Gewitter

Zu jedem Zeitpunkt gibt es nahezu 2000 aktive Gewitter auf der Erde. Die meisten davon sind Wohltäter, die Regen auf die Felder und in die Wasserspeicher bringen. Nur ein kleiner Anteil (weniger als 1 Prozent) von diesen Gewittern erreichen die Klasse von schweren Gewittern. Ein schweres Gewitter ist definiert als ein Gewitter, das Hagel von mindestens 2cm Durchmesser oder starke Abwinde von mindestens 80 km/h produziert. Ein noch kleinerer Anteil von diesen schweren Gewittern lassen Tornados entstehen.


Gewitter-Entstehung

Die Entstehung von Gewitterwolken ist bis zum heutigen Tag, teilweise immer noch ein Rätsel. Gewitter scheinen eine wichtige Funktion im weltweiten Maßstab zu haben. Die genaue Entstehung des örtlichen Spannungsaufbaus, welcher im Extremfall zu großen Entladungen bis zu 500000 Ampere führen kann, ist bis heute nicht geklärt. Die Spannungen, die zwischen Wolke und Erde entstehen, können 20-40 Millionen Volt und in Ausnahmefällen auch Milliarden Volt erreichen. Der Blitz baut sich folgendermaßen auf: Er beginnt der Vorentladung, die sich sprungweise auf einer keineswegs geraden Spur aus der Wolke Richtung Boden weiter. Die Sprünge umfassen dabei ca. 50 m. Hierbei wird negative Ladung aus der Wolke zur Erde transportiert. Erreicht der Blitzkanal die Nähe der Erdoberfläche, dann entwickelt sich auf der Erdoberfläche ein entgegengesetzt geladener Bereich. Diese nennt man Influenz. Ist der Gegensatz groß genug, wächst dem Blitz durch Influenz vom Boden ein Funke entgegen und schließt dadurch den Kanal von der Wolken bis zum Boden. Die einzelnen Entladungen bestehen aus kräftigen Stromstößen, die jedes Mal nur 40 Millionstel Sekunden dauern. Da mehrere Entladungen hintereinander folgen, kann für den Zuschauer die Dauer eines Blitzes sogar im Bereich der Sekunden liegen. Die Gesamtenergie eines Blitzes beträgt aber nur ca. 40000 kw/h. Blitzeinschläge werden mittlerweile weltweit überwacht und werden bis auf wenige Meter geortet. Dabei misst man einfach die Laufzeiten der von einem Blitzeinschlag ausgehenden Impulse und kann aus dieser Zeitdifferenz den Ort des Blitzeinschlags bestimmen. Durch diese Messungen, ist man seit mehreren Jahren in der Lage, die Häufigkeit von Blitzen und Gewittern genauer zu bestimmen, als dies durch Beobachtungen an Wetterstationen möglich ist. Gewitterwolken entstehen in labiler Luftschichtung, was nichts anderes besagt, als das einzelne Luftpakete die Gelegenheit haben, in große Höhen aufzusteigen und Wolken bilden können. Hierbei werden verschiedene Gewitterarten unterschieden. Wärmegewitter entstehen durch die starke Erwärmung der bodennahen Luftschicht auf Grund starker Sonneneinstrahlung. Wärmgewitter treten in Deutschland von Ende April bis in den September hinein auf. Im Winter reicht die Kraft der Sonneneinstrahlung nicht mehr aus, um die Luft entsprechend zu erwärmen. Durch die moderne Blitzmesstechnik ist man heutzutage in der Lage die Häufigkeit von Blitzen oder Gewittern besser zu beschreiben. Insgesamt gibt es in Deutschland ca. 20-25 Gewittertage im Jahr. Die Zahlen schwanken nur gering. Die Gewitterverteilung in Deutschland im Jahresablauf ist überall ähnlich. Zwischen Mai und August gibt es jeden Monat im Schnitt 4 Gewitter. In den Wintermonaten gibt es nur alle 2-3 Jahre ein Gewitter. Die Wahrscheinlichkeit der Gewitteraktivität im Tagesablauf ist zwischen 15 und 16 Uhr am größten, mit dem Maximum der Temperatur. Ebenso sinkt die Gewitteraktivität zwischen 5 und 8 Uhr auf ein Minimum. Zu dieser Zeit werden auch die tiefsten Temperaturen erreicht. Die Gewitteraktivität ist allerdings am Abend immer noch sehr hoch und nimmt erst ab 21-22 Uhr mit dem späteren Abend deutlich ab.

