Gewitter

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Gewitter
Blitz
Audioaufzeichnung eines Gewitters mit Regen und Donner
Blitz
Gewitterwolke eines kräftigen Hagelgewitters am Bodensee
Gewitter in S√ľdhessen
Blitz am Nachthimmel
Direkt unter Gewitterwolken; einige Minuten vor dem Gewitter

Ein Gewitter ist eine mit luftelektrischen Entladungen (Blitz und Donner) verbundene komplexe meteorologische Erscheinung. Im Durchschnitt treten auf der Erde etwa 1600 Gewitter gleichzeitig auf, die auf √ľber 0,3 Prozent der Erdoberfl√§che stattfinden.[1]

Gewitter werden in der Regel von kräftigen wolkenbruchartigen Regen- oder Hagelschauern begleitet. Vor einer Gewitterfront wehen böige Winde mit bis zu Sturmstärke. Seltenere Begleiterscheinungen sind Tornados und Downbursts. Starke Gewitter können auch als ein Unwetter bezeichnet werden. Sommergewitter treten wesentlich häufiger auf als Wintergewitter, die auch mit kräftigen Schneeschauern verbunden sein können.

Durch aufsteigende feuchtwarme Luftmassen baut sich eine gro√üe Gewitterwolke (auch Cumulonimbus genannt) in der h√∂heren k√§lteren Atmosph√§re auf. Solche aufsteigenden Luftstr√∂mungen bilden sich, wenn in einem begrenzten Gebiet eine h√∂here Temperatur als in der n√§heren Umgebung erreicht wird (z. B. in Folge der Sonneneinstrahlung oder unterschiedlicher W√§rmeabgabe des Untergrundes, wie bei Wasserfl√§chen, Feldern und Waldgebieten oder W√§rmefreisetzung durch Kondensation).

Inhaltsverzeichnis

Entstehung von Gewittern

F√ľr die Entstehung von Gewittern werden 3 Faktoren ben√∂tigt:

  • Labile Schichtung der Atmosph√§re (ausreichende Temperaturabnahme mit der H√∂he)
  • Feuchte in der bodennahen Luftschicht
  • Kondensation, die zur Ausl√∂sung des Gewitters f√ľhrt

Entstehungsbedingungen

Gewitter √ľber dem Meer, Garajau, Madeira
Ein Blitz innerhalb der Wolken
Extreme Lichtverhältnisse vor einem Gewitter
Gewitter √ľber einem See, Wallersee, √Ėsterreich

Gewitter k√∂nnen entstehen, wenn eine hinreichend gro√üe vertikale Temperaturabnahme in der Atmosph√§re vorhanden ist, d. h. wenn die Temperatur mit zunehmender H√∂he so stark abnimmt, dass ein Luftpaket durch Kondensation instabil wird und aufsteigt (bedingt labile Schichtung). Daf√ľr muss die Temperatur pro 100 H√∂henmeter um mehr als 0,65 ¬įC abnehmen. Ein aufsteigendes auskondensiertes Luftpaket k√ľhlt sich beim Aufstieg um ca. 0,65 ¬įC/100 m (feuchtadiabatischer Aufstieg) ab. Durch die freiwerdende Kondensationsw√§rme k√ľhlt es dabei jedoch weniger schnell als die umgebende Luft ab. Dadurch wird es w√§rmer und damit aufgrund der Dichteabnahme leichter als die Umgebungsluft; ein Auftrieb wird erzeugt. Aus diesem Grund ist f√ľr die Entstehung eines Gewitters eine feuchte Luftschicht in Bodenn√§he notwendig, die √ľber die latente W√§rme den Energielieferanten f√ľr die Feuchtekonvektion darstellt und somit die Gewitterbildung √ľberhaupt erst erm√∂glicht. Die latente W√§rme ist die im Wasserdampf verborgene Energie, die bei der Kondensation in Form von W√§rme freigesetzt wird. Der Konvektiv-Index als meteorologische Gr√∂√üe ist ein Indikator f√ľr die Gewitterneigung.

Sind die Grundbedingungen (geeignete Temperaturschichtung und Feuchte in Bodenn√§he) f√ľr ein Gewitter erf√ľllt, muss nicht zwangsl√§ufig eines entstehen. Erst die Hebung der feucht-warmen Luftschicht am Boden l√∂st ein Gewitter aus. Daf√ľr sind Faktoren wie Wind- und Luftdruckverh√§ltnisse, die Topographie, sowie die Luftschichtung relevant. Da einige dieser Faktoren durch Vorhersagemodelle schwierig vorauszuberechnen sind und von Ort zu Ort stark variieren, ist die Vorhersage von Gewittern au√üerordentlich schwierig.

Auch der Klimawandel scheint einen Einfluss auf die Entstehung von Gewittern zu haben. Wie Forscher der Universität Karlsruhe herausfanden[2], hat sich im langjährigen Durchschnitt zwar nicht die Häufigkeit, aber die Heftigkeit der Gewitter erhöht. Ablesbar ist das vor allem an der Zunahme der Hagelunwetter.

