Auch wenn das in den Medien anders kommuniziert wird: Es handelte sich um KEINE klassische Vb-Lage! Das Tief entstand durch den Kaltlufteinbruch im Golf von Genua und zog zum Balkan, wurde dort stationär und zog am Ende retrograd mit der Ostströmung nach Frankreich ab. Über dem Balkan entstanden zudem mehrere Teiltiefs, weil sich dort das breite Höhentief festgesetzt hatte.

Für ein Ereignis wie die aktuellen Unwetter müsse das Mittelmeer gar nicht unbedingt sehr stark überwärmt sein – es könne aber „der entscheidende Faktor“ sein. Um das detailliert zu sagen, sei es im Moment allerdings noch zu früh.

Klimaforscher Marc Olefs, GeoSphere Austria (ORF-Interview)

Ich würde noch einen Schritt weiter gehen: Für diese Hochwasserkatastrophe waren gleich mehrere Faktoren verantwortlich, die durch die bereits akuten Folgen der raschen Erderwärmung erheblich verstärkt worden sind. Es ist nicht trivial, die ganzen Aspekte dieser Wetterlage zu erfassen und in den Zusammenhang zu setzen. Ich werde das hier versuchen und bitte nachzusehen, wenn ich zum Teil in der Fachsprache bleiben muss.

Leider wird hier vieles verbreitet, was nicht stimmt. Was wir gerade erleben, hat mit dem östlichen Mittelmeer überhaupt nichts zu tun. Es handelt sich um ein Tiefdruckgebiet, das direkt bei uns entsteht. Das Niederschlagsband erstreckt sich weiter nach Norden über Tschechien bis Polen hinauf. Es ist eine falsche Vorstellung, dass die Feuchtigkeit so weit transportiert wird. Das kurze Stück, das das Tiefdruckgebiet über die Nordadria zieht, reicht auch nicht aus, um so viel Feuchtigkeit in die Atmosphäre zu transportieren. Diese Niederschläge basieren auf komplexen physikalischen Prozessen und werden insbesondere hier vor Ort gebildet.

Clemens Biermair, DerStandard, 13. September 2024

Die Aussage, dass das Mittelmeer nichts mit der Intensität des Tiefdruckgebiets zu tun hätte, lässt sich jedenfalls klar widerlegen und ist auch allgemeiner Konsens unter den Meteorologen. Wie soll eine „Vor-Ort“-Niederschlagsbildung diese extremen Regenmengen erklären, ohne die zuvor herangeführte Luftmasse?

Der Einfluss der afrikanischen Wellen und des Mittelmeers

In meinem Sommer-Rückblick habe ich bereits auf die Nordverschiebung der innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) in Afrika hingewiesen: Sie liegt dieses Jahr ein paar hundert Kilometer nach Norden verschoben. Die Easterly Waves, die normal mit den Passatwinden auf den Atlantik westwärts wandern und unsere Hurrikan-Saison zum Leben erwecken, blieben heuer weitgehend aus.

Stattdessen bildeten sich Monsuntiefs weiter nördlich und wurden mit dem Subtropenjet ins Mittelmeer verlagert. Die Monsuntiefs sorgten für einen extremen Überschuss an Niederschlägen und nachfolgend für eine teilweise Ergrünung der Sahara-Wüste. Überdurchschnittlich hohe Meeresoberflächentemperaturen im Mittelmeer und die nach Norden verschobene ITCZ stehen im direkten Zusammenhang infolge der Klimaerwärmung (Monerie et al. 2023).

Bei der Flutkatastrophe vom August 2002 in Mitteleuropa (Donau, Elbe) kam ein Teil des Feuchteangebots aus Nordwestafrika. Beim Oderhochwasser 1997 hatte die Karibik ihre Finger im Spiel. Nachvollziehbar wird das, wenn man sich die atmosphärischen Flüsse mithilfe der PWAT-Karten anschaut, also die Verteilung des niederschlagbaren Wassers in der Atmosphäre – dieser Parameter steht für die Feuchtezufuhr und letztendlich die Intensität der Niederschläge.