Gewitterentstehung

Gewitterarten

Frontgewitter

Frontgewitter entstehen an Kaltluftfronten, die so genannten Grenzen zu heranrückender Kaltluft. Mit ihnen legen sie dann meistens eine sehr weite Strecke zurück. Man bezeichnet sie als Ganzjahresgewitter da sie zu jeder Jahreszeit eintreten können. Bei einem Frontgewitter kommen aufsteigende Luftbewegungen zustande. Hierfür sind die Hebungsvorgänge verantwortlich, die sich bei den Luftmassenwechseln ergeben. Im Prinzip schieben sich bei Frontgewitter die kalten Luftmassen unter die wärmenden bodennahen Luftschichten, die daraufhin zum Aufsteigen gezwungen sind. Manchmal gibt es auch den anderen Fall, ein Wärmegewitter, wenn eine Warmfront sich nähert. Jedoch entwickeln sich die weit in den Himmel ragenden Gewittertürme nicht so schnell, als bei Kaltluftfronten.
Frontgewitter weisen auf das Eindringen anderer Luftmassen hin und leiten die gewöhnliche Wetterumstellung ein.
Es kann ganz schnell passieren, dass im Sommer in mittleren Berglagen sich die Temperaturen schlagartig von Sonnenschein in Schnee und Kälte umwandeln können.

Front Gewitter

Luftmassengewitter

Luftmassengewitter entwickeln sich in einer einheitlichen feuchtwarmen Luftmasse, wobei die Temperatur in der Höhe ausreichend stark abnehmen und in der Bodennähe ein Heizmechanismus aufgrund von Sonnenstrahlung stattfinden muss. Das Luftmassengewitter wird in folgende Gewitterarten eingeteilt.

  1. Wärmegewitter (Sommergewitter)
    Sie kommen ausschließlich im Sommerhalbjahr zustande. Die Luft wird hauptsächlich in Bodennähe von starken Sonnenstrahlen erwärmt, was zum Verdunsten einer großen Wassermenge führt. Da die Sonne diese zuvor eingeflossene Kaltluftmasse vom Untergrund her am Tage schon stark aufheizen kann, sorgt sie für eine Labilisierung der Luftschichten. Die warme aufsteigende Luft kühlt in der höheren Umgebung ab, wobei sie schließlich kondensiert. In der feuchtlabilen Atmosphäre werden schließlich termische Gewitter ausgelöst. Diese treten meist nachmittags oder abends auf.
  2. Wintergewitter
    Wintergewitter treten oft im Winterhalbjahr auf und haben eine ähnliche Entstehungsgeschichte wie Wärmegewitter. Im Gegensatz zu den Wärmegewittern fehlt im Winter meist eine hinreichend starke Sonneneinstrahlung, weswegen ein hoher Temperaturgradient nur durch starke Abkühlung in den oberen Schichten zustande kommen kann. Dies wird mit Zufuhr von Höhenkaltluft in die Wege geleitet, die oft einen polaren Ursprung hat. über dem See wird die vertikale Strömung der Luftmassen thermisch durch den starken Temperaturgradienten innerhalb der ziemlich warmen Meeresoberfläche und den darüber geschichteten ziemlich kalten Luft ausgelöst. Winterwitter kommen am häufigsten am mittag bis nachmittag vor. Dabei ist die in den unteren Schichten befindliche erwärmte Luft ausreichend labil um die Konvektion auszulösen. Am extremsten sind die Wettererscheinungen in den Küstengebieten. Wintergewitter zeichnen sich durch heftige Grupelschauer- und Schneeschauern aus. Diese Gewitter sind im Gegensatz zu Wärmegewittern weniger extrem, da die kältere Luft weniger Wasserdampf enthält und so weniger Energie aufweist.
Luftmassengewitter treten in einer einheitlichen Luftmasse auf, d. h. die Temperatur verändert sich in horizontaler Richtung kaum. Die Temperatur muss aber mit der Höhe hinreichend stark abnehmen und es muss ein bodennaher Heizmechanismus vorliegen (thermische Auslösung).
Waermegewitter

Orographische Gewitter

Orographische Gewitter entstehen, wenn eine Luftmasse anstatt auf eine andere zu treffen auf ein Hindernis wie zum Beispiel einen Berg trifft und aufgeleitet wird. überströmen feuchtwarme Luftmassen ein Gebirgshindernis werden sie gehoben und labilisiert. Die Luft kühlt sich deswegen ab und kondensiert unter Umständen aus. Bei geeigneten Bedingungen bildet sich eine Gewitterwolke.
Diese Art von Gewitter, orographische Gewitter können riesige Regenmengen in Staulaugen bilden, denn es ist möglich, dass sie sich in manchen Fällen immer wieder an der gleichen Stelle bilden. So ist es keine große überraschung, dass im bayrischen Alpenland die Gewitterhäufigkeit sehr hoch ist.
Der Grund hierfür sind die Kaltluftvorstöße welche aus der nördlichen Richtung und dem parallelen Aufstieg erdbodennaher Warmluftmassen am Alpennordrand.