Entstehungsprozess einer Gewitterzelle

Durch Hebung k√ľhlt ein feuchtes Luftpaket zun√§chst trockenadiabatisch (1,0 ¬įC/100 m) ab, bis seine Temperatur die Taupunkttemperatur erreicht. Ab dieser Temperatur beginnt der im Luftpaket enthaltene Wasserdampf zu kondensieren und es bildet sich eine Quellwolke, die schlie√ülich bei geeigneten Bedingungen zu einer Gewitterwolke, einem so genannten Cumulonimbus (kurz: Cb), anwachsen kann. Bei dem Kondensationsvorgang wird im Wasserdampf gespeicherte Energie (latente W√§rme) in Form von W√§rme freigesetzt, wodurch die Temperatur steigt. Dadurch sinkt die Dichte des Luftpakets relativ zur Umgebung und es erh√§lt zus√§tzlichen Auftrieb. Liegt eine sog. bedingt labile Schichtung der Atmosph√§re vor, so steigt das Luftpaket bis in eine H√∂he auf, wo die Temperaturdifferenz pro H√∂heneinheit (Temperaturgradient) wieder abnimmt. Dadurch verringert sich der Temperatur- und Dichteunterschied im Vergleich zur Umgebungsluft wieder. Ist die Dichte des Luftpakets schlie√ülich gleich der Dichte der Umgebungsluft, verschwindet die Auftriebskraft und die aufsteigende Luft wird gebremst. Dieses Niveau wird Gleichgewichtsniveau (Equilibrium Level) genannt. Meistens befindet es sich in der N√§he der Tropopause. Diese liegt in Mitteleuropa zwischen 8 km H√∂he im Winter und 12 km H√∂he im Sommer. In den Tropen liegt die Tropopause auf ca. 16 km H√∂he. Deswegen werden die Gewitter in den Tropen wesentlich h√∂her als in unseren Breiten.

Die Bewegungsenergie, die ein Luftpaket bei seinem Aufstieg erh√§lt, wird auch als Labilit√§tsenergie bezeichnet. Je gr√∂√üer die Labilit√§tsenergie, desto h√∂her ist die maximale Aufwindgeschwindigkeit in der Gewitterwolke. Die Intensit√§t von Gewittern h√§ngt eng mit der vorhandenen Labilit√§tsenergie zusammen. Aufgrund ihrer Tr√§gheit k√∂nnen die Luftpakete √§hnlich einem Springbrunnen √ľber das Gleichgewichtsniveau hinausschie√üen (konvektives √úberschie√üen), und zwar umso h√∂her, je gr√∂√üer die Labilit√§tsenergie und damit die Geschwindigkeit des Aufwindes ist. Solche overshooting tops k√∂nnen H√∂hen von √ľber 20 km erreichen.

Niederschlagsbildung

In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde, die unter Umständen verhindern, dass kleinere Regentropfen aus der Wolke nach unten fallen. Die Regentropfen und Eiskörnchen werden dann immer wieder nach oben getragen, wo sie gefrieren und sich neues Eis anlagert. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die Eiskörner so schwer geworden sind, dass sie von den Aufwinden nicht mehr gehalten werden können. Dann fallen entweder sehr dicke, kalte Regentropfen, Graupel oder sogar Hagelkörner aus der Gewitterwolke auf die Erde. Je stärker die Aufwinde in der Gewitterwolke sind, desto größer können die Hagelkörner werden. Bei sehr großtropfigem konvektivem Niederschlag (Platzregen) handelt es sich in der warmen Jahreszeit oder in den Tropen meistens um aufgeschmolzene Hagelkörner.

Blitzbildung

Der Blitz entsteht aufgrund der hohen Vertikalwindgeschwindigkeiten, die nur innerhalb von Gewitterwolken auftreten k√∂nnen. Eine weitere Bedingung f√ľr die Entstehung von Blitzen sind Eiskristalle innerhalb der Gewitterwolke. Eiskristalle transportieren aufgrund ihrer Gr√∂√üe unterschiedliche Ladungen und f√ľhren an den Grenzfl√§chen zwischen Auf- und Abwinden zur weiteren Ladungstrennung. Die Blitzentladung sorgt schlie√ülich f√ľr einen Abbau der aufgebauten elektrischen Spannung.

Arten von Gewitterzellen

Ambossförmige Gewitterzelle

Eine Gewitterzelle ist die kleinste abgeschlossene Einheit, aus der ein Gewitter aufgebaut sein kann. Sie durchläuft immer drei Stadien, ein Wachstumsstadium, ein Reifestadium und ein Zerfallsstadium. Eine Gewitterzelle ist aus einer Cumulonimbuswolke aufgebaut, in der Auf- und Abwinde auftreten. Häufig schließen sich mehrere Gewitterzellen zusammen und bilden größere zusammenhängende Einheiten von Gewittern.

Einzelzellengewitter

Bei der Einzelzelle handelt es sich um eine einzelne Gewitterzelle. Es ist die kleinstm√∂gliche abgeschlossene Form, in der ein Gewitter auftreten kann. Ihre Lebensdauer betr√§gt zwischen 30 Minuten und einer Stunde. Sie entsteht bei schwacher Windscherung, das hei√üt, wenn der Wind mit der H√∂he nur unwesentlich zunimmt. Meistens verursachen Einzelzellen relativ schwache Gewitter.

Lebenszyklus einer Gewitterzelle

Die Einzelzelle durchläuft drei Stadien:

  • Wachstumsstadium: In dieser Phase existiert nur ein Aufwind. Dieser wird durch die Freisetzung von Labilit√§tsenergie erzeugt. Zuerst bildet sich ein Cumulus congestus. Wenn die Wolke in den oberen Teilen vereist, entsteht ein Cumulonimbus, die eigentliche Gewitterwolke. Noch sind keine Abwinde vorhanden und es f√§llt kein Niederschlag aus der Wolke. Es k√∂nnen aber in seltenen F√§llen schwache Tornados auftreten.
  • Reifestadium: In dieser Phase existieren sowohl Aufwinde als auch Abwinde. Der Abwind bildet sich durch fallenden Niederschlag, der kalte Luft aus h√∂heren Schichten nach unten transportiert. Aufgrund schwacher Windscherung k√∂nnen sich Auf- und Abwind nicht voneinander trennen. Der Niederschlag f√§llt auch in den Aufwind zur√ľck und schw√§cht diesen damit ab. Am Boden setzt Niederschlag in Form von Regen, Graupel oder kleinem Hagel ein. Anfangs k√∂nnen noch schwache Tornados auftreten. Meistens ist die Niederschlagsintensit√§t zu Beginn der Reifephase am h√∂chsten. Am Boden treten vereinzelt B√∂en auf. Fast alle Blitze treten w√§hrend dieser Phase auf.
  • Zerfalls- oder Aufl√∂sungsstadium: In dieser Phase existiert nur noch ein Abwind. Die Zelle regnet aus. Die Cumulonimbuswolke l√∂st sich auf. Der vereiste Wolkenschirm (Cirrus oder Cirrostratus cumulonimbogenitus) kann aber noch √ľber l√§ngere Zeit bestehen bleiben.

