aus.

Dadurch kann die ursprüngliche Bodeninversion von unten her abgebaut werden, während ein Teil davon zunächst in einiger Höhe erhalten bleibt. Zurück bleibt eine abgehobene Inversion, die gewissermaßen ein Rest der nächtlichen stabilen Schichtung ist. Auch solche Strukturen lassen sich in Temperaturprofilen der Atmosphäre beobachten.

Absinkinversion

Eine andere Form ist die Absinkinversion. Sie entsteht nicht durch nächtliche Abkühlung am Boden, sondern durch großräumig absinkende Luft.

Beim Absinken gelangt die Luft unter höheren Luftdruck, wird komprimiert und erwärmt sich dabei trockenadiabatisch. Dabei kann sich in einiger Höhe eine vergleichsweise warme und trockene Luftschicht über kältere Luft legen. Die Inversion befindet sich dann häufig nicht direkt am Boden, sondern etwas darüber.

Solche Absinkinversionen treten häufig im Zusammenhang mit Hochdruckgebieten auf. Sie stabilisieren die Atmosphäre und begrenzen den vertikalen Luftaustausch. Befindet sich darunter feuchte Luft, können Nebel oder Hochnebel regelrecht unter der Inversion eingeschlossen werden.

Das ist ein wichtiger Grund, weshalb Hochdruck im Herbst und Winter keineswegs automatisch Sonnenschein bedeutet. Unterhalb der Inversion kann es grau und kühl bleiben, während auf höheren Bergen dann oft richtig schönes Wetter mit viel Sonne herscht.

Advektions- und Aufgleitinversion

Bei einer Advektionsinversion werden unterschiedlich temperierte Luftmassen horizontal herangeführt. Schiebt sich wärmere Luft über eine bodennahe kältere Luftmasse, nimmt die Temperatur innerhalb der Übergangsschicht mit der Höhe zu.

Für diesen Vorgang wird auch der Begriff Aufgleitinversion verwendet. Besonders an Luftmassengrenzen kann sich wärmere Luft über kältere und dichtere Luft schieben. Dabei handelt es sich häufig um eine abgehobene Inversion.

Eine frontale Inversion ist eng damit verwandt. Sie kann im Bereich einer Front entstehen, wenn wärmere Luft über einer flachen Kaltluftschicht liegt. Die Temperatur nimmt dann beim Aufstieg durch die Grenzschicht zunächst zu, bevor sie oberhalb wieder dem normalen Temperaturverlauf folgt.

Anders als bei einer klassischen nächtlichen Bodeninversion bedeutet eine solche Inversion übrigens nicht, dass keine Wolken oder Niederschläge möglich wären. Hebung kann beispielsweise oberhalb der stabilen Schicht stattfinden.

Warum spielt Nebel bei Inversionen so häufig eine Rolle?

Eines Vorweg: Eine Inversion allein erzeugt noch keinen Nebel. Dafür muss auch genügend Feuchtigkeit vorhanden sein.

Kühlt feuchte Luft in Bodennähe bis zum Taupunkt ab, erreicht sie Sättigung. Wasserdampf kann an Kondensationskeimen zu winzigen Wassertröpfchen kondensieren – Nebel entsteht. Bei Strahlungsnebel sind daher lange Nächte, schwacher Wind und ausreichend Feuchtigkeit besonders günstige Zutaten.

Genau deshalb werden solche Wetterlagen mit der nahenden Herbstzeit wieder häufiger interessant. Die Nächte werden länger und der Boden hat mehr Zeit auszukühlen. Feuchte Niederungen, Flusstäler sowie Mulden und Senken sind besonders anfällig.

Ganz windstill muss es dabei übrigens nicht sein. Eine schwache Durchmischung kann die Ausbildung einer ausreichend mächtigen feuchten Luftschicht sogar unterstützen. Zu kräftiger Wind durchmischt die unteren Luftschichten dagegen stärker und erschwert die Entstehung einer ausgeprägten Strahlungsinversion.

Unten grau, oben Sonne

Besonders eindrucksvoll werden Inversionslagen, wenn sich Nebel oder Hochnebel über längere Zeit halten. Die stabile Schichtung unterdrückt den vertikalen Luftaustausch. Wärmere Luft befindet sich oberhalb der kälteren Luftschicht und wirkt dabei vereinfacht gesagt wie ein Deckel.

Dann kann es passieren, dass es in tiefen Lagen über Stunden, je nach Großwetterlage manchmal auch über Tage grau in grau, feucht und kühl bleibt, während wenige hundert Meter höher bereits die Sonne scheint. Wer oberhalb der Inversion auf einem Berg steht, blickt mit etwas Glück auf ein geschlossenes Nebelmeer.

Ob sich der Nebel im Tagesverlauf auflöst, hängt unter anderem von seiner Mächtigkeit, der Sonneneinstrahlung, dem Wind und der Stärke der Inversion ab. Vor allem im späteren Herbst und Winter reicht die schwächere Sonneneinstrahlung mitunter nicht immer aus, um eine kräftige stabile Schichtung vollständig abzubauen. Aus einem nebligen Morgen kann dann schnell ein ganzer grauer Tag werden.

Gerade mit Beginn der Herbstzeit werden wir vor allem die bodennahen Strahlungsinversionen wieder häufiger erleben. Für mich als Natur-, Wetter-, und Landschaftsfotograf ist diese Zeit, eine der schönsten im Jahr.