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Sturmtief HERWART – eine Satellitenbildanalyse

Als ich 2003 mit dem Meteorologie-Studium begann, machte ich solche Analysen regelmäßig, auch in den nachfolgenden Jahren. Weit über 100 solcher Studien sind im Laufe der Jahre zusammenkommen. Es ist jedes Mal ein Genuss. So auch bei Sturmtief HERWART, zumindest in Österreich wurden die stärksten Windspitzen seit Orkan EMMA (1.3.2008) gemessen, auf den Bergen verbreitet über 180km/h, aber auch viele Flachlandstationen erreichten Orkanstärke:

  • Enns 140 km/h
  • Irdning/Ennstal 137 km/h
  • Mariazell 133 km/h
  • Kremsmünster 126 km/h
  • Wien-Schwechat 126 km/h
  • Haag 123 km/h
  • Innsbruck 122 km/h (Nordföhn, vor der Kaltfront)

Private Wetterstationen auf AWEKAS:

136.8 km/h Riegersburg (Steiermark)
133.3 km/h Valentinhaft/Munderfing (OÖ)
128.7 km/h Kirchdorf/ Krems
120.7 km/h Vorchdorf (Traunviertel)
120.6 km/h Wartberg a.d. Krems

Satellitenbild (RGB) vom Sonntag, 29. Oktober 2017, 13.00 MEZ

Großwetterlage: Ein Sturmtief verlagert sich in einer straffen Nordwestströmung rasch von der Ostsee über Polen weiter in die Ukraine. Von Westen rückt ein Hochdruckgebiet nach.

satellitenbildanalyse

Die schwarze Linie markiert die Position der Jetstream-Achse. Westlich davon gerät die Luftmasse unter antizyklonalen Einfluss mit kräftigem Absinken in der Höhe und recht niedrigen Wolkenobergrenzen. Damit wird die vertikale Mächtigkeit der Schauerbewölkung begrenzt und die Gewitterneigung ist deutlich geringer als östlich der Jetachse, wo zyklonaler Einfluss und Höhenkaltluft überwiegen. Hier sind die Obergrenzen deutlich höher und es traten zahlreiche Gewitter auf.

Gegenüberstellung der Wetterballonaufstiege von Stuttgart und Wien:

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Stuttgart befindet sich unter stärkerem antizyklonalen Einfluss mit der Absinkinversion in rund 750 hPa Höhe und Wolkenobergrenzentemperaturen um -8°C. Selbst für Wintergewitter sollten wenigstens -15°C vorhanden sein. Anders in Wien (und weiter östlich), hier lag die Absinkinversion deutlich höher in ca. 600 hPa. Damit lagen die Wolkenobergrenzentemperaturen bei mindestens -20°C.

Die Zahlen bedeuten ….

(1) Wetteraktivster Teil der Kaltfront über Ungarn mit wabenförmigen Zellstrukturen im Satellitenbild. Diese treten recht häufig dann auf, wenn die Kaltfront genau unter dem linken Jetausgang liegt, wo maximaler Hebungsantrieb vorhanden ist. Die Zellbänder sind vermutlich auf Schwerewellen zurückzuführen. Wann immer man solche Strukturen sieht, sollten die Alarmglocken läuten (dazu später mehr).

(2) Hier befindet sich die Kaltfront bereits im antizyklonalen Jetbereich mit zunehmenden Absinken. Die westlichsten Blitzentladungen wurden über Salzburg registriert (Gaisberg). Zusätzlich negativ auf die Wetteraktivität wirkte sich die strömungsparallele Lage der Kaltfront aus, sie schleifte zunehmend dahin und kam nur langsam südwärts. Die stärksten Windböen wurden vielerorts, ausgenommen im Osten in Zusammenhang mit Gewittern, vor der Kaltfront im Warmsektor erreicht, verursacht durch das extreme Druckgefälle zwischen Bodensee und Wiener Becken, am Vormittag bis zu 24 hPa erreichend.

(3) Hinter der Kaltfront setzte durch den Transport stratosphärischer Luft (extrem trocken) bis in tiefe Lagen markantes Absinken und Aufklaren ein. Vorübergehend war es nach Durchzug der Kaltfront fast wolkenlos. Je ausgeprägter diese „Dry Intrusion“, desto heftiger der Kaltfrontdurchzug.

(4) Die Okklusionsfront.

(5) Der Höhentrog mit Höhenkaltluft, je nach Position zur Jetachse mit kräftigen Schauern und Gewittern einhergehend oder mit harmloserer Schauerbewölkung.