Eine Woche vor dem Ereignis waren weite Teile der Sahara von einer ungewöhnlich feuchten Luftmasse geflutet, mit PWAT-Werten von 50mm und höher.

Die feuchtheiße Luftmasse wurde am Sonntag, 08. September 2024 inklusive Saharastaub angezapft und über den zentralen Mittelmeeraum bis nach Mittel- und Osteuropa verfrachtet.

Der mächtige Warmluftberg verstärkte das ausgedehnte Hoch über Nordeuropa und gleichzeitig den stark amplifizierten Langwellentrog über dem Nordmeer, der bis ins Mittelmeer vorstieß. Dies sorgte für einen veritablen Einbruch polarer Kaltluft nach Mitteleuropa und in weiterer Folge ins Mittelmeer.

In weitererer Folge schnürte sich der Haupttrog ab und bildete ein ungewöhnlich breites Höhentief mit ausgeprägtem Jet. Dabei wurde erneut sehr warme Luft aus Nordafrika einbezogen. Das Nordeuropahoch blieb ortsfest, sodass das Höhentief nicht abziehen konnte.

Das viel zu warme Mittelmeer

Der heiße Sommer mit andauernden Hitzewellen ohne Nordwestlagen dazwischen, die die Luftmasse über Land hätten abkühlen können, sorgte verbreitet für Rekorde am Balkan und im östlichen Mitteleuropa. Noch am 8. September wurde im Wiener Becken mit 57 heißen Tagen (Bad Deutsch-Altenburg) ein neuer österreichweiter Rekord aufgestellt (mehr zu dem verrückten Sommerverlauf hier).

Ein unklarer Einfluss* auf den hohen Abfluss in die Einzugsgebiete der Flüsse hatte die vorausgehende Trockenheit, die sich etwa ab Juli, August durch ausbleibende Schlechtwetterphasen mit Abkühlung und Flächenniederschlägen einstellte. Die Böden im Wienerwald, aber auch in angrenzenden Regionen waren vor dem Starkniederschlag hart wie Beton. Völlig ausbleibende Kaltfronten mit wochenlangen Hitzewellen sind typisch für Mittel- und Süditalien, nicht aber für den Ostalpenraum. Ein weiterer Beleg für die Klimaerwärmung.

* in der ersten Fassung sprach ich von einem wesentlichen Einfluss. Die Anmerkung von Franz ist aber sehr berechtigt: Die ersten Niederschlagsereignisse nach der Dürre am Montag, 09.09., sowie am Donnerstag, 12.09., brachten aufgrund des stratiformen Charakters gleichmäßigen Landregen und sollten den Boden genug aufgeweicht haben. Eskaliert ist die Situation dann mit dem konvektiv verstärkten Dauerregen über etliche Stunden hinweg.

Über dem Mittelmeerraum lagen im Sommer stabile Hochdruckgebiete mit wochenlang ungehinderter Sonneneinstrahlung, keine Kaltlufteinbrüche und entsprechend eine stetige Aufheizung der Wasseroberflächen. Je wärmer das Wasser, desto mehr kann verdunsten und steht als Wasserdampf für intensive Niederschläge zur Verfügung.

Anfang September war das Mittelmeer immer noch extrem warm, auch während dem Ereignis hat sich die Adria kaum abgekühlt und das Schwarze Meer ist weiterhin viel warm. Der Kaltluftvorstoß in den Löwengolf hat dafür das nördliche Mittelmeer deutlich abgekühlt.

PWAT jeweils mittags am Donnerstag, 12.09., Freitag, 13.09. und Samstag, 14.09.24

PWAT jeweils mittags am Sonntag, 15.09. und Montag, 16.09.24 (Kartenquelle jeweils Kachelmannwetter, atmosphärisches Niederschlagswasser)

Ich habe mich hier der Vorhersageprodukte von EZWMF bedient, weil die ERA5-Daten noch nicht so weit reichen. Den atmosphärischen Fluss sieht man schön in blau, später abgeschwächt in grün. Daraus wird ersichtlich, dass die Luftmasse am Donnerstag, der erste Tag der Hochwasserkatastrophe direkt von der Adria kam.