Impulsgewitter

Eine Sonderform der Einzelzelle ist ein Impulsgewitter, das dann auftritt, wenn viel Labilitätsenergie bei geringer Windscherung vorhanden ist. Ein Impulsgewitter ist kräftiger als eine gewöhnliche Einzelzelle und kann schwache Tornados, kräftige Fallböen (Downbursts) und Hagel verursachen.

Isolierte Einzelzellen sind selten. Meistens treten mehrere Gewitterzellen nebeneinander auf, so genannte Multizellengewitter.

Multizellengewitter

Eine Multizelle besteht aus mehreren einzelnen Gewitterzellen, die relativ nahe beieinander liegen und miteinander interagieren. Die Zellen können sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden. Bei der Multizelle lässt der Abwind einer Gewitterzelle eine neue Zelle entstehen. Obwohl die Lebensdauer einer Zelle innerhalb des Komplexes nicht höher ist als die einer isolierten Einzelzelle, kann das ganze System insgesamt wesentlich länger als eine Stunde existieren. Die Gewitterzellen treten entweder in Gruppen (Multizellen-Clustern) auf oder ordnen sich entlang einer Multizellen-Linie an.

Multizellen-Linie

Die Gewitterzellen k√∂nnen sich linienf√∂rmig anordnen. Diese Gewitterlinien k√∂nnen mehrere 100 km lang werden. Man bezeichnet sie auch als B√∂enlinien (engl. squall lines), da an der Vorderseite von diesen h√§ufig kr√§ftige Sturmwinde auftreten. Diese B√∂enfront sorgt daf√ľr, dass st√§ndig neue Gewitterzellen entstehen, welche die alten ersetzen. Dieses geschieht, indem sich die k√ľhlere und schwerere Luft, die unter den Gewittern entsteht, vor die Gewitterlinie schiebt. Dort wird die feucht-warme und somit energiereiche Luftmasse angehoben, wodurch eine neue Zelle entsteht. Dieser Prozess h√§lt solange an, wie die Luft an der Vorderseite instabil geschichtet und ausreichend feucht ist.

Bei einem Derecho handelt es sich um eine lang gezogene, ungew√∂hnlich rasch ziehende Gewitterlinie, die verbreitet starke Sturmwinde (Downbursts) verursacht. Um der Definition eines Derechos gerecht zu werden, muss sie auf mindestens 450 km L√§nge wirksam sein und dabei immer wieder schwere Sturmb√∂en √ľber 93 km/h hervorbringen.

Multizellen-Cluster

Die Gewitterzellen können sich zu so genannten Clustern gruppieren, die als ganzes gesehen eine längere Lebensdauer aufweisen. Cluster sind runde oder ovale Punktwolken, wobei hier mit Punkt eine Einzelzelle gemeint ist.

  • Mesoskaliges konvektives System (MCS): Ein MCS ist ein Komplex aus mehreren Gewitterzellen, der sich auf einer gr√∂√üeren Skala organisiert als eine einzelne Gewitterzelle. Ein MCS hat eine Lebensdauer von mehreren Stunden. Der MCS kann von oben gesehen eine runde oder ovale Form annehmen. Er kann auch innerhalb von tropischen Zyklonen, Gewitterlinien und MCCs auftreten.
  • Mesoskaliger konvektiver Komplex (MCC): Ein MCC ist ein gro√üer MCS, der normalerweise eine runde oder leicht ovale Form aufweist. Er erreicht seine gr√∂√üte Intensit√§t gew√∂hnlich w√§hrend der Nacht. Ein MCC wird definiert √ľber die Gr√∂√üe, die Lebensdauer und die Exzentrizit√§t (auch Rundheit), basierend auf dem Wolkenschirm, der auf dem Satellitenbild beobachtet werden kann.
    Definition eines MCC
    • Gr√∂√üe: Die Temperatur der Wolkenoberseite muss auf einer Fl√§che von mindestens 100.000 km¬≤ ‚ąí32 ¬įC oder weniger betragen. Die Temperatur der Wolkenoberseite muss auf einer Fl√§che von mindestens 50.000 km¬≤ ‚ąí52 ¬įC oder weniger betragen.
    • Lebensdauer: Das Gr√∂√üenkriterium muss mindestens 6 Stunden erf√ľllt sein.
    • Exzentrizit√§t: Das Verh√§ltnis zwischen k√ľrzester und l√§ngster Achse darf nicht unter 0,7 liegen.
  • Mesoskaliger konvektiver Wirbel (MCV): Diese Form des Multizellengewitters stellt ein alterndes MCC dar. Durch die enormen Mengen an Latenter W√§rme, die w√§hrend des Stadiums des MCC frei werden, beginnt im Bereich des Systems gro√üfl√§chtig Hebung einzusetzen. Dadurch entsteht am Boden ein Unterdruck, weshalb von den Seiten her Luft nachstr√∂mt. Bei einem solch riesigen Gewittersystem beginnt allm√§hlich die Corioliskraft zu wirken, sodass diese Winde nicht direkt in das System einflie√üen, sondern abgelenkt werden. Daher nimmt das Noch-MCC langsam die Gestalt eines gro√üen Wirbels an, der auch auf nicht-hochaufl√∂senden Satellitenbildern schon gut zu erkennen ist. Der Gewittercluster hei√üt ab dann MCV.
Zieht ein solcher MCV √ľber gro√üfl√§chige Gew√§sser, welche w√§rmer sind als 26 ¬įC, so verst√§rkt sich das System u. U. weiter und kann letztendlich zu einem Hurrikan entwickeln.

