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161 Liter pro Quadratmeter in Graz: Ursachenforschung

So einen Regen hat Graz im April noch nie gesehen: In Graz-Gries steht eine Messstation des Wasserwirtschaftsamts Steiermark, die laut ZAMG eine unglaubliche Summe von 161 Litern pro Quadratmeter (innerhalb von rund 3 Stunden) aufgefangen hat. Starke Überflutungen bis hin zur Unterspülung von Häuserfundamenten waren vorprogrammiert (siehe Bericht ORF, abgerufe am 18.04.18).

Die Erklärung für das 100-jährliche Ereignis empfinde ich als mundgerecht für den Durchschnittsleser, geht aber meines Erachtens an der wahren Ursache vorbei.

Schuld an dem Regen war ein Adria-Tief, das von Süden her bis in den Raum Graz zog. Während sich normalerweise solche Wolken friedlich ausregnen, türmten sich am Dienstag die Gewitterwolken auf – schuld daran sei die Sonne gewesen, so Albert Sudy von der ZAMG: „Heftige Gewitter sind immer dann zu erwarten, wenn labile Luftmassen daherkommen und diese dann gehoben werden – einerseits durch Sonneneinstrahlung, das sind die Wärmegewitter, andererseits können sie auch gehoben werden durch Fronten, wenn beispielsweise Kaltfronten hereinkommen. Und im Gebirge kann es auch noch verstärkt werden durch orografische Hebung, wenn diese Luftmassen an den Bergen zum Aufsteigen gezwungen werden.“

In der Kleinen Zeitung (abgerufen am 18.04.18) wurde Sudy etwas konkreter:

Doch dazu kam noch etwas: Die Gewitterfront blieb über Graz stehen. Sudy vermutet, dass der lokal erzeugte Abwind dazu führte, dass die Zugrichtung nach Norden aufgehalten wurde und die riesigen Gewitterzellen über der Stadt verblieben. Und dann: „Ein Sonnenstrahl war der Zündfunke“, sagt Sudy.

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„Es kann auch Hagel und Sturmböen geben“

hagelViele Gewitterprognosen im Radio, Fernsehen und auf diversen Nachrichtenportalen benutzen immer wieder die gleichen Phrasen, um auf eine erhöhte Unwettergefahr hinzuweisen. Dabei können Hagel und Sturmböen bei fast JEDEM Gewitter auftreten. Es handelt sich also um nichts anderes als um eine Verharmlosung einer potentiellen Unwetterlage. Je nach vorhandenen Hinweisen in den Wettermodellen lässt sich das Wording sehr wohl und begründet verschärfen:

„Es sind großer Hagel und schwere Sturmböen möglich“

„Es sind großer Hagel über 3cm und Böen über 100 km/h möglich“

„Es sind großer Hagel und Orkanböen möglich“

„Die Gewitter bleiben ortsfest und können enorme Regenmengen bringen mit der Gefahr von Überflutungen, Vermurungen und Erdrutschen.“

In der Flugmeteorologie ist ohnehin bekannt, dass JEDES Gewitter Hagel beinhaltet. In Gewittern befindet sich viel unterkühltes Wasser und oberhalb der Nullgradgrenze entstehen Hagelkörner, die dann beim Fallen teilweise oder vollständig abschmelzen. Ein guter Hinweis am Boden liefern große, kalte Regentropfen. Hagel um 1-2 cm Größe ist zwar für die Landschaft problematisch, insbesondere wenn massenhaft davon vom Himmel kommt und Pflanzen erdrückt und Kanalrohre verstopft (Überflutungen!), aber verursacht direkt in der Regel keine Sachschäden. Erst ab 3cm Größe gibt es substantielle Schäden und man sollte darüber nachdenken, sein Auto abzudecken oder unterzustellen. Einen Hinweis auf die Hagelgröße ist also durchaus sinnvoll.  Großer Hagel ist dann wahrscheinlich, wenn viel unterkühltes Flüssigwasser zur Verfügung steht (Modellparameter: PWAT, Mischungsverhältnisse, Taupunkte), viel Energie im Bereich der Hagelwachstumsschicht (Modellparameter: CAPE, lapse rate) und Windzunahme mit der Höhe (Modellparameter: Höhenwind in 3-8 km).