Obwohl Nachbarland und ehemaliger Teil der Monarchie, ging wieder einmal unbemerkt an österreichischen Medien vorbei, dass es in Slowenien ein schweres Hochwasser gab. So fielen am 12. September bis zu 132mm in 24 Stunden, landesweit waren es 50-120mm. An der Grenze zu Italien waren es sogar 141mm in 12 Stunden – da wurden Erinnernungen an das Vorjahr wach, als es Anfang August eine Hochwasserkatastrophe gab, die ebenfalls kaum Beachtung in Österreich fand.

Am Freitag begann sich die Okklusion einzudrehen und die Luftmasse kam eher von Südosten, aber immer noch Ursprung Adria. Ab Samstag bis Niederschlagsende am Montag kam sie direkt vom Schwarzen Meer und über die Ukraine, Polen abgeschwächt zu uns. Das Schwarze Meer war und ist erheblich zu warm und derzeit Spitzenreiter in Europa.

Zusammenfassung

Die Interaktion mit einer weit nördlich verschobenen afrikanischen Welle führte schon vor dem Ereignis zur Zufuhr von feuchtwarmer Luftmassen aus Südwesten und grundsätzlich bereits erhöhtem Feuchteangebot über den Balkanstaaten. Die starke Warmluftzufuhr verstärkte das Höhenhoch über Nordeuropa, das sich dort festsetzte und verhinderte, dass das Tief auf klassischer Vb-Zugbahn nach Nordosten abzog. Es blieb stattdessen stationär, regenerierte sich mit mehreren Teiltiefs und und verlagerte sich mit Niederschlagsende retrograd nach Südwesteuropa.

Das erhöhte Feuchteangebot lässt sich also mit sowohl mit dem afrikanischen Feuchteangebot aus der Sahara (!) als auch mit dem zu warmen Mittelmeer erklären – in beiden Fällen eindeutig auf Klimaänderungen zurückzuführen, wie sie langfristig durch die globale Erderwärmung erwartet werden. Dies zeigt dieser PWAT-Loop des schottischen Meteorologen Scott Duncan sehr eindrücklich.

Höhentiefstärke und Kaltluftzufuhr

Das Höhentief war ungewöhnlich stark ausgeprägt und bildete eine geschlossene Zirkulation mit starkem Jetstream an allen Flanken aus.

Die Intensität lässt sich auf wenigstens zwei Faktoren zurückführen:

Sigma ist die statische Stabilität. Durch die Antriebsterme geteilt steht Sigma überall im Nenner. Das heißt, je kleiner die Stabilität, desto größer die Antriebsterme. Durch den Höhenkaltluftvorstoß über das warme Südeuropa kann man von einer verringerten statischen Stabilität ausgehen. Ebenso ist die Temperaturadvektion durch die Zufuhr sehr warmer Luftmassen erhöht. Das bewirkt letztendlich starke Hebung, Druckfall und weitere Vertiefungseffekte.

Durch die stationäre Lage des Höhentiefs zog ein Randtrog nach dem anderen (schwarz: Trogachsen) mit der östlichen Höhenströmung nach Westen, und damit ein Hebungsgebiet nach dem anderen, was zur Niederschlagsintensivierung führte.

Gleichzeitig trennte eine stationäre Frontalzone von Ostösterreich über Tschechien bis Polen reichend sehr warme und feuchte Luft im Osten von polarer Kaltluft im Westen. In diesem Bereich hielt der intensive Regen tagelang an und brachte länderübergreifend 400 bis 500mm Niederschlag in sechs Tagen in prädestinierten Staulagen.

Bemerkenswert war auch, dass die Höhenströmung aus Ost kam und am Boden aus West – beides in extremer Stärke, was sich auch gut am obigen Druckgradient ablesen lässt. Über viele Stunden am Samstag und Sonntag hinweg betrug das Druckgefälle zwischen Bodensee und March 20hPa und mehr. In den Nordföhnregionen hielt der Sturm von Freitagmittag bis Sonntagnachmittag an. Am Schöckl (1545m) gab es mit 157 km/h einen neuen Stationsrekord, dann wurde der TAWES-Windmast umgelegt. Es gab verbreitete Sturmschäden.