Superzellengewitter

Schematische Darstellung einer Superzelle mit Tornado
Superzelle
Superzelle

Bei Superzellen handelt es sich eigentlich um Einzelzellen, die aber durch ihren hohen Grad an organisierter Struktur ausgezeichnet sind. Sie k√∂nnen auch in einem Zell-Cluster oder einer B√∂enlinie eingebettet sein. Wesentliches Merkmal ist eine Rotation des Aufwindbereiches, die so genannte Mesozyklone. Dabei √ľberwiegt die zyklonale Rotation, auf der Nordhalbkugel entgegen dem Uhrzeigersinn, auf der S√ľdhalbkugel umgekehrt. Urs√§chlich ist eine vertikale Windscherung, also eine √Ąnderung der Windgeschwindigkeit und -richtung mit der H√∂he. Meistens nimmt dabei der Wind unter Rechtsdrehung mit der H√∂he zu. Die Corioliskraft hat keinen direkten Einfluss hierauf, da Mesozyklonen zu kleinr√§umig sind. Indirekt spielt sie aber insofern eine Rolle, als das gro√ür√§umige Windfeld, in das die Mesozyklone eingebettet ist, durch die Corioliskraft ‚Äď neben Druckgradient, Zentrifugalkraft und Bodenreibung ‚Äď mit bestimmt wird. Die erw√§hnte Rechtsdrehung des Windes mit der H√∂he ist ein solcher Effekt.

Von einer Superzelle spricht man definitionsgem√§√ü, wenn eine hochreichende persistente Rotation des Aufwindbereichs vorliegt. Die rotierenden Bereiche werden Mesozyklone genannt. Hochreichend hei√üt, dass mindestens ein Drittel der Aufwinde rotiert, und persistent, dass die Rotation mindestens so lange andauert wie ein Konvektionszyklus. Das sind gew√∂hnlicherweise etwa 10 bis 20 Minuten. Per Definition muss allerdings mindestens 30 Minuten Rotation vorhanden sein, damit man von einer Superzelle sprechen kann.

Weitere Kennzeichen einer Superzelle sind neben dem Vorhandensein einer Mesozyklone eine räumliche Trennung der Auf- und Abwindbereiche.

Dabei ist der Aufwind durch die vertikale Geschwindigkeitszunahme geneigt, meistens in Richtung des Windes im mittelhohen Niveau (ca. 5 km). Der im Abwindbereich ausfallende Niederschlag st√∂rt somit nicht durch seine Verdunstungsk√ľhlung die Zufuhr feuchtwarmer Luft in den Aufwindbereich.

Es werden anhand der Niederschlagsintensität drei Typen von Superzellen unterschieden:

  • LP-Superzelle (low precipitation supercell) ‚Äď hier ist das Niederschlagsfeld meistens klein und auf den Zellkern beschr√§nkt. Dort kann aber sehr gro√üer Hagel auftreten, w√§hrend Tornados nur selten auftreten. Dieser Typ tritt h√§ufig in den westlichen Great Plains der USA an der Grenze feucht-warmer Luft aus dem Golf von Mexiko zu trocken-hei√üer W√ľstenluft aus dem S√ľdwesten der USA auf. In Mitteleuropa ist er recht selten.
  • Klassische Superzelle (engl. classic supercell) ‚Äď die h√§ufigste und typische Form von Superzellen. Das Niederschlagsfeld ist ausgedehnter als im vorigen Fall und der Zellkern mit den st√§rksten Niederschl√§gen (Starkregen und Hagel) wickelt in der Regel hakenf√∂rmig um die Mesozyklone (Hakenecho oder engl. hook echo). Tornados treten bei diesem Typ wesentlich h√§ufiger auf als bei der LP-Superzelle.
  • HP-Superzelle (high precipitation supercell) ‚Äď die niederschlagsintensivste Form von Superzellen. Das Niederschlagsfeld ist sehr ausgedehnt und es kommt √ľber einem recht gro√üen Gebiet zu Starkregen oder Hagel. Der Zellkern mit den intensivsten Niederschl√§gen weist h√§ufig eine nierenf√∂rmige Struktur auf. Das Niederschlagsgebiet umschlie√üt die Mesozyklone gr√∂√ütenteils und verdeckt damit manchmal die Sicht auf einen allf√§lligen Tornado (bear's cage=B√§renk√§fig). Diese mit Regen umwickelten (rain-wrapped) Tornados sind besonders gef√§hrlich und f√ľr die meisten Todesf√§lle in den USA verantwortlich.

Daneben gibt es noch die Sonderform flacher Superzellen (low-topped supercell, mini supercell) geringerer Höhenerstreckung, aber mit persistenter Mesozyklone. Diese treten in der Regel in Kaltluftmassen auf. Wichtig ist auch, dass eine Superzelle keine elektrische Aktivität (Blitze) zeigen muss, auch wenn die meisten Superzellen nicht nur als Schauer, sondern auch als Gewitter auftreten.

Die Unterschiede einer Superzelle gegen√ľber einer normalen Zelle:

  • Eine Superzelle ist im Allgemeinen bedeutend langlebiger, sie lebt manchmal mehrere Stunden. Ihre r√§umliche Ausdehnung kann betr√§chtlich sein, ist aber nicht notwendig gr√∂√üer als die einer Einzel- oder Multizelle.
  • Die Zugrichtung von Superzellen zeigt meistens ein Ausscheren nach rechts (auf der S√ľdhalbkugel nach links) gegen√ľber dem steuernden Wind im mittleren Niveau der Troposph√§re, der die Zugrichtung normaler Gewitterzellen bestimmt.
  • Es treten deutlich intensivere Wettererscheinungen und Auspr√§gungen der Wolke und auch spezielle Wolkenformen auf. Hierzu z√§hlt vor allem die so genannte Wallcloud, die als Absenkung der regenfreien Wolkenbasis unter dem rotierenden Aufwind in Erscheinung tritt.
  • Die intensiven Begleiterscheinungen machen Superzellen zur gef√§hrlichsten Art von Gewitterzellen. Sie sind oft begleitet von Wolkenbr√ľchen, gro√üem Hagel √ľber 4 cm Durchmesser und schweren Fallb√∂en (Downbursts). Bei ca. 10‚Äď20 % aller Superzellen kommt es zur Bildung mesozyklonaler Tornados.

