Gewitterkunde

 

 

 

 

 

Grundlagen für die Entstehung für Gewitter:

 

 

 

Damit sich eine Gewitterzelle entwickeln kann, braucht es drei sehr wichtige Dinge:

 

 

 

  • Hebung

  • Labilität
  • Feuchte 

 

Hebung:

 

Der Begriff Hebung bezeichnet den Prozess, während dessen ein feuchtes Luftpaket aufsteigt. Auch wenn die Luft drückend schwül und warm ist, kann es ohne eine Hebung nicht zu der Bildung von Gewitterzellen kommen. Zu einer Hebung kann es kommen, wenn durch die intensive Sonnenein-

strahlung die Luft an Erdbodennähe aufgeheizt wird und dadurch aufsteigt. Währenddessen die Luftpakete aufsteigen, wird viel Feuchtigkeit mitgenommen und es kommt zur Wolkenbildung. Ein weiterer Faktor für eine Hebung kann eine Bergkette oder ein Gebirge sein. Indem die Luft zu einem Gebirge strömt, wird diese Luftmasse regelrecht zum Aufsteigen gezwungen. Auch an Wetterfronten kommt es zum Hebungsprozess, indem sich  die kalte Luftmasse einer Kaltfront unter die vorhandenen warmen schiebt und somit aufsteigt. Dieses Phänomen kann man auch im Sommer beobachten, an sogenannten Konvergenzlinien. Bei Konvergenzlinien prallen zwei warme Luftmassen gegeneinander und steigen auf. Somit kommt es zu einer linienförmigen Bildung teils heftiger Schauer und Gewitter.

 

Labilität:

 

Zu einer Labilität kommt es durch das Heranströmen kalter Luft über einen deutlich wärmeren Boden. Diese kalte Luft wird dadurch vom Boden her erwärmt. Somit werden die Luftschichten nach und nach labil. Dieser Prozess der heranströmenden kalten Luft wird in der Meteorologie als Advektion bezeichnet. Im Grunde genommen nimmt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe sehr stark ab, somit kann warme und feuchte Luft schneller und einfacher aufsteigen, als bei einer stabilen Luftschicht. Bei dieser hingegen wäre das „Luftpaket“ deutlich schwerer als die Umgebungsluft und kann somit nicht aufsteigen. Dadurch können sich keine Wolken bilden.

 

Feuchte:

 

Hiermit ist der Luftfeuchtigkeitgehalt in der Atmosphäre gemeint. Je höher die Temperatur ist, desto mehr Wasserdampf kann von der Luft aufgenommen werden, bis diese schlussendlich vom Wasserdampf gesättigt ist.

 

 

Entstehung einer Gewitterzelle:

 

Bei der Entstehung eines Gewitters steigt zuerst warme Luft in die Höhe. Mit der aufsteigenden Luft wird viel Feuchtigkeit mitgenommen. Diese Kombination beginnt sich mit zunehmender Höhe abzukühlen. Der Prozess der Abkühlung geschieht nicht nur durch die Umgebungsluft, sondern zum größten Teil, weil der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt. Die warme Luft dehnt sich in der Atmosphäre aus, somit kommt es zu einer Energieverteilung. Da sich die Luft abkühlt, kann die Feuchtigkeit nicht mehr gehalten werden- es beginnt die Kondensation. Durch die aufsteigende Luft entwickelt sich unter der Wolke nach und nach ein Unterdruck, der nun  noch mehr warme Luftmassen, also auch mehr Feuchtigkeit anzieht. Es kommt zur Bildung eines Aufwindturmes, der für die Gewitterzelle notwendig ist. Da in der Stratosphäre die Luft wieder wärmer wird, können diese Luftpakete nicht weiter aufsteigen. An der Grenzschicht zur Stratosphäre beginnen die Wolken, sich in alle Richtungen auszubreiten. Es kommt zur Ambossbildung an der Wolkenoberseite.