Der Aufstieg von Graz am Samstagmorgen zeigt die föhnbedingt durchmischte Grenzschicht bis 2km Höhe. Darüber nahm die Temperatur zu und der Wind drehte scharf auf Nordost. Er führte feuchtwärmere Luft heran. In die Föhnschicht fallender Niederschlag hat die Windböen wahrscheinlich nochmal deutlich verstärkt.

Stürmischem Nordwestwind am Boden und darüber hochreichend stürmischer Nordostwind. Der Lee-Effekt an der Hohen Warte reichte wegen der Nähe zum Wienerwaldkamm (Kahlenberg und Leopoldsberg) nicht aus, um die bodenahen Schichten deutlich abzutrocknen. Hier sieht man den Einfluss der Kaltluft unterhalb etwa 1500m Höhe wesentlich deutlicher. Am Donnerstag betrug der Höchstwert 12°C, am Freitag +7,8°C, am Samstag +8,7°C, am Sonntag +9,5°C und am Montag +12,1°C. Zwischen 1500 und 3000m war die Luftschicht praktisch gesättigt.

„Clash of air masses“

Der Begriff wird oft fälschlicherweise bei Tornadolagen gebraucht, wo Gewitter aber selten an der Kaltfront selbst entstehen, sondern präfrontal in energiereichen Luftmassen. Hier aber trifft er perfekt zu: Sehr warme und feuchte Luft traf auf polare Kaltluft und bildete eine stationäre Front über viele Stunden hinweg mit hohen Regenmengen auch in Tschechien und Süpolen.

Am stärksten betroffen waren neben Niederösterreich die Böhmische Masse sowie das Riesengebirge und Altvatergebirge.

Das erklärt sich durch die tagelange starke Nordströmung und damit den idealen Winkel zu den Gebirgsketten für maximalen Stauniederschlag. Im Gegensatz zu Österreich war die Luftmasse noch wärmer und es regnete wesentlich weiter hinauf, etwa auf der Berghütte Lucni Bouda im Riesengebirge gab es selbst auf 1410m Überflutungen.

Der kräftige Westwind begünstigt aber auch den starken Stau am westlichen Alpenostrand, also von den Türnitzer Alpen bis Wienerwald. Hier wirkte zusätzlich die für den „Waldviertelexpress“ günstige Bodenkonvergenz, aber mit sehr hohen Windgeschwindigkeiten und dadurch sehr starke Hebung:

Die Winddaten zeigen eine ausgeprägte Bodenwindkonvergenz von der Böhmischen Masse bis ins Tullnerfeld, sowie im südlichen Weinviertel. Hier fielen über Stunden hinweg 10-15mm pro Stunde, teilweise mehr.

Ein weiterer Effekt, der zum Tragen kommen kann, ist die Cold Pool Bildung im Luv durch Starkniederschlag und isothermer Niederschlagskühlung. Die liegen bleibende Kaltluft fungiert als „virtuelle Topographie“ und das Aufgleiten der wärmeren Luft beginnt vor dem Anstieg der realen Topographie. So kann es auch in niederen Regionen starke Niederschläge geben.

Jede Medaille hat zwei Seiten: Kaltluftzufuhr und Schneefallgrenze

Loop vom Infrarotsatellitenbild mit Radarbild überlagert (12-16.09.24, Ungarische Facebookseite)

Bei allem Unglück hatte Österreich ein Riesenglück mit der Schneefallgrenze, denn nur ein paar hundert Meter höher oder überhaupt über 2000 Meter Höhe und halb Niederösterreich würde jetzt unter Wasser gestanden haben. Möglich gemacht hat es die polare Kaltluft, die am Donnerstag von Nordwesten eingeflossen ist. Darauf gleitete die Warmluft auf und durch die Niederschlagsintensität sank die Schneefallgrenze Isothermie bedingt teilweise bis 500m herab (Bad Goisern), sonst auf 600-700m. Insbesondere vom Salzkammergut bis zu den Ybbstaler und Mürzsteger Alpen hat das eine Hochwasserkatastrophe verhindert – dort fielen stellenweise deutlich über 400mm Niederschlag von Donnerstag bis Montag.