Lange Zeit galten Superzellen mit wenigen Ausnahmen allein auf die USA beschränkt (nach letzten Erkenntnissen sind es hier mehrere tausend pro Jahr), mittlerweile hat sich aber gezeigt, dass sie bei geeigneten Bedingungen in vielen Gebieten der Erde (auch in den Tropen) auftreten können.

Vermutlich liegt die Anzahl rotierender St√ľrme an der Gesamtzahl der Gewitter um 5 % (Untersuchungen aus den USA sowie Mitteleuropa), der Versuch einer Aufnahme aller j√§hrlichen Superzellen in eine statistische Auswertung ist derzeit jedoch nur aus √Ėsterreich bekannt (von 2003 bis 2005 im Schnitt etwas mehr als 50 rotierende Gewitter j√§hrlich registriert).

Nahezu alle sehr starken oder verheerenden Tornados (F3 und dar√ľber auf der Fujita-Skala) gehen aus Superzellen bzw. den zugeh√∂rigen Mesozyklonen hervor. Schw√§chere Tornados (F0 bis F2) k√∂nnen sowohl mesozyklonalen als auch nicht-mesozyklonalen Ursprungs sein. Je nach Region √ľberwiegt hier aber der letztgenannte Typ.

Superzellen sind in eindeutiger Weise nur anhand der Rotation (TVS, Tornado Vortex Signature) erkennbar, die auch beim Doppler-Velocity-Scan im Wetterradar sichtbar wird.

Klassifikation von Gewittern

Die Bildung von hochreichender konvektiver Bewölkung und Gewittern setzt neben einer bedingt labilen Schichtung zur Auslösung der Feuchtekonvektion einen Hebungsantrieb voraus. Hinsichtlich der Auslösemechanismen können verschiedene Gewittertypen unterschieden werden.

Luftmassengewitter

Luftmassengewitter treten in einer einheitlichen Luftmasse auf, d. h. die Temperatur ver√§ndert sich in horizontaler Richtung kaum. Die Temperatur muss aber mit der H√∂he hinreichend stark abnehmen und es muss ein bodennaher Heizmechanismus vorliegen (thermische Ausl√∂sung). Man kann zwei Haupttypen von Luftmassengewitter unterscheiden: W√§rmegewitter und Wintergewitter.

W√§rmegewitter (auch Sommergewitter oder Konvektionsgewitter genannt) entstehen bei uns praktisch ausschlie√ülich im Sommerhalbjahr. Die starke Sonneneinstrahlung erw√§rmt die Luft vor allem in Bodenn√§he und l√§sst zudem viel Wasser durch Evapotranspiration verdunsten. Dadurch erh√∂ht sich der vertikale Temperaturgradient im Tagesverlauf. Die Temperatur steigt vor allem am Boden stark an, w√§hrend sie in der H√∂he nahezu konstant bleibt. Ab einer bestimmten Temperatur (Ausl√∂setemperatur) beginnen Warmluftblasen in die H√∂he zu steigen, da sie w√§rmer und somit leichter sind als die Luft in ihrer Umgebung. Dabei k√ľhlen sie sich ab und erreichen schlie√ülich das Kondensationsniveau. Ist die Atmosph√§re dar√ľber feuchtlabil geschichtet, so werden auf diese Weise thermische Gewitter ausgel√∂st. W√§rmegewitter treten meistens in den Nachmittags- und Abendstunden auf.

Wintergewitter entstehen im Winterhalbjahr. Ihre Entstehung ist prinzipiell dieselbe wie die der W√§rmegewitter. Allerdings fehlt im Winter oft eine ausreichend starke Sonneneinstrahlung. Deswegen kann ein hoher Temperaturgradient nur durch starke Abk√ľhlung in der H√∂he zustande kommen. Das geschieht durch Zufuhr von H√∂henkaltluft, die meistens polaren Ursprungs ist. √úber See wird die Feuchtekonvektion spontan und tageszeitunabh√§ngig thermisch durch den starken Temperaturgradienten zwischen der relativ warmen Meeresoberfl√§che und der dar√ľber gef√ľhrten relativ kalten Luft ausgel√∂st. Auf Satellitenbildern sind diese Luftmassen an der zellul√§ren konvektiven Bew√∂lkung deutlich zu erkennen. √úber Land hingegen tritt dieser Mechanismus zur√ľck und es ist unter Einfluss der ‚Äď wenn auch schwachen ‚Äď Einstrahlung ein Tagesgang der Konvektion zu beobachten. Wintergewitter treten am h√§ufigsten in den Mittags- und fr√ľhen Nachmittagsstunden auf. Allerdings ist die in den unteren Schichten √ľber dem Meer erw√§rmte Luft oft recht weit ins Binnenland hinein noch gen√ľgend labil, um Konvektion auszul√∂sen. Am heftigsten sind die Wettererscheinungen dabei in den K√ľstenregionen (Lake effect snow). Wintergewitter sind oft mit kr√§ftigen Graupelschauer- und Schneeschauern verbunden. Da k√§ltere Luft jedoch weniger Wasserdampf enth√§lt und somit weniger energiereich ist, sind diese Gewitter meistens weniger intensiv als W√§rmegewitter im Sommer.

Frontgewitter

Frontgewitter entstehen durch dynamische Hebung, die durch die Fronten verursacht wird. Es m√ľssen allerdings bereits vor dem Frontdurchzug die Grundbedingungen f√ľr Gewitter erf√ľllt sein. Die Front ist lediglich der Ausl√∂ser (auch Trigger genannt). Frontengewitter treten vor allem an der Vorderseite von Kaltfronten auf. Nur in seltenen F√§llen k√∂nnen sie auch an Warmfronten auftreten. In diesem Fall wird die Atmosph√§re durch den Einschub feucht-warmer Luftmassen in den unteren Bereichen der Troposph√§re labilisiert und es kommt zu sogenannten Warmlufteinschubgewittern.