(6) Bereich mit auflockernder Bewölkung an der Alpensüdseite (nordföhnbedingt), vor Frontdurchgang wurden verbreitet 20-25°C gemessen.

(7) Stationäre Leewellen an der Alpensüdseite, aber mit eindeutiger Nordwest-Südost-Orientierung.

(8) Hochreichende und kompakte Bewölkung auf der warmen Seite („warmes Förderband“)

Vergleich HERWART mit EMMA (2008, oben) und KYRILL (2007, unten):

emmakyrill

In allen Fällen …

  • bilden sich die unter (1) erwähnten wabenförmigen Wolkenzellen heraus,
  • gab es hier die stärksten Gewitter und schadensträchtigsten Kaltfrontböen mit über 150km/h
  • lockerte die Bewölkung unmittelbar vor Kaltfrontdurchzug sowie dahinter signifikant auf.

KYRILL und EMMA hatten allerdings eine deutlich westlichere Zugbahn, weshalb die Warmfrontniederschläge ausgeprägter waren und der Schwerpunkt der Spitzenböen über Mitteleuropa lag.

Übrigens … wie schon zuvor Emma und Kyrill, aber auch zuletzt Xavier 2017 waren die Wettermodelle hervorragend und prognostizierten den Verlauf des Sturmtiefs sehr genau. Überrascht konnte dieses Mal niemand sein.

War Sturmtief XAVIER wirklich unberechenbar?

Vorab: Obwohl die Sturmlage sehr gut prognostiziert worden war, lassen sich Verletzte oder gar Tote nie völlig vermeiden. Erschwerend kam hier hinzu, dass …

  • die Region der Spitzenböen auf Großstädte wie Hamburg oder Berlin traf
  • das Ereignis am Nachmittag/Abend an einem Werktag stattfand, wenn viele Menschen unterwegs sind
  • die Bäume zu diesem Zeitpunkt großteils noch belaubt waren, was die Angriffsfläche für den Wind massiv erhöht und Entwurzelungen oder Stammbrüche wahrscheinlicher macht.

Ratschläge, wie zuhause zu bleiben oder baumfreie Strecken zu wählen, funktionieren nicht in jedem betroffenen Gebiet. Wer auf seinen Job absolut angewiesen ist, kann nicht einfach daheim bleiben oder hat nicht zwingend Rückendeckung vom Chef, wenn er sturmbedingt kein Risiko eingehen will. Manche Fahrten sind nicht zu verschieben. Auf der anderen Seite gibt es gerade in Großstädten wie Hamburg (245 000) und Berlin (438 000) eine hohe Anzahl an Straßenbäumen, erheblich mehr als etwa in Wien (100 000). Die Gefahr durch umstürzende Bäume ist also deutlich erhöht und man kann nicht so leicht in eine baumfreie Straße ausweichen und Staus gibt es bekanntlich auch noch. Ein Restrisiko bleibt.

Vom räumlichen und zeitlichen Ablauf her spielte sich der stärkste Orkan zwischen 12.00 und 20.00 von Niedersachsen und Hamburg bis Berlin und Brandenburg ab, und zwar jeweils in einem Zeitfenster von 1-2 Stunden, ganz im Gegensatz zu großräumigen Sturmtiefs mit stundenlangen Sturmböen. Das ist in meinen Augen der einzige Ansatzpunkt: Eine Live-Überwachung der Sturmsituation, die über Radio und Fernsehen weitergegeben wird, sodass man zeitnah weiß, wann und wo es demnächst brenzlig wird.

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18. August 2017: Zerstörerische Druckwelle

Am 18. August 2017 bildete sich von der Schweiz und dem Breisgau ausgehend gegen 18.00 Lokalzeit eine massive Gewitterlinie, die bis Oberösterreich durchgehend Böen über 100 km/h hervorbrachte, an vielen Orten wurden Orkanböen gemessen:

Flachlandstationen:

Fürstenzell bei Passau (135 km/h)
Bouveret (CH): 130 km/h
Linz-Hörsching (Flughafen): 130 km/h
Reichersberg: 126 km/h
St. Chrischona (BW/CH): 126 km/h
Waizenkirchen: 125 km/h
Kollerschlag: 123 km/h
Altenrhein (CH): 122 km/h
Salzburg-Flughafen: 119 km/h
Schongau (BY): 115 km/h

Schäden nahe Passau in einem Waldstück (geschätzt F1-T3, 150-180 km/h): Drohnenvideo

In St. Johann am Walde im nördlichen Hausruck riss der Orkan binnen kürzester Zeit ein Festzelt um, was 2 Tote und 140 Verletzte zur Folge hatte.  Zeitpunkt: ca. 22.30 MESZ.