Im Laufe der Zeit kommt es zusätzlich im Aufwindbereich der Gewitterwolke zur Niederschlagbildung.  Dieser fällt zu Boden und nimmt wieder Luft aus der Atmosphäre mit. Dadurch kommt es zur Entstehung eines Abwindbereiches. Durch die hohe Turbulenz der Luftströmung in dieser Höhe, prallen Regentropfen und Eiskristalle aneinander- es kommt zum elektrische Spannungsaufbau in der Wolkenober und – Unterseite. Diese Spannung wird irgendwann so groß, dass sie sich durch einen Blitz wieder entlädt. Durch die sehr hohen Temperaturen einer Blitzentladung wird die Luft explosionsartig ausgedehnt, was einen gewaltigen Donnerschlag zur Folge hat. Dieser Schall breitet sich mit ungefär 330m pro Sekunde aus.

 

 

Der Lebenszyklus eines Gewitterzelle:

 

Kommt es zur Entstehung einer Gewitterzelle, hat jedes Gewitter einen Lebenszyklus. Dieser lässt sich in 3 Stadien einteilen, welche in den nachfolgenden Graphiken nachzuvollziehen sind.

 

1. Wachstumsstadium:

 

Quellwolken bauen sich auf

 

 

 Gewitterwolke bildet Amboss aus (nur Aufwindbereich vorhanden)

 

 

2. Reifestadium:

 

 

Es kommt zum Niederschlag mit Platzregen, Hagel und Sturmböen (Aufwindbereich und Abwind-

 

bereich vorhanden)

 

 

 

Grau: Regen

 

Grün: Hagel

 

Rosa: Funnelcloud

 

 

3. Zerfallstadium:

 

 

 

Aufwindbereich bricht zusammen, Gewitterzelle regnet sich aus (nur Abwindbereich), neue Gewitterwolken können sich in der Nähe entwickeln.

 

 

Arten von Gewitter

 

 

 

Die Gewitterarten kann man in 2 Hauptgruppen einteilen, die einzelnen Gewitterzellen und mehrzellige Systeme. Jedoch ist eine vollständige Zuordnung nur selten möglich.

 z.B. - Superzellen können in Gewitterlinien eingelagert sein

         - bei der Entwicklung eines mehrzelligen Systems, kann man nur sehr schwer bestimmen, ob es sich um eine MCS oder doch nur um eine Multizelle handelt

 

 

 

 

 

Einzelne Gewitter

 

 

 

Einzelne Gewitterzellen bilden sich allein und sind normalerweise nicht sehr organsiert, da es keine Trennung zwischen Ab- und Aufwindbereich gibt. Dadurch besitzen sie nur eine kurze Lebensdauer. Beim Vorhandensein von vermehrter Energie, kann diese auch unwetterartig ausfallen, da die Gewitterzelle die gesamte Energie nutzen kann.

 

 

Wärmegewitter:

 

 

Ein Wärmegewitter entstehen an sehr warmen Sommertagen. Diese Gewitter sind stark von der Sonneneinstrahlung abhängig. Damit sich so eine Zelle bilden kann, muss zusätzlich viel Feuchtigkeit an der Erdbodenoberfläche vorhanden sein, sowie kühle Luft in der Höhe. Diese Gewitterzellen sind stark lokal begrenzt und treten oft in Kombination mit Starkregen auf, zum Teil jedoch auch mit Sturmböen oder Hagel.

 

Eine sehr seltene Sonderform des Wärmegewitters ist das Impulsgewitter. Dieses tritt dann auf, wenn relativ viel Energie bei geringer Windscherung vorhanden ist. Das Impulsgewitter wird von einer benachbarten Gewitterzelle beeinflusst und erscheint dadurch kräftiger.