Wenn eine Kaltfront aufzieht, schiebt sich die kalte Luft wie ein Keil unter die feuchtwarme Luft, so dass diese in die H√∂he gehoben wird. Auf einer bestimmten H√∂he kondensiert der Wasserdampf und es bilden sich Quellwolken, die schlie√ülich bei geeigneten Bedingungen zu Gewitterwolken anwachsen k√∂nnen. Solche Frontgewitter k√∂nnen das ganze Jahr √ľber auftreten, sind allerdings im Sommer h√§ufiger als im Winter und fallen in der Regel auch heftiger aus.

Präfrontale Konvergenz

Eine Besonderheit, die vor allem in der warmen Jahreszeit auftritt, sind linienhaft angeordnete Gewitter entlang von Konvergenzen, die vielfach einer Kaltfront vorgelagert sind und in diesem Fall als präfrontale Konvergenzen bezeichnet werden. Im Bereich der Konvergenz, wo Windströmungen aus unterschiedlichen Richtungen zusammenfliessen, kommt es noch nicht zu einem Luftmassenwechsel. Die Konvergenz macht sich am Boden bemerkbar durch einen Windsprung, der durch das konvergente Windfeld bedingt ist. Auslöser bzw. Hebungsmechanismus ist hier die zusammenströmende Luft, die entlang der Konvergenz zum Aufsteigen gezwungen wird. Im Winter sind solche Konvergenzen meistens wenig wetteraktiv, während im Sommer die Haupt-Gewittertätigkeit oft an der Konvergenz und nicht an der nachfolgenden Kaltfront zu finden ist. Innerhalb von Kaltluftmassen hinter einer Kaltfront kommt es entlang von Troglinien zu Hebungsvorgängen, die Feuchtekonvektion und auch Gewitter auslösen können. Dieser Mechanismus ist zu allen Jahreszeiten zu beobachten, schwerpunktmäßig dabei im Winter, da dann die Dynamik von Tiefdruckgebieten am ausgeprägtesten ist.

Orographische Gewitter

Orographische Gewitter entstehen durch Hebung an Gebirgen. √úberstr√∂mt eine Luftmasse ein Gebirge, wird sie zwangsl√§ufig gehoben. Dabei k√ľhlt sie sich ab und kann auskondensieren. Es kann sich bei geeigneten Bedingungen eine Gewitterwolke bilden. Orographische Gewitter k√∂nnen in Staulagen enorme Regenmengen verursachen, da sie sich unter Umst√§nden immer wieder an derselben Stelle bilden.

Gewitterwolke √ľber Enschede, Niederlande

Elektrische Phänomene

Die elektrostatische Aufladung der Atmosph√§re in der N√§he von Gewittern kann zu zwei verschiedenen Ph√§nomenen f√ľhren:

Das h√§ufig beobachtete schnellere Verderben von Lebensmitteln bei Gewittern ist nicht auf elektrische Ph√§nomene zur√ľckzuf√ľhren. Vielmehr bieten W√§rme und Feuchtigkeit vor und w√§hrend eines Gewitters Mikroorganismen ideale Bedingungen sich zu vermehren und f√ľhren dadurch zum schnelleren Verderben der Lebensmittel.

Gefahren

In manchen F√§llen bergen starke Gewitter Gefahren, wie z. B. Sturmsch√§den durch Fallb√∂en (Downbursts) oder Tornados, √úberschwemmungen durch starken Regen und Sch√§den durch Hagel. Selten kommt es zu Sch√§den durch Blitze, etwa zu Kurzschl√ľssen, Br√§nden oder gar Verletzungen. Seit der Erfindung des Blitzableiters sind viele Geb√§ude vor Blitzen gesch√ľtzt. Jedoch kommt es immer noch zu Blitzeinschl√§gen in Bauernh√∂fe (vor allem auf dem Land), die dann Gro√übr√§nde zur Folge haben. Der Aufenthalt in W√§ldern w√§hrend eines Gewitters ist mitunter lebensgef√§hrlich. Schl√§gt der Blitz in einen Baum ein, kann dieser durch das in ihm enthaltene Wasser und die schlagartige Hitze des Blitzes explodieren, da das Wasser verdampft und den Baum sprengen kann.

Die Gefahr eines Blitzschlages besteht auch in einiger Entfernung zu der eigentlichen Gewitterzelle noch, mitunter wird von Blitzschl√§gen aus Nieselregen heraus ohne h√∂r- und sichtbare Gewitter berichtet, Wolken-Boden-Blitze legen zum Teil sehr gro√üe Entfernungen von bis zu 20 Kilometern (Quelle DWD Offenbach) zur√ľck. Deshalb sollte man sich bei gemeldeten Gewittern nicht in der N√§he von Metallgegenst√§nden aufhalten, wozu im Gebirge auch die Drahtseilsicherung an Klettersteigen z√§hlt.

Verhaltensregeln beim Aufenthalt im Freien während eines Gewitters

Um die Wahrscheinlichkeit, vom Blitz verletzt zu werden, zu minimieren, gilt es, folgendes zu beachten:

  • Schutz in Geb√§uden oder Fahrzeugen suchen. Fahrzeuge mit geschlossener Metallkarosserie und viele Geb√§ude mit einem Blitzschutzsystem wirken wie ein Faradayscher K√§fig und bieten so Sicherheit.
  • Wenn kein Schutz in Geb√§uden oder Fahrzeugen gefunden werden kann:
    • Um nicht direkt vom Blitz getroffen zu werden:
      • Auf offenem Gel√§nde H√ľgel und H√∂henz√ľge meiden.
      • Aufenthalt in Gew√§ssern und Schwimmbecken vermeiden.
      • F√ľ√üe zusammenstellen, in die Hocke gehen, Arme am K√∂rper halten und den Kopf einziehen.
    • Um nicht von Sekund√§reffekten betroffen zu sein:
      • Die unmittelbare N√§he von B√§umen, Masten und T√ľrmen meiden. Blitze schlagen besonders h√§ufig in hohe Objekte ein, gerade wenn sie frei stehen. Wenn die Grundfl√§che des Objekts klein ist, ist die Potenzialdifferenz des Bodens in seiner unmittelbaren N√§he besonders gro√ü und die m√∂gliche Schrittspannung deshalb besonders hoch. Wenn die Leitf√§higkeit des Objekts eingeschr√§nkt ist, wie zum Beispiel bei B√§umen, besteht die Gefahr umhergeschleuderter abgesprengter Teile und des Austritts des Blitzes in Bodenn√§he.
      • H√∂hleneing√§nge und enge Mulden (Ackerfurchen, Wasserrinnen oder Stra√üengr√§ben) meiden. Besser auf ebenes Terrain stellen oder tiefer in die H√∂hle gehen (aber Vorsicht: Im H√∂hleninneren besteht die Gefahr von pl√∂tzlichem und starkem Wasseranstieg, aufgrund des starken Niederschlags). Der Blitz verteilt sich nach einem Einschlag zun√§chst nahe der Bodenoberfl√§che, der er an H√∂hleneing√§ngen und engen Mulden unter Umst√§nden nicht folgen kann. Dann springt ein Sekund√§rblitz √ľber, von dem Schutzsuchende getroffen werden k√∂nnen.
      • Nicht hinlegen, sondern den Kontaktbereich zum Boden minimieren. Mit zusammengestellten F√ľ√üen in der Hocke verharren und sich nicht mit den H√§nden abst√ľtzen. Gummisohlen und isolierende Materialien als Standfl√§che sind vorteilhaft. Gegen einen direkten Blitzschlag k√∂nnen sie aber auch dann nicht sch√ľtzend wirken, wenn sie mehrere Zentimeter dick sind.

Die Sicherheit h√§ngt vom vorausschauenden Verhalten ab: Ein Gewitter kommt niemals ‚Äěaus heiterem Himmel‚Äú, wer regelm√§√üig einen Blick in den Himmel wirft, kann ein sich n√§herndes Gewitter schon fr√ľh an den dunkel und bedrohlich wirkenden Wolken erkennen. Nachdem das Gewitter bemerkt wurde, sollte abh√§ngig von seiner Entfernung und Geschwindigkeit der sicherste erreichbare Zufluchtsort angestrebt werden. Anhand der Zeitdifferenz zwischen Blitz (Lichtgeschwindigkeit) und Donner (Schallgeschwindigkeit, ca. 340 m/s) l√§sst sich die Entfernung des Blitzes berechnen. Durch Wiederholung der Berechnung l√§sst sich die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit des Gewitters absch√§tzen: Jede Sekunde, die der Abstand zwischen Blitz und Donner k√ľrzer wird, ist es 340 m n√§her gekommen. Unter 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner, also unter ca. 1 km Entfernung, ist jederzeit die M√∂glichkeit eines Einschlags in der N√§he gegeben. Die Zeitspanne von 3 Sekunden kann ann√§hernd abgesch√§tzt werden, indem man langsam ‚Äěeinundzwanzig, zweiundzwanzig‚Äú z√§hlt.

Lebensgef√§hrlich und wahrscheinlich falsch √ľberliefert, ist ein altes deutsches Sprichwort:

Vor den Eichen sollst du weichen.
Und die Weiden sollst du meiden.
Zu den Fichten flieh mitnichten,
Linden sollst du finden,
Doch die Buchen musst du suchen!

Fr√ľher wurden niedrige Gew√§chse (B√ľsche) im Deutschen als ‚ÄěBucken‚Äú bezeichnet. Man soll sich also eher ins Geb√ľsch schlagen, als sich neben einen Baum zu stellen. Ein Blitz, der in einen Baum einschl√§gt, kann auf neben dem Baum stehende Personen √ľberspringen.

Verhalten in Gebäuden während eines Gewitters

Innerhalb eines Geb√§udes k√∂nnen gewisse Gefahren durch von au√üen hereinkommende Leitungen bestehen (u. a. Strom- oder Wasserleitungen). Durch ordnungsgem√§√üe Erdung in Form eines Hauptpotentialausgleiches lassen sich diese aber vermeiden. Lediglich in Geb√§uden ohne diesen vorschriftsm√§√üigen Blitzschutz sollte bei Gewitter deshalb m√∂glichst nicht geduscht, gebadet oder mit elektrischen Ger√§ten hantiert werden, da dann durchaus Lebensgefahr bestehen kann. Eine weitere Gefahr k√∂nnen hier Telefone darstellen, besonders bei oberirdischer Zuf√ľhrung der Telefonleitung ans Haus. Es sollte dann m√∂glichst nicht mit schnurgebundenen Festnetztelefonen telefoniert werden. Schl√§gt der Blitz in die Leitung ein, stellt man mit dem Telefonh√∂rer in der Hand eine gute Verbindung zur Erde dar. Schnurlostelefone stellen konstruktionsbedingt keine Gefahr dar. Allerdings sollte man in diesem Fall Telefongespr√§che nur mit Teilnehmern f√ľhren, von denen man wei√ü, dass sie ebenfalls schnurlose Telefone oder Handy benutzen oder sich au√üerhalb des Gewittergebiets befinden.

Zum Schutz der elektrischen Ger√§tschaften im Haushalt bieten sich Steckdosenleisten mit √úberspannungsschutz an, hierdurch wird das jeweilige Ger√§t vor der durch einen Blitzeinschlag entstehenden Spannungsspitze gesch√ľtzt. Allerdings muss beachtet werden, dass dieser √úberspannungsschutz alleine nicht ausreichend ist. F√ľr den sicheren Schutz vor Blitzschlag m√ľssen folgende Bedingungen erf√ľllt sein:

  • Das Haus muss √ľber einen Blitzableiter verf√ľgen.
  • An der Hauseinspeisung muss eine Blitzspannungsableitung vorhanden sein.
  • Im Verteilerkasten muss ebenfalls eine √úberspannungsableitung installiert sein.

