Wetter

Kleine Gewitterkunde

von Holger Westermann

Blitz und Donner gehören zum Sommer wie Sonnenschein und Hitze. Dabei gibt es Tage ganz ohne Gewittergefahr, doch anderntags verrät die Schwüle bereits am Vormittag, dass genau hier heute noch damit zu rechnen ist. Eine weitere Version tritt auf, wenn nach einer Hitzewelle Abkühlung angekündigt ist. So unterschiedliche Ursachen, so unterschiedlich heftig können Gewitter toben - als eng begrenztes kurzzeitiges Wärmegewitter, als Gewitterfront oder als Superzelle mit enormem Zerstörungspotential.

Bei einem Gewitter entlädt sich sehr viel Energie. Diese Entladung in Form von vertikaler Luftbewegung, Regen, Böen und Blitzen setzt voraus, dass die entsprechend Energiemenge bereits in der Atmosphäre vorhanden war, bevor sich eine Gewitterwolke bildete. Denn Energie kann nicht entstehen, sie kann nur von einer Form in die andere umgewandelt werden. Diese Energiequelle ist Wärme in der Atmosphäre, die ihre Dynamik zwischen unterschiedlich temperierten Luftmassen entfaltet. Zwei Richtungen sind dabei möglich: horizontal, wenn Warm- oder Kaltfronten (fast immer Tiefdruckgebiete) heranziehen oder vertikal, wenn am Boden erwärmte Luft in kältere Atmosphäreschichten aufsteigt.

Diese Aufwärtsbewegung von Warmluftblasen ist typisch für sommerliche Hitzegewitter. Die intensive Sonnenstrahlung erwärmt den Boden und damit indirekt die bodennahe Luft. Unterstützt wird der Effekt durch Verdunstung von Wasser aus dem Boden, das ebenfalls zur Wärmespeicherung beiträgt. Je wärmer die Luft wird, um so mehr Wasserdampf kann sie aufnehmen. In höher gelegenen Luftschichten werden lediglich Staubteilchen erwärmt, die aber nur wenig Energie wieder an die Umgebung abstrahlen. Es bleibt dort kühl und schon wenig Wasserdampf genügt zur Sättigung der Luft. So bildet sich ein steiler Temperaturunterschied zwischen den Warmluftblasen am Boden und der kühlen Luft darüber. Da warme Luft leichter ist als kühle, lösen sich diese Blasen vom Boden steigen in der Atmosphäre auf. In höheren Luftschichten kondensiert alsbald die Luftfeuchte, es bilden sich Wolken. Bei rasch aufsteigender sehr feuchter Luft ist der Effekt hoch dynamisch und verstärkt sich selbst, denn bei der Kondensation (Bildung von Wassertröpfchen in gesättigtem Wasserdampf) wird Wärme frei, die den Aufstieg der Warmluftblase weiter beschleunigt.

Direkt unter einem solchen Aufwindbereich (engl. Updraft) entsteht ein lokale rUnterdruck, der durch den Zustrom bodennaher Warmluft ausgeglichen wird. Deshalb weht zunächst ein warmer Wind in Richtung der Gewitterwolke. Quasi neben der hoch aufragenden Gewitterwolke kommt es anschließend im Abwindbereich (engl. Downdraft) zu einer abwärts gerichteten Ausgleichsströmung. Das ist dann spürbar kälterer Wind, wenn die in oberen Atmosphäreschichten abgekühlte nun schwerere Luft begleitet von Regen herabfällt. Diese beiden vertikalen Luftbewegungen (Updraft und Downdraft) sind charakteristisch für alle Gewitter.