Genauso gibt es bei vielen Gewittern starke Böen, doch begünstigen manche Konstellationen insbesondere Sturmböen, sei es durch starken Höhenwind, durch sehr trockene Luftschichten in Bodennähe (Verdunstungskälte), durch starken Hagelschlag, durch Gewitter, die schnell ziehen und große horizontale Temperaturunterschiede ausgleichen. Wie man gestern in Oberösterreich mit verbreiteten Böen von 90 bis 110 km/h gesehen hat, müssen die Gewitter nicht zwingend linienförmig angeordnet sein. Am späten Nachmittag hatten sich dort große Temperaturunterschiede (32 zu 17) auf kurzer Distanz (< 150 km) aufgebaut. Das bewirkt große Druckunterschiede, die der stürmische Wind ausgleichen möchte. Gewitter mit heftigen Böen entstehen aber nicht nur an solchen Frontlinien, sondern auch vorlaufend zu diesen oder überhaupt isoliert.

Starkregen, Hagel und Sturmböen

Es sind sogar Unwetter mit Starkregen, Hagel und Sturmböen möglich.

Diesen Satz liest oder hört man derzeit oft in den Wetterberichten. Aber wie viel Beunruhigung lässt das auf den Durchschnittsbürger noch aus, wenn nahezu jedes Gewitterrisiko mit dieser Triade an Gefahren ergänzt wird? Und was ist überhaupt ein Unwetter?

In den USA versteht man unter einem severe (convective) storm eine schwerwiegende Störung des atmosphärischen Zustands, die nach den dort gültigen Kriterien mit wenigstens 2 cm großen Hagel und Böen über 90 km/h verbunden ist. Auch die ehrenamtlich agierenden europäischen Unwettervorhersager von ESTOFEX (European Storm Forecast Experiment) sagen bei Erfüllung dieser Kriterien Unwetter vorher.

Nun stellt sich umgekehrt die Frage:

Kann ein Gewitter mit Starkregen, Hagel und Sturmböen denn kein Unwetter sein?

Für denjenigen, der ins Gewitter gerät, ist wohl die Mehrzahl der Gewitter ein Unwetter, oft an der Häufigkeit und Stärke der Wolke-Erde-Blitze festgemacht (je lauter und häufiger und näher es kracht, desto eher wird es als Unwetter empfunden), selbst es weder besonders kräftig geregnet, gehagelt oder gestürmt hat. Die Lautstärke ist allerdings subjektiv, hängt nämlich vom Standort des Beobachters ab.

Objektive Größen sind die Regenmenge, die Hagelgröße und -menge sowie die Windgeschwindigkeit.

1. Starkregen

Nahezu jedes Gewitter, sofern es nicht nach je einem Blitz und Donner wieder in sich zusammenfällt, bringt Starkregen hervor, ausgenommen etwa im Landesinneren von Australien, wo es sogenannte „trockene Gewitter“ gibt, die höchstens kräftige Windböen und Erdblitze produzieren. Es gibt prädestinierte Wetterlagen mit schwacher Luftströmung und hohem Wassergehalt der Atmosphäre, wo intensiverer Starkregen als sonst auftritt.

2. Hagel

Ebenso tritt zumindest tagsüber bei vielen Gewittern Hagel auf, wenngleich die allgemeine Aussage „Starkregen, Hagel und Sturmböen“ hier weder etwas über die zu erwartende Größe noch über die Menge aussagt.

Es macht für den Leser oder Hörer einen Unterschied, ob maximal 1 cm Hagel, 5 cm Hagel oder gar 10 cm großer Hagel zu erwarten ist. Bei 1 cm entstehen maximal geringe Schäden im Garten, bei 5 cm werden Gewächshäuser und Autodächer demoliert. Bei 10 cm (und schon darunter) besteht die Gefahr von Kopfverletzungen, schwerer Schäden an Dächern, Autos und allgemein Glasfassaden.

Ebenso macht es einen Unterschied, ob das Gewitter schnell zieht, gelegentlich ein paar Hagelgeschosse abwirft, oder langsam zieht und reichlich kleinen Hagel bringt, der die Kanalisation verstopft und dadurch Überflutungen verursacht. Viel kleiner Hagel maximiert nämlich noch das Überflutungsrisiko bei Starkregen, bedeutet aber für den Anwohner, dass er sein Auto nicht in die Garage fahren muss.