Generell gilt die Regel, dass man bei Gewitter Aufz√ľge nicht benutzt, weil diese wegen Stromausfalls steckenbleiben k√∂nnen, wenn es im Haus zu einem Kurzschluss kommt.

Betrieb von Fahrzeugen während eines Gewitters

Alle Fahrzeuge mit geschlossener Metallkarosserie (Landfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Schiffe) eignen sich besonders gut, um unversehrt den Einschlag eines Blitzes im Innenraum zu √ľberstehen. Zu ber√ľcksichtigen ist aber auch hier, dass die Folgen des Blitzes das Fahrzeug zerst√∂ren k√∂nnen und dieses gegebenenfalls zu verlassen ist, um woanders Schutz zu suchen. Die Folgen k√∂nnen sein:

  • Brand des Fahrzeugs (durch Kunststoffteile an der Au√üenseite wie z. B. Autoreifen, K√ľhlergrill, Sto√üstangen)
  • Deformation gro√üer Fl√§chen (Dach, Motorhaube)
  • Defekt der Bordelektronik und aller im Auto befindlichen elektronischen Ger√§te (Luftionisation)
  • Defekt von wichtigen Ger√§ten zur Steuerung des Fahrzeuges (Bremsen, Lenkung)

Falls die Gefahr eines Blitzeinschlages steigt, sollte daher die Fahrgeschwindigkeit reduziert werden, um gegebenenfalls sofort anhalten zu können, da

  • die Bordelektronik versagen und
  • die Blendung eingeschr√§nkte Fahrt√ľchtigkeit verursachen

kann. Da Gewitter oftmals auch von Hagel und schweren Wolkenbr√ľchen begleitet werden, empfiehlt sich eine reduzierte Fahrgeschwindigkeit ohnehin. In keinem Fall sollte man aber sein Fahrzeug auf Autobahnen einfach so anhalten, und wenn man es tun muss, dann nur in wirklichen Ausnahmef√§llen mit eingeschalteter Warnblinkanlage am Pannenstreifen. Offene Fenster von Fahrzeugen haben keine negativen Einwirkungen auf das Schutzverm√∂gen des Fahrzeuges an sich. Jedoch kann bei offenen Fenstern Regen eindringen und das Fahrzeug innen befeuchten. Ebenso wie das Hinausgreifen und Ber√ľhren der Karosserie mit der Hand (durch Unachtsamkeit), kann das zu einer leitf√§higen Verbindung zwischen Karosserie und Personen im Inneren f√ľhren. Dies sind, entgegen der landl√§ufigen Meinung: ‚Äě... der Blitz dringt durch das offene Fenster in das Fahrzeug ein ...‚Äú, die wahren Gr√ľnde, warum man bei einem Gewitter Fenster und T√ľren eines Fahrzeuges geschlossen halten sollte.

Schiffe aus Metall (Ganzmetallkonstruktionen) bieten den besten Schutz, lediglich ein Aufenthalt an Deck w√§hrend eines Gewitters sollte vermieden werden. Hier gilt wie bei Landfahrzeugen, Fenster und T√ľren geschlossen zu halten und den Kontakt mit metallischen Gegenst√§nden zu meiden. Boote hingegen, die aus Kunststoff oder Holz gefertigt sind, bieten wenig bis gar keinen Schutz, es sei denn, es befindet sich ein eingearbeitetes und durchgehendes Drahtgitter in Kaj√ľte und Rumpf, oder das Boot besitzt einen eigenen Blitzableiter. Bei einem normalen Gewitter ist die Chance, dass ein Segelboot von einem Blitz getroffen wird, etwa 1:1000. F√ľr Segelboote, die √ľber Stagen aus Metall an Oberwante, Vor- und Achtersteg verf√ľgen, gibt es einen sehr preiswerten und schnell zu installierenden Blitzschutz, bestehend aus vier Kabeln mit Klemmen. Die Klemmen werden an den Stagen befestigt, und das Ende des Kabels wird √ľber Bord zu Wasser gelassen. Dadurch wird die Ableitung des Blitzes √ľber den Mast in das Wasser sowie ein gefahrloser Aufenthalt an Bord sichergestellt.

Flugzeuge und Hubschrauber (Metallkonstruktionen) bieten einen guten Schutz, wenn sie rundum abgeschlossen sind und gepr√ľfte Blitzschutzeinrichtungen besitzen. Aufgrund des Einsatzes moderner Verbundwerkstoffe bei Luftfahrzeugen kommt es aber immer wieder zu Komplikationen, da diese nicht oder nur schwach leitend sind. Techniker sind deshalb stets bem√ľht, weitere Blitzschutzsysteme f√ľr Luftfahrzeuge zu entwickeln. Blitzeinschl√§ge haben, bis auf wenige Ausnahmef√§lle in der Vergangenheit, keine nachhaltigen Auswirkungen auf die Betriebstauglichkeit heutiger Verkehrsluftfahrzeuge. Bei Klein- und Sportluftfahrzeugen hingegen sollte man generell Wolken mit Gef√§hrdungspotential meiden. Diese Luftfahrzeuge besitzen einerseits nicht zwingend erforderlich einen Blitzschutz und andererseits sind sie auch nicht f√ľr den Flug in der N√§he von Gewittern und in den dort auftretenden starken Winden konstruiert. Mit Klein- und Sportluftfahrzeugen sollte man somit Gewitter stets umfliegen.

Siehe auch

  • Die Gewitterh√§ufigkeit in einem Gebiet wird in der Meteorologie als keraunischer Pegel angegeben.

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Gewitter ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen
 Commons: Gewitter ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
 Commons: Superzelle ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ Der Brockhaus. Wetter und Klima. Seite 117, Brockhaus, Leipzig/Mannheim 2009, ISBN 978-3-7653-3381-1
  2. ‚ÜĎ Joachim Wille: Europa im Sturm In: Frankfurter Rundschau. 25. Juli 2009

Gesprochene Wikipedia

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