Die einfachste Gewitterform ist die Einzelzelle. Mit einem einzigen Auf- und Abwindbereich erreicht sie eine horizontale Ausdehnung von etwa zehn Kilometern. Sie entstehen zumeist an schwülheißen Sommertagen durch die labile Luftschichtung (warm und leicht unten, kühler und schwer drüber) und einer infolgedessen aufsteigenden Warmluftblase. Solche Einzelzellen bilden sich meist fernab von jeglichen Frontensystemen von Tiefdruckgebieten innerhalb einer homogenen Luftmasse. Daher bezeichnet man sie auch als „Luftmassengewitter“. Sie verschieben sich nur wenig über der Landschaft. Das sind keine „heraufziehenden Gewitter“, sondern ortsfeste Wolken, die sich über einem eng umgrenzten Gebiet innerhalb weniger Stunden türmen um sich dann mit Blitz, Böen und Regen (nur selten Hagel) entladen. Die typische Wolkenform gleicht einem Amboss, oben und unter weit ausladend, in der Mitte ein wenig tailliert (Cumulonimbus).

Bei einer „Multizelle“ vereinigen sich mehrere Gewitterzellen in verschiedenen Entwicklungsstadien mit mehreren Auf- und Abwindbereichen. Es sind gereifte und junge Gewitterzellen daran beteiligt. Alles beginnt mit einer Gewitterzelle, bestehend aus Up- und Downdraft. Diese Initialzelle wird auch als "Mutterzelle" bezeichnet. Auslöser ist dabei nicht eine lokal labile Luftschichtung, sondern große horizontale Temperaturunterschiede aufgrund einer „vertikalen Windscherung“. Dabei nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe in der Atmosphäre zu und ändert derweil die Richtung. Durch die unterschiedlich starken Winde kann der Downdraft am Boden nicht wie bei der Einzelzelle symmetrisch ausfließen. So fließt die absinkende Kaltluft auf der warmen Seite des Gewitters besonders stark aus, wodurch sich eine Front mit starken Böen formiert. Diesen Effekt erkennen Beobachter am Boden wenn der Wind bereits vor dem aufziehenden Gewitter schlagartig und böig auffrischt und dabei die Temperatur abrupt sinkt. Die durch die Windscherung aus der Bahn geschleuderte kalte und damit schwerere Luft (engl. Outflow) schiebt sich mit Vehemenz unter die Warmluft und hebt sie ruckartig an. Wieder gelangt feuchtwarme Luft in höhere und kühlere Atmosphäreschichten, Wasserdampf kondensiert, die Wolkenbildung beschleunigt sich - eine „Tochterzelle“ der ursprünglichen Gewitter-Mutterzelle ist geboren. Derweil erlahmen die Aufwinde in der Mutterzelle. Unter günstigen Bedingungen können sich entlang so einer der Böenfront mehrfach hintereinander neue Tochterzellen mit immer neuen Starkwind- und Regenfronten bilden.

Solche großen horizontalen Temperaturunterschiede sind typisch für den Durchzug der Kaltfront eines Tiefdruckgebietes (Frontgewitter). Entlang dieser dynamischen Luftmassenkollision können Windscherungen auftreten, die diese Kettenreaktion der Gewitterbildung startet. Multizellen erreichen Durchmesser von ca. 15 bis 30 Kilometern und können mehrere Stunden existieren, wobei die einzelnen Zellen des Gewitterkomplexes nur etwa 10 bis 60 Minuten bestehen. Dieses Szenario ist gemeinhin gemeint, wenn „ein Gewitter aufzieht“. Multizellen sind in Mitteleuropa die am häufigsten vorkommende Gewitterform.

Bedeutend mächtiger und gefährlicher sind die sogenannten „Superzellen“. Vor allem durch böigen Starkwind bis Orkanstärke, Starkregen mit Überflutungen und Hagel bis 10cm Durchmesser können große Schäden entstehen. Auch hierzulande sind diese rotierende und langlebige Gewitterwolken gar nicht so selten und kommen jedes Jahr mehrfach vor. Die in diesem Jahr (2019) bisher wohl spektakulärste Superzelle war das Hagelunwetter am 10. Juni im Raum Ammersee und im Münchner Norden mit Hagelbrocken von 4 bis 8 cm Durchmesser. Am 28. Juli 2013 verursachte 8 cm großer Hagel einer Superzelle rund um Reutlingen mit 2,8 Mrd. Euro den bisher größten Hagelschaden der Geschichte Deutschlands und mehrere Hundert Menschen wurden verletzt. Nur ein paar Tage später, am 8. August, fand man ebenfalls bei Reutlingen mit 14 cm den größten Hagelbrocken Deutschlands. Auch beim Münchner Hagelunwetter vom 12. Juli 1984 handelte es sich um eine Superzelle. Damals fielen bis zu 9,5 cm große und 300 g schwere Hagelgeschosse vom Himmel.