Orographische Gewitter

Gewitter Begleiterscheinungen

Böenwalze (Böenkragen)

Bei der Böenwalze handelt es sich um eine walzenförmige Wolke mit horizontal verlaufender Achse. Laut Wolkenklassifikation entspricht sie der Sonderform arcus. Die in vielen Veröffentlichungen und in Internetforen gebräuchliche englische Bezeichnung für die Böenwalze lautet shelf cloud.
Böenwalzen können am - in Zugrichtung - vorderen unteren Rand einer ausgeprägten Cumulonimbuswolke auftreten, sind dort aber nicht immer anzutreffen, sondern meist dann, wenn sich die Gewitter im Zusammenhang mit einer Gewitterfront verlagern. Die Böenwalzen sind meist recht dunkle Wolken, teils bogenförmig und wirken bedrohend. An den Rändern können sie ausgefranst sein.
Außer dem Begriff shelf cloud existiert in der amerikanischen Fachliteratur noch der Begriff roll cloud . Dabei handelt es sich um die Böenwalze einer Squall line. Diese tiefe walzenförmige, langsam um ihre horizontale Achse rotierende seltene Wolke ist größer als die Böenwalze eines einzelnen Cumulonimbus und ist vollständig von der Basis des Cumulonimbus getrennt.
Die Entstehung der Böenwalze ist das Ergebnis komplexer dreidimensionaler Strömungsvorgänge innerhalb der Gewitterwolke. In ausgeprägten Gewitterzellen oder Verbänden von Gewitterzellen erfolgt in den unteren Schichten nämlich ein Einströmen von vorne, in der Höhe dagegen von der Rückseite. Durch das untere Einströmen wird die Aufwindströmung innerhalb des Systems, der sog. Updraft in Gang gehalten. In ihm erfolgt Kondensation und Niederschlagsbildung. Dieser Updraft ist in der Höhe - bezogen auf die Zugrichtung des Gewitters - nach rückwärts geneigt. Der ausfallende Niederschlag fällt dadurch in die in der Höhe von hinten in die Zelle einströmende Luft und kühlt sie ab. Dadurch fällt sie gewissermaßen beschleunigt nach unten und erzeugt den Abwindschlauch, den sog Downdraft. Es entsteht dabei am vorderen unteren Rand der Gewitterwolke ein Bereich, in dem die beiden Ströme aufeinandertreffen. Dabei wird ein Teil des Aufwindstroms gewissermaßen nach unten gebogen und schließlich entsteht eine Rotation um eine horizontale Achse. Da der Wasserdampf des Aufwindstroms dabei kondensiert entsteht die walzenförmige Wolke. Böenwalzen stellen aufgrund der Windscherungen (Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen) sowie der Turbulenzen eine Gefahr für die Luftfahrt dar.

Böenwalze

Downburst

Nach Fujita (1981) stellt ein Downburst einen sich am Erdboden ausbreitenden, kleinskaligen Abwindstrom eines Gewitters (Downdraft) dar, der einen starken horizontalen, divergenten Kaltluftausfluss in einem Bodenareal von 1 bis 15 km in einem Zeitraum von 5 bis 60 Minuten erzeugt.
Diese räumlich und zeitlich kleinskaligen, heftigen vertikalen Kaltluftausflüsse aus einem Gewitter werden bei einem Durchmesser von mehr als 4 km als Macroburst und bei geringeren Ausmaßen als Microburst bezeichnet.
Bei einer Wetterlage mit Superzellen-Entstehung können neben den Gewittern auch Downbursts und Tornados auftreten.

