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11. September 2016
Schöne Gewittertürme über der bayerisch-tschechischen Grenze


Gewitterkunde


Gewitter ist nicht gleich Gewitter, das haben Sie bestimmt schon bemerkt. Es gibt große und kleine, starke und schwache, lange und kurze Gewitter. In der Meteorologie werden Gewitterarten anhand ihrer typischen Merkmale klassifiziert.

Auf dieser Seite möchte ich Ihnen nun einen etwas erweiterten Einblick in die Theorie geben und dabei vor allem auf ihre Entstehungsursachen eingehen und Prozesse in diesen Wettersystemen veranschaulichen. Sollten im Artikel Ihnen unbekannte Fachbegriffe verwendet werden, empfehle ich Ihnen, parallel im Chaser-Lexikon zu blättern.


Einfache Gewitterarten:

Einzelzellengewitter

Die Einzelzelle ist in ihrer Organisation die primitivste Form aller Gewittersysteme. Sie entsteht oft, wenn eine mit Energie geladene Luftmasse mit nur sehr wenig Verlagerung über einer Region festhängt.
Reine Einzelzellen entstehen bevorzugt bei windschwachen und scherungsarmen Wetterlagen, die zumeist gleichzeitig hohes CAPE-Potential besitzen. Dabei wird durch die fehlende Dynamik keine flächtige Auslöse von Gewittern stattfinden, sondern nur über sogenannten Hotspots, welche unter anderem oft durch Berge und Mittelgebirge gegeben sind. Die feucht-warme Luft steigt dabei am Berghang hinauf und tropft am Gipfel als eine Warmluftblase ab, die in den Himmel steigt. Dort kondensiert der Wasserdampf und es entsteht zunächst eine einzelne Wolke. Durch die frei werdende Kondensationswärme wird der Prozess weiter beschleunigt, so lange bis sich eine einzelne reife Gewitterzelle gebildet hat.

Eine Einzelzelle kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden:



Durch die extravaganten Entstehungsbedingungen von Einzelzellen sind diese Kumpanen in ihrer Reinform eher selten anzutreffen. Ihre Begleiterscheinungen sind meistens Starkregen und Windböen, Unwetterpotential können stationäre Einzelzellen vor allem dann beinhalten, wenn sie längere Zeit über dem selben Ort verweilen und dort einen Wolkenbruch niedergehen lassen. Der Niederschlag ist jedoch auch das Todesurteil dieser Gewitterart: Bei scherungsarmen Lagen werden Auf- und Abwindbereich nicht voneinander getrennt und so fällt der Regen in den Aufwind hinein, worauf dieser abgeschwächt wird und das Gewitter nach kurzer Zeit zerfällt. Einzelzellen haben daher eine typische Lebensdauer von etwa einer halben Stunde bis Stunde.

Als Praxisbeispiel eine Einzelzelle vom 9. Juni 2014:



Das Radar, welches die Verteilung des Niederschlags in der Wolke visulalisiert, zeigt bei Lehrbuch-Einzelzellen ein charakteristisches, kleinräumiges Echo:



Multizellengewitter

Das Lebensstadium einer Multizelle beginnt im Wesentlichen auch immer als Einzelzelle, jedoch haben die abgeänderten Randbedingungen einen großen Einfluss auf die weitere Entwicklung. So können oft mehrere Gewitter zu einem größeren System verschmelzen und es ergeben sich mehrere Gewitterherde. Die Entstehungsbedingungen für Multizellen sind dann günstig, wenn die Deckelung durch Inversionen in den unteren Schichten nahezu nicht vorhanden sind (wenig CIN). In diesem Fall findet eine rasche Verclusterung der anfänglichen Einzelzellen zu größeren Komplexen statt.

Im Modell lässt sich eine Multizelle als eine Gewittergruppe darstellen:



Niederschlags-Echos einer klassischen Multizelle:



Ein sehr schönes Beispiel für eine Multizelle finden Sie im Jagdarchiv:



Ein weiteres Modell der Multizelle besagt, dass auch eine stationäre Einzelzelle zur Multizelle werden kann, wenn die Windgeschwindigkeiten mit der höhe stetig zunehmen. So werden die alternden Teile der Einzelzelle immer mit dem Höhenwind verfrachtet, ohne dass der Gewitterherd am Boden (in der Grafik links) mitzieht - mit der Zeit entstehen so mehrere eigenständige Gewitterzellen nebeneinander, die man jedoch vom Boden aus nicht mehr voneinander unterscheiden kann, sondern nur im Querschnitt. Dem Betrachter von unten ergibt sich lediglich ein flächenmäßig großes Niederschlagsgebiet im alternden Teil der Multizelle.