In einer Superzelle strömt die Luft nicht gerade nach oben, sondern durch die starke engräumige Windscherung rotiert der Aufwindschlauch (Updraft) horizontal (auf der Nordhalbkugel stets rechtsdrehend, gegen den Uhrzeigersinn, wie ein Tiefdruckgebiet) und bewegt sich dabei über die Landschaft. Dies ist keine Kaskade von Mutter- und Tochtergewittern, sondern ein riesiger gemeinsamer Updraft mit einem Durchmesser von zwei bis zehn Kilometern - ein die sogenannter „Mesozyklon". Dies ist der Motor der Superzelle. Die aufsteigende Luft erzeugt am Boden einen Unterdruck (kleinräumiges Tief), wodurch beständig Warmluft in die Gewitterwolke gesaugt werden und aufsteigen kann. So wird die Superzelle kontinuierlich energiereiche Warmluft zugeführt, wodurch sich das Gebilde nach aussen stabilisiert und die inneren Aufwinde verstärkt. Auch große Hagelkörner werden immer wieder empor geschleudert und lagern weitere Eiskristalle an, fallen herab, schmelzen dabei aussen, dann werden sie erneut empor gerissen, es bildet sich eine solide Eisschicht an die sich neue Kristalle anlagern. So können sehr große Hagelbrocken entstehen, bevor sie für die Aufwinde zu schwer werden und auf den Boden fallen. Bei der Passage aus der Superzelle heraus kühlt der Hagel die Luft rasch und stark ab, sie wird schwerer und fällt als Kaltluftpaket herab - als schwere Fallböe (Downburst).

Superzellen werden im unteren Teil 20 bis 50 Kilometer im Durchmesser groß, im oberen Bereich (Cirrusschirm) über 100 Kilometer. Sie sind über mehrere Stunden stabil, im Maximum sechs bis zwölf Stunden. Dabei können sie über hunderte von Kilometern ziehen und eine Schneise der Verwüstung hinterlassen, durch Tornados, durch Orkanböen, durch Starkregen, durch Hagelschlag.

Besonders tückisch ist dabei: Gewitter lassen sich schlecht vorhersagen. Wenn die Voraussetzungen stimmen (Feuchtegehalt der Atmosphäre, Änderung von Wind und Temperatur mit der Höhe sowie bodennahe Luftdruck- und Temperaturverteilungen), wissen Meteorologen, dass es Gewitter geben wird. Doch sie können nicht präzise sagen wann und wo. Gern bemühen sie das Beispiel des Wasserkochers. Ist der eingeschaltet und mit Wasser gefüllt (atmosphärische Voraussetzungen) kann man maximaler Sicherheit vorhersagen, dass alsbald Gasblasen aufsteigen werden. Doch niemand kann prognostizieren wo sich die erste Blase bildet. Meteorologen können lediglich Gebiete eingrenzen, in denen mit Gewittern zu rechnen ist und welcher Gewittertyp dort am wahrscheinlichsten ist.

Quellen:

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe): Gewitter ist nicht gleich Gewitter - die Einzelzelle als einfachste Gewitterform. Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 04.07.2019

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe): Gewitter ist nicht gleich Gewitter - die Multizelle, eine Gewitterfamilie. Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 06.07.2019

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe): Gewitter ist nicht gleich Gewitter - die Superzelle, ein rotierendes Monster. Thema des Tages, Newsletter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) vom 14.07.2019

Erstellt am 19. Juli 2019
Zuletzt aktualisiert am 19. Juli 2019

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