3. Sturmböen

Bleiben die Sturmböen übrig. Da hängt es zunächst mal davon ab, ab wann Sturmböen definiert sind. Im Mittel beginnt Sturm ab 75 km/h, von Sturmböen spricht man jedoch bereits ab 60 km/h. Diese hat man bei einem normalen Sommergewitter schnell mal erreicht.

Außergewöhnlich wird es erst, wenn die Gewitter sehr schnell ziehen und/oder bei entsprechender Tageserwärmung eine starke Abkühlung bringen, wobei verdunstender Hagel förderlich ist. Dann hat man durchaus Böen über 80, 90 km/h, in markanten Fällen über 100 km/h. An einer Gewitterlinie können flächendeckend 100-130 km/h drin sein, bei Winterstürmen und Schwergewitterlagen allgemein stellenweise auch 200 km/h und mehr.

Was hat der Sturm für Auswirkungen?
Bei 60 km/h weht es vielleicht einen Blumentopf um, bei 80 km/h können schon Äste abbrechen und Gartenstühle umfliegen, bei 120 km/h werden Bäume entwurzelt, Dächer beschädigt usw.

Ganz selten hört man bei den hiesigen Wetterberichten vom Zusatz „schwere Sturmböen“ oder gar „Orkanböen“. Es ist also nicht immer klar, ob die Sturmböen im Wetterbericht eher im 60-km/h-Bereich oder gar im potentiellen 90-100 km/h-Bereich angesiedelt sind. Der Unterschied entscheidet, ob man Vorkehrungen treffen muss, ob man in den Wald zum Joggen kann (sollte man bei Gewitter allgemein unterlassen) und ob man ein Grillfestl unterm Pavillon feiern kann, ohne dass dieser davongerissen wird.

Gewitter oder Unwetter?

Ein Unwetter ohne Starkregen, Hagel ODER Sturmböen, oder ohne alle drei? Schwer denkbar, insofern ist die Aussage „Unwetter mit Starkregen, Hagel, Sturmböen“ bereits redundant. Viel wichtiger wäre in meinen Augen zu betonen, welche Gefahr dominiert.

  • Bei langsam ziehenden Gewittern oder großen Gewittersystemen ist das der Starkregen.
  • Bei trockener Luft am Boden, Hagel, enorm hohem Wassergehalt, Winterstürmen, Gewitterlinien und einzelnen, heftigen Gewittern ist das der Sturm.
  • Bei feuchtheißer Luft ist es großer Hagel.
  • Und wenn die Luft bodennah feucht ist, der Wind mit der Höhe rasch zunimmt und dabei die Richtung ändert, können auch Tornados entstehen.

Ja, es gibt Gewitterlagen, bei denen alles möglich ist. Das sind häufig aber auch jene Lagen, bei denen die Extreme bei allen Gefahren ausgereizt werden, d.h., dann kann der Hagel groß werden, sich der Sturm zum Orkan steigern, und dann sollte man das auch textlich unterbringen.

Wenn man aber bei jeder Gewitterlage nur den Zusatz „Starkregen, Hagel und Sturmböen“ bringt, aber jeweils nur ein oder zwei Gefahren davon eintreffen (im Schnitt), dann stumpft das den Konsumenten des Wetterberichts auf Dauer ab, und er kann nicht einschätzen, ob die Hagelgefahr seinen Gemüsegarten gefährdet und der Sturm den Gartenpavillon.

Hagel und Schneefall in Istanbul?

Für Dienstag, 10. Dezember 2013, überschlugen sich am Abend die Meldungen, nachdem das CL-Fußballspiel zwischen Galatasaray Istanbul und Juventus Turin aufgrund der schlechten Platzverhältnisse witterungsbedingt abgebrochen werden musste.

Unklarheit bestand jedoch bald über die Konsistenz dessen, was da massenhaft vom Himmel fiel.

Schnee und Hagel: Aufstiegskrimi Galatasaray – Juve wird heute fertig gespielt

…

titulierte beispielsweise die Tiroler Tageszeitung am Mittwoch, 11. Dezember 2013 (08:39).