Downburst

Kulisseneffekt

Der "Kulisseneffekt" bei Gewittern sorgt beim Beobachter für ein scheinbar permanentes Vorbeiziehen von Gewittern. Ein Beobachter an einem bestimmten Standort bekommt dabei den Eindruck, dass die Gewitterzellen überall hinziehen, nur nicht zum eigenen Standort.
Der "Kulisseneffekt" entsteht, wenn rings um einen Beobachtungsort herum mächtige Schauer- und Gewitterwolken zu sehen sind. Diese bis 12 km hohen Wolken lassen sich bis zu einer Entfernung von 50 km und mehr beobachten. Die Wahrscheinlichkeit, an einem Gewittertag um sich herum Gewitterwolken zu sehen, ist damit sehr hoch. Die horizontale Ausdehnung von Gewitterzellen ist jedoch oft nur sehr klein, was an solchen Tagen gut im Regenradar zu erkennen ist. Daher ist auch die Wahrscheinlichkeit, von dem Gewitter getroffen zu werden, nur relativ klein. Es entsteht der Eindruck, die Gewitter würden (meistens oder fast immer) vorbeiziehen, wenn man wieder mal nicht getroffen wurde.
In einigen Regionen kann der "Kulisseneffekt" in bestimmten Wettersituationen aber nicht als Erklärung für vorbeiziehende Gewitter herhalten. Damit sind Standorte im Lee eines Gebirges gemeint. Schon kleinere Gebirgszüge können dabei als sogenannte "Wetterscheide" fungieren. Bei entsprechender Anströmung teilen sich die Gewitter gerne an dem Gebirge und ziehen anschließend an dem Beobachtungsstandort vorbei. Das kann man sich wie bei einem Fluss vorstellen, wo ein aus dem Wasser ragender Stein die Wassermassen umlenkt. Hinter dem Stein ist die Strömung nur schwach, während abseits davon das Wasser mitgerissen wird. Gibt es bei einem Gewitter jedoch eine andere Anströmung an das Gebirge, sodass der Standort nicht im Lee des Gebirges liegt, kann der Standort trotzdem von einem Gewitter getroffen werden.

Gewitternase

Eine Gewitternase beschreibt eine zackige und zeitlich kurzfristig begrenzte Wölbung im Barogramm, welche beim Durchzug einer Böenlinie oder kräftigen Gewittern entstehen kann.
Wenn ein starkes Gewitter an einem Standort durchzieht, wird die vorhandene warme und damit auch leichtere Luft plötzlich durch deutlich kältere Luft ersetzt. Als Folge davon steigt dann der Luftdruck plötzlich und schnell an. Nach Abzug des Gewitters erwärmt sich die Luft oftmals wieder und der Druckanstieg geht dabei wieder zurück.

Gewitterzellen

Einzelzellengewitter

Einzelzellengewitter sind die kleinsten vorkommenden Gewitter. Die Lebensdauer entspricht etwa 20-60min.
Wärmegewitter sind häufig Einzelzellen.

Bei den Einzelzellengewittern steht eine einzelne Gewitterzelle im Mittelpunkt. Sie entstehen wenn der Wind mit der Höhe nur geringfügig zunimmt. Einzelzellengewitter haben meist nur schwache Gewitter zur Folge.

Das Einzelzellengewitter durchläuft diese Stadien:

  • Wachstumsstadium:
    In diesem Zustand wird ein Auwind durch die Freisetzung der Labilitätsenergie erzeugt, wobei als erstes ein Cumulus congestus entsteht. Falls die Wolke in den oberen Abschnitten verreist entsteht die eigentliche Gewitterwolke (Cumulonimbus). Aus der Wolke fällt kein Niederschlag, weil noch keine Abwinde vorhanden sind, wobei aber in seltenen Fällen schwache Tornados auftreten können.
  • Reifestadium:
    in diesem Zustand finden sich sowohl Aufwinde als auch Abwinde vor. Aufgrund fallenden Niederschlags entsteht Abwind der die Kalte Luft aus oberen Schichten nach unten leitet. Durch die schwache Windscherung kann sich der Auf- und Abwind nicht voneinander lösen und der Niederschlag fällt auch in den Aufwind zurück, womit er diesen abschwächt. Es setzen Niederschläge wie Regen, Graupel oder leichten Hagel am Boden ein. Zu Beginn können auch leichte Tornados auftreten. Oft ist der Niederschlag am Anfang der Reifephase am intensivsten. Während dieser Phase treten die meisten Blitze auf.
  • Zerfalls- oder Auflösungsstadium:
    In diesem Zustand findet nur noch ein Abwind statt, wobei die Zelle sich ausregnet. Die Cululonimbuswolke löst sich auf, jedoch kann der verreiste Wolkenschirm noch über eine lange Zeit weiter bestehen.
Impulsgewitter:
Das Impulsgewitter stellt eine Sonderform des Einzelzellengewitters dar und tritt auf wenn verhältnismäßig viel Labilitätsenergie vorhanden ist, aber jedoch eine sehr geringe Windscherung dominiert. Das Impulsgewitter hat die Eigenschaft, dass es kräftiger als eine normale Einzelzelle. Dabei kann es schwache Tornados, Hagel und Downbursts (starke Fallböen, die am Boden Orkanwinde verursachen können) auslösen. Abgesonderte Einzelzellen sind selten, da mehrere Gewitterzellen meist nebeneinander auftreten.