In Mariazell (864m) lag am 12. September das erste Mal seit Messbeginn überhaupt im September Schnee. In Wien war der 13. September mit +8,4°C der kälteste der ersten Septemberhälfte. Auch andere Landeshauptstädte verzeichneten Rekorde. In Hochfilzen (962m) betrug der Höchstwert am 14. September +0,8°C – für Lagen unter 1000m generell ein Septemberrekord.

Im obigen Radarloop, den ich leider nicht direkt einbinden kann, sieht man, wie die Radarechos am Donnerstag erst von Süd nach Nord ziehen und damit im perfekten Winkel auf der Kaltluft aufgleitet. Im Verlauf des Freitags wurde der Südanteil immer weniger, anfangs gab es für längere Zeit eine markant gegenläufige Bewegung über Tschechien und Nordösterreich, mit nach Süden ziehender Bewölkung im Westen und nach Norden ziehender Bewölkung im Osten. In der konvektiv geprägten Höhenkaltluft über Westösterreich gab es sogar noch einzelne Gewitter.

In der Nacht auf Samstag änderte sich das Strömungsregime aber. Die Okklusion gleitete nun nicht mehr von Süden auf, sondern von Nordosten her. Mit dem gleichzeitig zunehmenden Druckgradienten und Einbezug labiler Luftmassen nahm die Durchmischung der Grenzschicht zu, die Isothermie ab und die Schneefallgrenze stieg an. Mit dem zunehmend schauerförmigen Charakter der Niederschläge erhöhte sich aber die Niederschlagsrate, das kompensierte die Erwärmung, sodass in den Hochlagen etwa ab 1200-1500m aufwärts weiterhin Schnee fiel.

In Summe hat die tiefe Schneefallgrenze eine überregionale Katastrophe in der Größenordnung eines Jahrtausendhochwassers verhindert. Regional änderte das leider weniger an HQ100-Ereignissen, weil die Schneefallgrenze für die Wienerwaldzuflüsse keine Rolle spielte. Zudem fielen auch in den Niederungen wie St. Pölten und Tulln extreme Regenmengen, die aufgrund des flachen Gefälles nur langsam bis gar nicht mehr abfließen konnten.

Starkregenbänder

Insbesondere in der Nacht auf Sonntag verschärfte sich die Hochwasserlage erheblich, als in die Okklusionsfront hinein Starkregenbänder eingelagert waren, die von Ost nach West durchzogen – wir erinnern uns: Die Luftmasse kam nun direkt vom Schwarzen Meer.

Die Veränderung der Luftmasseneigenschaft sieht man sehr gut über Tschechien:

Am Freitag dominierten noch Aufgleitprozesse auf den mächtigen Kaltluftkörper am Boden. Am Samstag wurde die Luft bodennah wärmer und die Schichtung zunehmend feuchtneutral mit Übergang zu schauerartig verstärktem Regen. Am Sonntag herrschte eine hochreiched labile Schichtung (Most-Unstable CAPE), im Aufstieg um 14lct kurz vor Niederschlagsende schon mit Abtrocknung in der Höhe, aber diese labile Schichtung war die für scharf begrenzten Schauerbänder verantwortlich. Bänderförmige Regenechos entstanden meist dann, wenn das vertikale Windprofil stark geschert ist mit kräftigem Höhenwind.

Am Montag folgte eine weitere Okklusion nach, die sich vom Schwarzen Meer bis Polen und Tschechien erstreckte, und dann über Österreich eindrehte. Die Niederschläge waren anfangs relativ gleichmäßig und gingen ab Mittag in kräftige Regenschauer über. Am Abend ließen die Schauer nach, aber es regnete teilweise noch um Mitternacht in einzelnen Schauern etwas stärker. Die Luft war eindeutig labil geschichtet.

Zusammenfassung

Viele hier beschriebene Faktoren treten auch bei „normalen“ Tiefdrucklagen auf, aber selten in der Kombination. Ohne das kräftige Höhentief wäre ein so starkes Bodentief nicht möglich gewesen. Ohne die blockierenden Hochdruckgebiet keine so starke Gradientverschärfung und Zusammenprall von Luftmassen an einer stationären Front. Ohne den starken Wind ein verringerter Stau und eine schwächere Bodenkonvergenz. Der PWAT in den Aufstiegen von Wien und Prostejov lag während dem Ereignis zwischen 25 und 32mm – für September überdurchschnittliche Werte!