Und weiter …

Istanbul – Die nach starkem Hagel und Schneefall abgebrochene
Champions-League-Partie zwischen Galatasaray Istanbul und Juventus Turin
soll am heute Mittwoch zu Ende gespielt werden. […]

So oder so ähnlich lauten zahlreiche Zeitungsmeldungen seit gestern abend

Hagel oder Graupel?

Problematisch dabei ist jedoch die Verquickung von Schneefall und Hagel, die unterschiedliche physikalische Bedingungen verlangen. Hagel ist eine typische Erscheinung von Sommergewittern bei deutlichen Plusgraden in den untersten 2-3 km der Atmosphäre und viel unterkühltem Flüssigwasser, das sich an ein Graupelkorn („Hagelembryo“) anlagert.

Folgende Vertikalprofile aus Istanbul vom Dienstag, 10. Dezember, 13.00 MEZ und Mittwoch, 11. Dezember, 01 MEZ, zeigen die Bedingungen vor und nach dem Fußballspiel:

hagelgraupel

Quelle: Wyoming Soundings

Rot markiert ist jeweils die Null-Grad-Isotherme und dunkelblau die Obergrenze der Schauerbewölkung. In beiden Fällen erstreckte sich die Schauerbewölkung nur etwa drei Kilometer hinauf, wodurch die Aufwindstärke innerhalb der Schauerwolke begrenzt war. Knappe Plusgrade wurden lediglich am Erdboden und wenige Meter darüber erreicht – die Schauerwolke befand sich folglich durchwegs im Frostbereich.

Dann aber ist die Atmosphäre mehrheitlich mit Eis- und Schneekristallen angereichert, was die Bildung von Graupelkörnern provoziert. Diese sind wesentlich kleiner als Hagelkörner, weicher und ähneln von der Konsistenz her Styropor (porös, leicht und springen auf)

Wie das Video der Twitter-Userin @enchantrez zeigt, handelt es sich um typische Graupelkörner.

Lake-Effekt 

Bleibt zu klären, warum es an der türkischen Schwarzmeerküste zu derartig heftigen Schneeschauern gekommen ist. Die Ursache hierfür ist das verhältnismäßig warme Meerwasser mit durchschnittlich 9 bis 12 Grad. Wenn Luftpakete über die Wasseroberfläche streichen, tanken sie Feuchtigkeit und die bodennahe Schicht über dem Wasser wird zudem labilisiert. Das begünstigt Schauercharakter und erhöht die Niederschlagseffizienz. Je wärmer das Wasser und massiver die Kaltluftzufuhr in der Höhe, desto stärker der „Lake-Effekt“, der punktuell für große Neuschneemengen innerhalb kurzer Zeit sorgen kann.

Prominente Beispiele für Lake-Effekte weltweit:

lakeeffekt

Quelle: Map-for-free.com – Pfeile deuten Richtung der Kaltluftzufuhr an

Der Begriff Lake-Effekt stammt von den Superior Lakes im Norden der USA an der Grenze zu Kanada, wo besonders bei Nordwestströmung heftige Schneeschauer an den Südküsten auftreten können. In Deutschland ist die Ostseeküste bei Rügen und Usedom für den Lake-Effekt berühmt, am Bodensee beobachtet man im Bregenzer Raum enorme Niederschlagsverstärkung sogar das ganze Jahr über. Am Schwarzen Meer ist vor allem die Süd- und Ostküste beim Lake-Effekt begünstigt.

Entscheidend ist die Richtung der Kaltluftzufuhr. Je länger der Weg übers Wassers (engl. „fetch“), desto länger kann sich die Luft mit Feuchtigkeit anreichern.

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Visuelles Satellitenbild des Schwarzmeers vom 11.12.13

Wie das Satellitenbild von Earthdata NASA  zeigt, strömt die Kaltluft im Westen des Schwarzen Meeres aus Nordosten heran, im Osten aus Nordwest bis Nordost. Für Istanbul wirkt also eine besonders lange Wegstrecke über dem warmen Wasser und generiert entsprechend eindrucksvolle Schauerstraßen.

Bei ihrem weiteren Weg ins östliche Mittelmeer sorgte die hochreichende Kaltluft für weitere heftige Schnee- und Graupelschauer sowie Sturmböen.