Wer in den vergangenen Tagen am Genfersee Badeferien machen durfte, nahm das Schwimmen wohl nicht überall als angenehm wahr: Mit 23 °C in Montreux und 9 °C im unteren Seebecken, wies der Genfersee vorübergehend einen aussergewöhnlichen West-Ost Kontrast in der Wassertemperatur auf. Diese starken Unterschiede in der Wassertemperatur sind in erster Linie meteorologischen Ursprungs.
Die Wassertemperatur ist in vielerlei Hinsicht von Interesse: Zum Schwimmen, für verschiedenste Wassersportarten oder auch zum Fischen. Aber die Wassertemperatur hat auch grossen Einfluss auf die Strömungen innerhalb des Gewässers und damit auf die biologischen Prozesse sowie die Wasserqualität.
Um die Wassertemperatur und die Strömungsverhältnisse in den Seen zu untersuchen, nutzen Hydrologen verschiedene Messmethoden. Einerseits Punktmessungen, sowohl an der Wasseroberfläche (z. Bsp. an der Station Buchillon) als auch in tieferen Schichten mithilfe von speziellen Tauchsonden. Andererseits werden aber auch Satellitendaten verwendet, um flächige Information zur Oberflächentemperatur zu erhalten,
Diese Messmethoden reichen aber nicht aus, um eine umfassende dreidimensionale Darstellung der Wassertemperatur abzubilden. Aus diesem Grund verwenden Hydrologen - wie auch wir Meteorologen und Klimatologen - numerische Modelle, welche die Wasserzirkulation und Temperatur in Flüssen und Seen anhand von Beobachtungen und physikalischen Gleichungen der Fluiddynamik simulieren.
Der Zugriff auf eines dieser Modelle ist über die von einem Wissenschaftler der ETH Lausanne entwickelten Plattform namens Meteolakes möglich, die Beobachtungen und Vorhersagen von Temperatur und Strömungen von mehreren Schweizer Seen zur Verfügung stellt. Die grafische Oberfläche ermöglicht eine parallele Darstellung der Wassertemperatur (der obersten 60 cm) und der Oberflächenströmung, wie in der folgenden Animation gezeigt wird.
Die Animation zeigt, wie die Badegäste im westlichen Genferseegebiet in den letzten Tagen frieren mussten: Das Wasser, das Ende Juli für die Jahreszeit bereits recht kühl war, hat sich Anfang August noch weiter abgekühlt. Meteolakes visualisiert auch die Temperaturentwicklung in der Vergangenheit an einem spezifischen Punkt. Klicken Sie dafür auf eine beliebige Stelle des Sees, die Sie interessiert.
Schaute man sich vergangene Woche einen Modellpunkt in der Nähe von Genf an, so zeigten sich folgende Temperaturwerte:
Die Grafik zeigt, wie die Wassertemperatur vom 2. auf den 3. August von gut 16 Grad in wenigen Stunden auf 10 Grad abkühlte. Wie lässt sich ein solcher Temperatursturz erklären?
Es sind mehrere Hypothesen denkbar. Beispielsweise anhaltende Niederschläge, welche für einen Kaltwassereintrag direkt aus der Atmosphäre sorgten. Oder Starkregen in den Bergen, welcher für zusätzlichen Kaltwassereintrag über die Flüsse sorgte. Beides war aber in der Westschweiz in den angesprochenen Tagen nicht der Fall. Daher bleibt nur noch eine dritte plausible Hypothese übrig: Aus den tieferen Schichten des Sees muss kaltes Tiefenwasser aufgestiegen sein. Dieser Prozess ist allgemein unter dem englischen Begriff "upwelling" bekannt.
Um die Hypothese des Upwellings zu überprüfen, schauen wir uns die Modelldaten mithilfe eines Querschnitts durch den See von Genf bis Villeneuve an. Der Zeitraum ist identisch mit den Animationen weiter oben im Blog.
Man stellt wenig überraschend fest, dass das Oberflächenwasser deutlich wärmer ist als das Tiefenwasser. Man erkennt aber auch schön, das der westliche Teil des Genfersees auf der linken Seite des Querschnitts ("Petit Lac") bereits zu Beginn der Animation kühler ist und die Temperatur im Laufe des Tages durch das Aufsteigen von kaltem Wasser aus der Tiefe weiter weiter abnimmt. Die Annahme des "upwellings" wird durch die Modelanimation also bestätigt!
Aber was war der Auslöser dieses Aufsteigens von kalten Wassermassen mitten im Sommer? Und warum ist das Upwelling nur und ausgerechnet im westlichen Teil des Genfersees zu beobachten? Für die Erklärung wechseln wir von der Hydrologie wieder in die Meteorologie:
Der Schuldige für die Abkühlung des Wassers im "Petit-Lac" war der auffrischende Südwestwind: Wenn Wind über die Seen weht, so treibt er durch Reibung das Oberflächenwasser in die gleiche Richtung.
Ende Juli und auch noch anfangs August waren West- und Südwestwindlagen an der Tagesordnung und die Winde wehten für die Jahreszeit häufiger und kräftiger als üblich. Wir werfen einen Blick auf die Messwerte unserer Station Genf-Cointrin am Flughafen während der Episode mit dem markanten Temperaturrückgang:
Während des gesamten Zeitraums wehte der Wind aus Südwesten, doch am Nachmittag des 2. August frischte er deutlich auf und erreichte Durchschnittswerte von über 40 km/h und Böen von fast 80 km/h!
Durch den stärker werdenden Wind nahm auch der Transport des Oberflächenwassers in Richtung Lausanne zu, wodurch das kältere Tiefenwasser im westlichen Genfersee noch stärker an die Oberfläche gedrückt wurde. Daraus resultierte die abrupte Abkühlung.
Bei starkem Wind auf einem See (Westwindlage, Bise, Föhn, etc.) kann mit Hilfe der Windstärke- und Windrichtungsvorhersage also abgeschätzt werden, wo und wann das Upwelling-Phänomen und damit die Abkühlung des Wassers eintreten könnte.
Das gleiche Phänomen wie am Genfersee konnte man von Sonntag auf Montag am Bodensee beobachten. Am Südrand eines Sturmtiefs wehte am Sonntag, 6. August ganztags kräftiger West- bis Südwestwind. Dieser "drückte" das Oberflächenwasser vom Untersee ostwärts. Am Abend und in der Nacht strömte dann kühleres Wasser aus den tieferen Schichten nach und die Temperatur sank in kurzer Zeit von knapp 20 Grad vorübergehend unter 15 Grad. Dieser Vorgang ist in folgender Grafik anhand der Messdaten von Salen-Reutenen (Wind am Bodensee) und der Wassertemperatur des Rheins bei Neuhausen gut nachzuvollziehen.