Eine ZAMG-Warnung war aufgrund der zeitnahen Entwicklung rechtzeitig ausgegeben worden:

Ein bis zwei Stunden vor dem Unglück hätte es eine neuerliche Sturmwarnung für das Inn- und Mühlviertel gegeben. Wostal: „Böen um die 120 km/h wurden für die Zeit zwischen 22 und 23 Uhr prognostiziert.

Quelle: Kurier, abgerufen am 21.8.17

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06. Juni 2017: Verflixte Druckwelle

Schon im vergangenen Jahr habe ich den Ablauf einer Druckwelle anhand einer Fallstudie erläutert. Für heute hatten die Wettermodelle ebenfalls die Möglichkeit einer markanten Druckwelle an der Alpennordseite gezeigt. Ich möchte fair bleiben und keinen Wetterdienst bzw. kein explizites Modell an den Pranger stellen. Deshalb mögen es mir die betreffenden Erbauer verzeihen, dass ich die Modelle hier nicht beim Namen nenne.

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Exemplarisch die Rechnungen eines Globalmodells (links) mit Böen bis 70-80 km/h am Alpenostrand, und 50-60 km/h in Oberösterreich. Eine Extremvariante eines Lokalmodells (rechts) zeigte über 150 km/h im Donauraum. Mit näherrückendem Ereignis wurde diese Variante zwar abgeschwächt, doch es blieb bei Böen von verbreitet deutlich über 100 km/h. Weiterlesen →

Europa sucht den Supercomputer!

Extreme Wetterereignisse wie Stürme, Starkregen oder Hitzewellen langfristig vorhersagen, das soll durch Supercomputer und neue Satelliten in den nächsten zehn Jahren möglich werden. Europas oberste Meteorologin war dieser Tage zu Besuch in Wien, um die neue Strategie zu präsentieren, mit der auch Prognosen für Österreich noch genauer werden sollen.

So lautet der heutige Teaser für den Kurzbeitrag im Ö1-Mittagjournal (gehört am 27. Oktober 2016, 12.00).

Sturmtiefs sollen künftig zehn Tage im Voraus bekannt sein. Hochwasserlagen eine Woche im Voraus. Artikel dazu im Kurier (abgerufen am 27.10.16, 12.45)

Dazu soll die Gitterweite des Vorhersagesystems von derzeit 18 auf fünf Kilometer verkleinert werden

schreibt DerStandard (abgerufen am 27.10.16, 12.49), was unrichtig ist, denn aktuell beträgt die Gitterweite bereits 9 km (davor 16).

Wenn man andere Quellen hinzuzieht, zeigt sich, dass die Pressemitteilung nicht richtig gelesen wurde, denn soll nicht das Vorhersagesystem eine bessere Auflösung erhalten, sondern das Ensemble-Vorhersage-System.

Die weltweite so genannte Ensemble-Prognosen-Auflösung soll dafür um mehr als das Dreifache steigen, mit einer Rastergrößen-Verringerung von derzeit 18 auf 5 km

Denn:

„Derzeit haben wir zwei Mal am Tag 52 verschiedene Vorhersagen, und das gibt uns eine größere Zahl an Wahrscheinlichkeiten, wie sich das Wetter entwickeln wird.“ (DerStandard)

Diese 52 Prognosen entstehen, wenn die Ist-Zustände, die ins Modell einfließen („initial conditions“) geringfügig verändert werden. Bisher wurden sie auch mit einer geringeren Gitterpunktsweite gerechnet, das spart Rechenzeit. Immerhin erscheinen diese Ensemble-Prognosen mit Verzögerung nach dem Erscheinen des Hauptlaufs (ohne Veränderung, aber mit der vollen Modellauflösung), und diese Verzögerung kann im operationellen Betrieb hinderlich sein (Vorhersage-Deadlines, kurzfristige Extrementwicklungen).

Früher galten Modelle mit 12 km Gitterweite als Lokalmodelle, EZMWF fungiert also jetzt bereits als Lokalmodell. Das britische Globalmodell UKMO hatte etwa ein Lokalmodell mit 12 km Gitterweite (NAE), das auf 4 km heruntergeschraubt wurde (Euro4).  Das amerikanische GFS-Modell hat zuvor seine Auflösung von 27 auf 13 km verbessert.