Multizellengewitter

Multizellengewitter sind mehrere einzeln miteinander verbundene Gewitterzellen. Die einzelnen Zellen sind dabei verschieden ausgeprägt. Diese Gewitterzellen interagieren miteinander, d.h. der Abwind einer Gewitterzelle fördert die Bildung einer neuen Zelle.

Multizellenlinie:
Man spricht von einer Multizellenlinie (Squallines) wenn sich mehrere Gewitter in einer Linie anordnen. Diese Multizellenlinien können lange existieren, weil die Abwinde der Zellen entlang dieser Linie immer wieder neue Zellen in Zugrichtung bilden. Dies geschieht prinzipiell dadurch, dass sich die kalte Luft vom Abwind unter die warme Luft drängt und diese wieder hochhebt.

Derechos:
Derechos sind eine Sonderform einer Multizellenlinie, wobei diese sehr rasch zieht und sehr starke Winde mit sich bringt. Laut Definition ist eine Multizelle ein Derecho, wenn sie über eine Mindestlänge von 450 km verfügt und immer wieder erneut starke Sturmböen von mindestens 93km/h bildet.

Multizellencluster:
Wenn sich Gewitter in einer Gruppe anordnen spricht man von einem Cluster. Solche Anordnungen lassen sich auf dem Radarbild dadurch erkennen, dass sie über eine sehr große Fläche verfügen und der ganze Cluster auf Radar- oder Satellitenbildern eine fast runde Form aufweist. Ein derartiges Cluster wird gewöhnlich MCS (mesoskaliges konvektives System) genannt. falls das System über eine Mindestgröße von 100.000qkm verfügt und eine Dauer von mindestens 6 Stunden aufweist, spricht man von einem MCC (mesoskaliger konvektiver Cluster).

Superzellengewitter

Superzelle

Das Superzellengewitter ist eine besondere Form des Gewitters, welches durch seinen kreisenden Aufwind (Mesozyklone) gekennzeichnet ist. Ein Gewitter wird als Superzellengewitter definiert, wenn mindestens ein Drittel des Aufwindes rotiert, wobei diese Rotation solange wie die Konvektion anhalten muss (ca. 10 bis 20 Minuten). Außerdem muss der Auf- und Abwindbereich voneinander getrennt sein, damit der Aufwindbereich nicht vom Niederschlag zerregnet wird. Damit eine Rotation stattfindet muss die Windscherung vertikal sein, das bedeutet dass sich die Windrichtung und Stärke mit steigender Höhe ändern muss. Superzellengewitter sind die verheerendsten Gewitter, wobei ca. 20-30% aller Superzellen Tornados sowie starken Hagel produzieren. Superzellengewitter sind die langlebigsten aller Gewitterformen.

Einteilung des Superzellengewitters anhand der Niederschlagsintensität.

  • LP-Superzelle (low precipitation supercell):
    Die LP Superzelle weist ein kleines Niederschlagsfeld auf und beschränkt sich auf den Zellkern. Hier kann großer Hagel auftreten, wogegen Tornados nur selten vorkommen.
  • Klassische Superzelle (classic supercell):
    Die Klassische Superzelle ist die häufigste Typ der Superzellen. Das Niederschlagsgebiet ist größer, und es fallen mehr Niederschläge, wobei auch Tornados häufiger auftreten. Sie produzieren ein Hakenecho auf dem Radarschirm.
  • HP-Superzelle (high precipitation supercell):
    Die HP-Superzelle ist eine sehr niederschlagsstarke Zelle, welche eine große Gefahr durch eventuelle Tornados darstellt, da diese durch den starken Niederschlag verdeckt werden. Diese Gewitter sind für die meisten Todesfälle in den USAverantwortlich. Das Niederschlagsareal ist sehr groß, was in einem ziemlich großen Feld zu Starkregen und Hagel führt. Die stärksten Niederschläge im Zellkern haben oft eine nierenförmige Struktur.
Die Superzellengewitter kamen bis auf wenige Ausnahmen nur in den USA vor. Inzwischen wurde jedoch bewiesen, dass sie bei geeigneten Bedingungen in vielen Regionen der Erde auftreten können. Es ist erwiesen, dass fast alle der gefährlichsten Tornadoas aus den Superzellen hervorgehen.