 


 

Wärmegewitter am 02.08.2014

 

 

Multizellengewitter:

 

 

 

Mehrzellige Systeme sind Ansammlungen mehrerer Gewitterzellen. Sie entstehen bei einem Luftmassenwechsel, vorwiegend durch Kaltfronten. Bei einer Kaltfront schieben sich kalte Luftmassen unter die warmen. Dabei steigt die warme Luft nach oben und es entstehen Schauer und Gewitter. Vor der Kaltfront kann sich auch einer Konvergenzlinie bilden. Diese entsteht, wenn zwei warme Luftmassen zusammenprallen und zum Aufsteigen gezwungen werden. Bei energiereicher Luft kommt es verbreitet zu heftigen Gewittern mit Hagel, Starkregen und Sturmböen. Diese Multizellengewitter sind abhängig von einen Hebungsprozess, der die Zellen entstehen lässt. Es können sich auch mehrere mehrzellige Systeme verclustern und es kommt zur Bildung einer MCS (Mesokaliges konvektives System). Vergrößert sich diese Linie, wird aus der MCS eine MCC( Mesokaliger konvektiver Komplex). Entwickelt sich bei einer solchen Gewitterlinie ein eigenes Tiefdrucksystem, um welches sich das gesamte Gewittersystem dreht, spicht man

 

von einer MCV (Mesokaliger konvektiver Vortex)

 

 

 

 

 

Mesokaliges konvektives System (MCS):

 

 

 

Eine MCS ist ein Gewittercluster mit vielen mehrzelligen Systemen. Diese Linie besitzt viele Niederschlagskerne und bewegt sich mit eine runden oder ovalen Form fort. An der Vorderseite dieses MCS entwickeln sich immer wieder neue Gewitterzellen, damit wird das System am Leben gehalten. Extrem selten kommt es zu großen Hagelkörnern, wiederum häufig entstehen Starkregen.

 

 

 

 

 

Mesokaliger konvektiver Komplex (MCC):

 

 

 

Dieses System besitzt die gleichen Eigenschaften wie ein MCS, ist dafür aber bedeutend größer. Die Wolkenoberseitentemperatur muss bei einer Ausdehnung von 100.000 Km2  mindestens -32°C betragen. Bei einer Ausdehnung von 50.000 Km2 herrscht eine Wolkentoptemperatur von ca.-52°C. Diese Kriterien müssen mindestens 6 Stunden erhalten bleiben, damit eine Zelle als MCC bezeichnet werden kann.

 

 

 

 

 

Mesokaliger konvektiver Vortex (MCV):

 

 

 

 Ein MCV tritt bei einem MCS auf. Es handelt sich dabei um eine sehr große Mesozyklone. Im MCS entsteht langsam ein kleines Tiefdruckgebiet, welches das Gewittersystem um dem Tiefdruckkern herum drehen lässt. Es kommt zur Wirbelbildung.

 

 

 

 

 

Squallinepassage

 

 

 

Eine Squalline ist ein organsiertes Gewittersystem, welches eine schmale Kette von starken Gewittern oder Schwergewitter ausbildet. Es kommt zur Entstehung von einer Böenlinie auf der gesamten Front. Da dieses System schnell zieht, handelt es sich bei der größten Gefahr nicht  um Hagel oder Starkregen, sondern extreme Fallwinde bis 200 Km/h oder Tornados, die dort auftreten können.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Superzellen:

 

 

 