Neben den staatlich entwickelten Wettermodellen, von denen es eine Fülle gibt, sind GFS (vor allem in den USA) und EZWMF (vor allem in Europa) derzeit die führenden Wettermodelle („model guidance“). Im Unterschied zu EZMWF sind die Daten von GFS frei zugänglich und daher für private Wetterdienste mit wenig finanziellem Spielraum lukrativ.

EZMWF hat gegenüber GFS einige Vorteile, wobei die höheren Modellauflösung nicht zwingend dazu gehört. Denn es ist keineswegs so, dass sich die Gitterpunktsweite beliebig verringern lässt, immerhin steigt damit auch die erforderliche Rechenkapazität – und was nützt eine perfekte Vorhersage, wenn sie erst zwei Tage nach dem Eintreten des Ist-Zustands verfügbar ist?

Ob es Grenzen der Vorhersagbarkeit des Wetters gebe, „wissen wir nicht“, sagte Rabier. „Je weiter wir in die Zukunft schauen, desto größere Systeme können wir vorhersagen, vielleicht sogar bis zu einem Jahr“

Interpretation

Was derzeit in den Medien kursiert, ist keine Hexerei! Lokalmodelle und Analysemodelle (wie z.B. VERA oder INCA), die speziell für schwierig prognostizierbares Gelände (Alpen) entwickelt wurden, gibt es schon länger. Die Auflösung der Wettermodelle wird weiter verbessert, von allen Wettermodellen.

Ein paar wichtige Einschränkungen, die auch in den Artikeln durchklingen:

  • Eine Verbesserung der Prognose soll vor allem bei großräumigen Phänomenen wie Hitzewellen, El-Nino oder Hochwasserlagen (wie 2002, 2005, 2013) erreicht werden. Je größer die Systeme, desto leichter sind langfristige Prognosen. Wobei etwa das Alpenhochwasser 2005 damals von GFS von den Regenmengen bereits relativ nahe an der Realität weiter im Voraus erfasst wurde. Seit jeher haben die Modelle jedoch größere Probleme mit sogenannten Vb-Zugbahnen („Adriatief“).
  • Die kleinräumig maximierten Extremniederschläge von Ende Mai bis Mitte Juni 2016 sind dagegen auf ein stationäres Höhentief mit vielen kleinen Nebenwirbeln zurückzuführen, die selbst 1-2 Tage im voraus nur schwer in Intensität und Örtlichkeit vorhergesagt werden können. Weder hier noch bei Gewitterzugbahnen oder gar lokalen Wirbeln wie Tornados sollte man sich große Sprünge in den nächsten Jahren erwarten. Auch lokale Sturzfluten lassen sich höchstens wenige Stunden vorher abschätzen. Im gebirgigen Terrain bleibt dies immer schwieriger als im Flachland.
  • Großräumige Sturmtiefs wie Kyrill (18.1.2007) oder Emma (1.3.2008) waren damals bereits eine Woche im Voraus in Intensität und Zugbahn sehr gut erfasst. In den vergangenen Jahren ist die Frontalzone etwas nach Süden gewandert, wodurch es häufiger zu Shapiro-Keyser-Zyklonen gekommen ist (oben genannte Sturmtiefs sind klassische Norwegerzyklonen). Shapiro-Keyser-Stürme entwickeln manchmal sehr kleinräumige und hochgradig schadensträchtigte Starkwindbänder ohne Niederschlag, sting jets genannt. Spitzenböen bis 190 km/h bei Orkan Christian (28.10.2013) gingen auf einen solchen sting jet zurück. Diese sind wesentlich schwieriger vorherzusagen als die maximalen Windböen bei Norwegerzyklonen, die fast immer in Zusammenhang mit heftigen Schauern oder Gewitterlinien auftreten (ausgenommen Höhenlagen im Warmsektorbereich).
  • Die Automatisierung der Wetterbeobachtung schreitet voran, besonders kritische Übergänge von Regen in Schnee bzw. Regen zu gefrierendem Regen drohen dabei leichter übersehen zu werden, wenn keine händische Überprüfung mehr stattfindet. So hat der Deutsche Wetterdienst in den vergangenen Jahren zahlreiche Wetterbeobachtungen durch Vollautomatische Wetterstationen ersetzt bzw. wurden langjährige Messreihen ganz aufgelassen. (Quelle). Die Güte eines Modells lässt sich aber nur dann nachvollziehen, wenn man ein dichtes Messnetz hat. Interpolation aus verfügbaren Daten, Radarwerten und Berücksichtigung der Topographie können Extremwerte nicht erfassen, sondern höchstens annähern. Es sind aber ebenjene Extremwerte, die zu Schäden führen können.