Das Radar zeigt die Aneinanderreihung, wobei der Niederschlag in den alternden Zellen großräumiger und gleichmäßiger wird (rechts). Der Gewitterherd befindet sich in der Draufsicht ganz links:



Höher organisierte Gewitterarten:

Mesoscale Convective Systems (MCS)

Mit Sicherheit wurden Sie schon einmal eine halbe Nacht lang von "einem" Gewitter wachgehalten, ohne dabei bemerkt zu haben, dass es eigentlich unzählige Zellen sind, die nacheinander durchrauschen. Die Warmluft, welche aufsteigt und im Gewitter verbraucht wird, muss natürlich auch irgendwo als eine Art Abfall landen. Dieser Deponierungs-Vorgang findet im Abwindbereich eines Gewitters statt. Nun kann der kalte Abwind (in den Grafiken als blaue Pfeile sichtbar) einer Gewitterzelle so ausgerichtet sein, dass er auf eine vor ihm liegende Warmluftmasse trifft. Er schiebt sich unter diese feucht-warme Masse und bildet eine Pseudo-Kaltfront, die das Luftpaket anhebt. Auf diese Weise entsteht zwangsweise eine weitere Gewitterzelle, die nach einer Weile ebenfalls Kaltluft zum Boden transportiert. Dieser Vorgang wiederholt sich oft mehrere Male, sodass nach einem langen Gewitternachmittag am Abend und in der Nacht schließlich ein regelrechter Gewitterbatzen unterwegs sein kann. Dieses komplexe System nennt man mesoskalig-konvektives System, in der Fachwelt auch gerne englisch als MCS abgekürzt.

Ein MCS ist in großem Stil dazu fähig, sich selbst zu reproduzieren, weshalb äußerst lange Lebenszeiten von über 24 Stunden keine Seltenheit sind. Nicht selten schaffen es solche Systeme von Südfrankreich über die Alpen hinweg bis nach Polen oder sogar zum Baltikum!



Ein klassisches MCS besitzt eine warme und eine kalte Seite, wobei auf der warmen Ostseite des Systems junge Gewitter entstehen, während der Gewitterkomplex im Westen mehr und mehr in skaligen Dauerregen mit nur mehr vereinzelten Blitzen übergeht.



Es werden durch die Vielzahl an Zellen oft hohe Blitzraten erreicht, die spekakuläre Nachtaufnahmen ermöglichen:



Squall Lines

Die Squall Line bildet eine Unterart des MCS. Sie enteht vor allem an sommerlichen Kaltfronten, wo die Luft an der Vorderkante der Front angehoben wird. Diese Hebung an der Front ersetzt hier die Abwinde der Gewitter im MCS, welche die Funktion haben, an der Vorderkante neue Zellen auszulösen. Meist bildet sich eine Squall Line auch weit vor der eigentlichen Kaltfront. Dies ist dann der Fall, wenn sich in der labilen Warmluft durch ein Hitzetief eine Konvergenz bildet, die die Funktion der Kaltfront vorwegnimmt. Squall Lines können oft mehrere Hundert Kilometer in der Ausdehnung erreichen und sind oft von schweren Sturmböen und Starkegen sowie Hagel begleitet.



Derecho (sprich: "Diretscho")

Diese spezielle Form der Squall Line wird über die Ausdehnung des Systems und ihre Windgeschwindigkeit definiert. Ist die Squall Linie mindestens 450 km lang und treten während der Aktivität an der gesamten Linie immer wieder Sturmböen von über 93 km/h auf, so spricht man von einem Derecho

Mesoscale Convective Complex (MCC)

Ein MCC ist vom Aufbau her im Prinzip ein MCS, das im Endstadium sehr große Ausdehnungen erreicht. Aufgrund der beständigen, großräumigen Konvektion in organisierten Gewittersystemen wird viel Wasserdampf bis an die Tropopause transportiert, sodass sich ein gigantischer Eisschirm ausbilden kann. Erreicht dieser Eisschirm an der Oberfläche bestimmte Kriterien, so spricht man von einem Mesoscale Convective Complex (MCC). MCCs lassen sich daher nur anhand von Infrarot-Satellitenbildern erkennen.

