Inversion und Smog

In den letzten Tagen wurde in den Medien verstärkt über Smog in China und über die gesundheitlichen Auswirkungen durch die damit verbundene hohe Feinstaubbelastung auf die dort lebenden Menschen berichtet.

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Smog über Ost-China, Satellitenaufnahme vom 7. Dezember 2013 (Bild: NASA)

Was genau sind aber die Ursachen für diese Smog-Bildung und welche Rolle spielt das Wetter dabei?

Der Begriff "Smog" ist eine Kombination aus zwei Wörtern, zum einen
"smoke" (engl. für Rauch) und zum anderen "fog" (engl. für Nebel).
Smog bezeichnet eine starke Ansammlung von Schadstoffen innerhalb der
untersten Luftschichten in der Atmosphäre.

Für die Entstehung von Smog ist eine besondere Wetterlage, eine
sogenannte Inversionswetterlage, verantwortlich. Im Normalfall nimmt
die Temperatur in der Atmosphäre mit zunehmender Höhe ab. Bei einer
Inversion tritt jedoch genau die Umkehr dieses Temperaturverlaufs
ein. D.h. in einer mehr oder weniger dicken Schicht kommt es mit
zunehmender Höhe zu einem Temperaturanstieg. Eine solche Inversion
entsteht bevorzugt bei winterlichen Hochdruckwetterlagen. Durch die
langen Nächte kann bei geringer Bewölkung der Erdboden besonders
stark auskühlen, was zeitgleich dazu führt, dass der darüber
liegenden Luftschicht Wärmeenergie entzogen wird. Tagsüber kann
dieser Wärmeverlust durch die schwache Einstrahlung der sehr tief
stehenden Sonne nicht vollständig kompensiert werden. Dies führt
folglich zu einer stetigen Abkühlung der bodennahen Luftschicht.
In einem Hochdruckgebiet kommt es aufgrund physikalischer Prozesse zu
großräumigem Absinken der höher liegenden Luftmassen. Mit dieser
Absinkbewegung geht eine Temperaturzunahme einher, wodurch sich über
der kalten Luft am Boden eine etwas wärmere Luftschicht bildet.
Dies führt letztendlich zu der oben beschriebenen Temperaturzunahme
innerhalb einer bestimmten Schichtdicke, die als Inversionsschicht
bezeichnet wird.
Durch die höhere Dichte der Kaltluft bleibt diese stets unter der
leichteren Warmluft liegen. In diesem Fall spricht der Meteorologe
von einer stabilen Schichtung, da keine Vermischung bzw. ein
Austausch zwischen diesen übereinanderliegenden Luftmassen
stattfindet. Somit kann die Schicht, in der die Temperatur zunimmt
(die sog. Inversionsschicht), als Sperrschicht angesehen werden, die
wie ein Deckel über der Kaltluft liegt.

Eine solche Hochdruckwetterlage findet sich derzeit auch in China
wieder. Dort sind besonders die Großstädte im Südosten von Smog
betroffen. Gerade in solchen Ballungsräumen mit viel Industrie und
einem hohen Verkehrsaufkommen können sich Luftschadstoffe recht
schnell in der unteren, von der Inversionsschicht abgeschirmten
Kaltluft ansammeln. Wird eine bestimmte Schadstoffkonzentration
erreicht, entsteht die Smog-typische Lufttrübung.

M.Sc. Met. Andreas Würtz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 12.12.2013

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Bild: NASA