Insbesondere die Nordstaulagen vom Riesen- und Altvatergebirge haben jenes Pech gehabt, von dem Ober- und Niederösterreich sowie die Obersteiermark durch die niedrige Schneefallgrenze verschont geblieben sind.

Die Gesamtsummen zeigen in einem Streifen vom Salzkammergut über die Eisenwurzen bis ins Mostviertel und zum Wienerwald verbreitet 300-400mm. Punktuell sind höhere Mengen gemessen wurden. Es war eine böse Ironie der Hochwasserlage, dass die ausgerechnet die Flyschregionen des Mostviertels zu den Hotspots der Niederschläge gezählt haben – also jene Regionen, die am wenigsten so viel Wasser vertragen haben. Doch auch im östlichen Flachland sind verbreitet 150-250mm gefallen – ungefähr ein Drittel bis die Hälfte des Jahresniederschlags.

Abschließende Worte zur Klimaerwärmung:

Weltweit besteht schon seit Jahrzehnten ein wissenschaftlicher Konsens, dass die fossile Energienutzung und Entwaldung für die Erderwärmung hauptverantwortlich ist (siehe Spiegel-Beitrag von Stefan Rahmstorf). Ebenso ist seit 1834 bekannt, dass pro Grad Celsius Erwärmung 7% mehr Wasserdampf zur Verfügung steht (Clausius Clapeyron-Gleichung). Die Verdunstung über dem warmen Mittelmeer erhöht den Wassernachschub. Ebenso kommt es zu Veränderungen in der großräumigen Strömungsdynamik – etwa dem Verlauf des Jetstreams und die zunehmende Dauer von Wetterlagen wie Hitze und Dauerregen (Capua and Rahmstorf 2023). Tagesrekordniederschläge nehmen seit 1990 zu (Robinson et al. 2021). Auch in Europe nehmen Starkniederschläge zu (IPCC Report 2023). In Österreich wird ebenfalls eine Zunahme beobachtet (Zeder and Fischer 2020). Mehr Infos gibt es in Zusammenhang mit der Flutkatastrophe im Ahrtal 2021 von den Scientists for Future. Die Rolle der Erderwärmung bei der Verstärkung von Extremwetterereignissen wird durch Attributationsforschung beurteilt (siehe z.B. Tradowsky et al. 2023).

Die Tiefdruckentwicklung selbst war ungewöhnlich von Verlauf und Ausprägung, keine typische Vb-Lage. Die Dimension dieser Katastrophe, auch im Hinblick auf die enormen Überflutungen in Polen, macht sie zu einem aktuellen Beispiel für die akuten Folgen der Erderhitzung. Es reiht sich ein in eine Serie von schweren Überschwemmungen in diesem Jahr, beginnend mit dem Saarland und Rheinland-Pfalz im Mai 2024, der Hochwasserkatastrophe in Süddeutschland Ende Mai/Anfang Juni 2024 und dem Einzelereignis in Wien mit neuem Regenrekord im August 2024.

Der Blogeintrag ist noch nicht einmal einen Tag alt und seit gestern gibt es schwere Überflutungen in Norditalien am Apennin durch die überhitzte Adria.

Danksagungen

Mein Dank geht an meine Meteorologie-Kollegen aus dem In- und Ausland mit vielen wertvollen Inputs. Besonderer Dank an Manuel Oberhuber vom ORF, der die Hochwasserlage souverän gemeistert hat und immer wieder wertvolle Daten lieferte. Ein Dankeschön zudem an das tolle Kartenangebot von Kachelmannwetter.com, ohne die solche Fallstudien gar nicht möglich wären – ich weiß das sehr zu schätzen.

Ausblick

Die synoptische Entwicklung und der Einfluss der Erderwärmung ist beleuchtet, ein wenig möchte ich noch auf die Modellgüte und die Auswirkungen eingehen – dazu folgt noch ein separater Blogeintrag.