Die Kritierien für eine solche Klassifikation sind, wobei alle 3 gleichzeitig zutreffen und mindestens 6 Stunden lang erfüllt sein müssen:
  • "Rundheit" von mindestens 0,7 im Verhältnis von kurzer zu langer Seite
  • -32°C oder tiefere Wolkentops-Temperatur auf einer Fläche von mindestens 100.000 km²
  • -52°C oder tiefere Wolkentops-Temperatur auf einer Fläche von mindestens 50.000 km²
  • Da die optimalen Bedingungen für solch große Komplexe sehr selten gegeben sind - solch ein Monstrum braucht enorm viel Wasserdampf zum Leben - treten MCC in Mitteleuropa nur alle paar Jahre auf. In den USA sind sie jedoch in der Hochsaison durch die weiten Prärien, die große Gewittersysteme begünstigen, keine Seltenheit. Dort kann ein solcher Gewitterkomplex so groß werden wie ganze Bundesstaaten, wie das Satbild vom 10. Juni 2010 zeigt:


    Quelle: NOAA Geostationary Satellite Server


    Mesoscale Convective Vortex (MCV)

    Ein MCV (engl. Vortex = Wirbel) stellt die größmögliche Organisationsform des MCS dar. Ein MCS wird dann zum MCV, wenn es so große Ausdehnungen erreicht, dass die Corioliskraft auf das System einwirken kann. Große, also mesoskalige Gewittersysteme setzen in ihrem Inneren so viel latente Kondensationswärme frei, dass die Luftmassen großräumig angehoben werden, wodurch sich am Boden ein Tiefdruckgebiet ausbildet. Rund um dieses Tief herum beginnt nun Wind einzsetzten, der zum Zentrum weht. Wie bei normalen außertropsischen Tiefs werden die Winde auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt, wodurch sie spiralförmig zum Kern zeigen. Umgekehrt wehen die Winde am Schirm des Systems sprialförmig heraus. Entsteht dabei mit der Zeit ein großräumiger Wirbel.

    Solch ein MCV ist in Mitteleuropa wie ein MCC ebenfalls sehr selten, da 1. der primäre Komplex lange genug aktiv sein muss, um überhaupt von der Corioliskraft erfasst zu werden und 2. sich kein Gebirge im näheren Umfeld befinden darf darf, dass die Wirbelbildung stört. Sind diese Bedingungen jedoch gegeben, kann sich auch in unseren Breiten ein MCV ausbilden, wie zuletzt am 27. Juni 2006 über Tschechien:


    Quelle: Eumetsat


    Auch Hurrikans sind im Übrigen nichts anderes als Mesoscale Convective Vortices. Die Bedingungen für solche Wirbel sind in den Tropen natürlich am optimalsten.

    Superzellen

    Die Göttin aller Gewitterzellen stellt jedoch alles in den Schatten: Wenn eine Superzelle über das Land hinweg rast, ist es für die Unwetter-Warndienste an der Zeit, die allerhöchste Warnstufe auszurufen! Superzellen sind in ihrer Grundstruktur Einzelzellen, die sich von diesen jedoch durch ein wesentliches Merkmal unterscheiden: Sie rotieren und verfügen über einen getrennten Bereich von Auf- und Abwind, was ihnen ein extrem langes Leben ermöglicht. Meist nämlich fällt bei der Einzelzelle die verbrauchte kalte Luft in den Aufwindbereich und kühlt so die warme Luft unter der Gewitterzelle ab, die ja als Energiequelle für diese dient. Superzellen jedoch werden durch starke Windscherung so geformt, dass dieses Hindernis übergangen wird:



    Durch ihren Drehsinn sind Superzellen in der Lage, stärkste Tornados hervorzurufen, ihr gewaltiger Aufwindbereich lässt Hagelkörner so lange in der Schwebe, bis sie zu Tennisbällen anwachsen und ihr Abwindbereich kann schwere Downbursts verursachen. Hat man keine Erfahrung beim Stormchasing, sollte man diesen Gewittertyp unbedingt meiden!

    Superzellen zeichnen sich auf dem Radar vor allem durch ihre unverwechselbare Niederschlags-Struktur aus. Wie oben schon erwähnt, wird der Niederschlagsbereich vom Aufwind getrennt, sodass dieser südlich des Regens bzw. Hagels zu finden ist. Da der Aufwind bei einer Superzelle aber stark rotiert, ist er in der Lage, den Niederschlag im Norden anzuzapfen und um sich herumzuwickeln. So entsteht um die Mesozyklone herum ein Kringel, den man aufgrund seiner Hakenform im Sturmjäger-Latein auch als "Hook Echo" bezeichnet. Am Ende des Hooks muss man jederzeit mit einem Tornado rechnen.



    Eine tolle Superzelle (ohne Tornado) verfolgte ich übrigens am 26. Mai 2014 - eine Jagd, die mir dennoch lange in Erinnerung bleiben wird:




    Niederschlag


    Blitze


    Unwetterwarnungen


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