Von allen Gewitterarten ist die Superzelle die gefährlichste Gewitterform, die es gibt. Dieses sehr gut organsierte Gewitter tritt meist als Einzelzelle auf, kann aber wiederum auch in Gewitterlinien eingelagert sein. Damit sich eine solche Superzelle überhaupt entwickeln kann, muss eine starke Windscherung in der Atmosphäre vorhanden sein. Diese bedeutet, dass sich Windgeschwindigkeit- und Richtung in der Höhe ändern. Durch den starken Höhenwind gibt es einen gut getrennten Auf- und Abwindbereich. Infolge der Luftbewegung kommt es nicht nur zur Schrägbildung des Aufwindbereiches, sondern auch direkt darunter zu einer horizontalen Bewegung der Luftmassen. Diese Strömung bewegt sich walzenartig unter dem Aufwindturm und richtet sich durch die aufsteigende, warme Luft, die die Zelle mit neuer Energie versorgt, nach und nach auf. Aufgrund dieser Aufrichtung kommt es im Aufwindbereich der Zelle zu einer Rotation. Bleibt diese Rotation etwa eine  halbe Stunde vorhanden, spricht man von einer Mesozyklone. Da in einer Superzelle der Auf- und Abwindbereich getrennt ist und unter dem Aufwindturm kein Niederschlag fällt, kann diese Superzelle für mehrere Stunden aktiv bleiben und eine Strecke von hunderten Kilometern zurücklegen. Aber das gefährlichste an einer Superzelle sind die Begleiterscheinungen. Es können Hagelkörner von über 10cm Durchmesser und extreme Niederschlagsmengen fallen. Aber auch massive Downbursts mit Orkanstärke können entstehen. Durch diese Mesozyklone ist das Risiko eines Tornados ebenfalls stark erhöht.

 

 

 

Arten von Superzellen:

 

 

 

LP-Superzelle:

 

 

Bei dieser Superzellenform (LP= low precipitation) ist ein sehr schwacher Niederschlagskern vorhanden und es können Tornados und Hagelkörner in extremer Größe bis über 10cm Durchmesser auftreten.

 

 

 

 

LP-Superzelle vom 01.08.2017

 

 

Klassische Superzelle

 

 

 

 

 

Bei dieser Form der Superzelle ist der Niederschlagsbereich mit Starkregen und Hagel deutlich sichtbar, auch der Aufwindbereich ist gut erkennen. Hierbei sind hohe Regenmengen und Hagel über 5cm Durchmesser möglich.

 

 

 

(Bild noch nicht vorhanden)

 

 

 

 

 

HP-Superzelle

 

 

 

Bei dieser Form (HP= high precipitation) ist ein starker Niederschlagskern vorhanden. In dieser Zelle treten sehr hohe Regenmengen in kurzer Zeit, große Hagelkörner, sowie Downbursts bis zu 130 Km/h auf. Die Tornadogefahr bei einer HP-Superzelle ist hierbei von allen 3 Kategorien am wahrscheinlichsten.

 

 

HP-Superzelle am 28.06.2017 bei Freiberg

 

 

Erscheinungen bei Superzellen/Fachbegriffe:

 

 

 

 

 

Haken Echo ( Hook Echo):

Entsteht, wenn der Niederschlagsbereich um den rotierenden Aufwind die Form eines Hakens besitzt.

 

 

 

 

 

RFD (Rear Flank Downdraft):

 

Dort geht der Abwindbereich auf der Rückseite der Zelle nieder.

 

 

 

FFD (Forward Flank Downdraft):

 

Der FFD ist der Abwärtsstrom auf der Vorderseite der Superzelle.

 

 

 

Wallcloud:

 

Eine Wallcloud ist eine Wolkenabsenkung unter einer organsierten Gewitterzelle. Eine sehr wichtige Voraussetzung für die Bildung  einer Wallcloud ist ein getrennter Auf- und Abwindbereich.

Der Aufwindbereich zieht aus dem Niederschlagsbereich feuchte und kühlere Luft und fließt in den Kern über. Durch diesen Prozess sinkt an dieser Stelle das Kondensationsniveu und es kommt zu einer tiefen Wolkenentwicklung.

 

 

 

Pseudowarmfront:

 

Bei einer Superzelle wird in diesem Bereich die warme Luft in den Abwindbereich gezogen.

 

 

 

Pseudokaltfront:

 

Kalte Luft strömt bei einer Superzelle in den Bereich der warmen Luft vor.

 

 

 

Inflow Tail:

 

Ist ein sehr dünnes Wolkenband, das zum Zentrum des Aufwindbereiches führt. Dieses entsteht, wenn warme Luft unter den Aufwindturm strömt.

 

 

 

 

 

 

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