Was ist realistisch?

Im operationellen Betrieb ist es weder vom Personal noch vom Zeitaufwand her möglich, sich alles anzuschauen, was für eine Vorhersage verfügbar ist. Die Grenzen der Wettervorhersage setzen nicht nur die Wettermodelle, sondern auch die Menge an Wetterdaten, die ein Meteorologe bei der Vorhersageerstellung noch verarbeiten kann. Hochaufgelöste Wettermodelle liefern manchmal hervorragende Trefferquoten, was kleinräumige Ereignisse betrifft, sagen sie an anderen Tagen in der richtigen Stärke an völlig falschen Orten vor oder sagen überhaupt etwas vorher, was nirgends eintrifft. Eine Vollautomatisierung der Wetterprognose (wie z.B. durch Wetter-Apps) ist also nicht möglich – sie mag ausreichend bei Schönwetter sein oder bei durchschnittlichen Wetterereignissen ohne Schadenspotential.

Sobald wir uns jedoch in Größenordnungen bewegen, wo vor allem kleinräumige Ereignisse große Schäden anrichten können, wird die Erfahrung des Meteorologen bedeutsam, der bewerten muss, wie realistisch etwas ist. Hier können vor allem Ensemble-Prognosen, die für kürzere Zeiträume (also 24-48h) gerechnet werden, hilfreich sein.

Selbst wenn es uns künftig gelänge, großräumige Unwetterphänomene wie 2013er Hochwasserlagen oder Kyrill-Stürme noch weiter im Voraus vorherzusagen, wissen wir nicht, ob mit dem Klimawandel nicht die kleinräumigen und damit unberechenbareren Ereignisse noch häufiger werden. Gewisse Schäden sind auch unvermeidlich, denn es lassen sich Ortschaften in Hochwasserrisikogebieten nicht verlegen und auch den Wald kann man nicht mit einer Betonhülle schützen, wenn eine Gewitterlinie mit 200 km/h alles plattmacht.

Ich behaupte vorsichtig, mit 14 Jahre Modelle schauen und 6 Jahre Berufserfahrung, dass sich in der Arbeit des Meteorologen relativ wenig ändern wird. Es wird gut prognostizierbare Stürme und Hochwasser geben, aber weiter auch die kleinräumigen Phänomene mit unvermeidbar kurzen Vorwarnzeiten.Gerade die letzten Jahre haben meiner Ansicht nach gezeigt, dass trotz verbesserter Modellleistungen Extremereignisse gleich schwer prognostizierbar bleiben, siehe auch einen früheren Beitrag von mir.

Wenn man sich die jüngste Performance der Wettermodelle bei Hurrikan MATTHEW anschaut, dann war diese nicht schlecht (Zugbahn gut erfasst, Intensität gut angedeutet). Die USA kamen weit glimpflicher davon als Haiti. Auch eine dreiwöchige Im-Voraus-Prognose hätte aus Elendshäusern in Haiti keine stabilen Villen gemacht. Bei Hurrikan NICOLE hingegen und auch dem möglichen Wechselspiel mit MATTHEW durch den Fujiwhara-Effekt waren die Modelle weniger gut. Die Bermuda-Inseln kamen glimpflich davon, ansonsten blieb NICOLE ein Fischsturm.

Rechtzeitige Wetterprognosen nützen nur dann etwas, wenn ein solides Vorsorgemanagement existiert, das ist sowohl eine finanzielle Frage bei armen Ländern als auch eine Bewusstseinsfrage, wie man sich richtig verhält. Ältere Menschen trinken zu wenig und sind bei Hitzewellen anfälliger für Dehydrierung. Ebenso sollte man nicht unbedingt in potentiellen Überschwemmungsregionen sein Haus bauen. Gegen lokale Sturzflutereignisse wie z.B. in Afritz nützt auch die beste Vorsorge nichts, wenn es Orte trifft, die noch nie etwas Vergleichbares erlebt haben. Die Vorwarnzeit hat hier jedoch Grenzen, die sich auch in den kommenden 10 Jahren wahrscheinlich nur wenig verbessern  werden.