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Gewitter am Heiligen Morgen

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RGB-Satellitenbild von EUMETSAT am 25.12.2018, 04 Uhr MEZ

So mancher Bewohner am Alpennordrand wurde am Morgen des Heiligen Abends unsanft aus dem Schlaf gerissen. Ich hatte das Fenster offen und reagierte eher geistesgegenwärtig, als ich es draußen klappern hörte und sofort hellwach war. Plötzlich tat es einen Knall, ein greller Blitz und lautes Donnergrollen. Dazu schwere Sturmböen und Starkregen wie bei einem sommerlichen Gewitter. Das Gewitter dauerte etwa zwanzig Minuten, der Sturm war nach wenigen Minuten vorbei.  Gegen Ende mischten sich Schneeflocken zum Regen hinzu. Nach Tief VAIA (29/30.10.18) und Sturmtief FABIENNE (23.9.18) war die Kaltfront von Sturmtief TETE das eindrucksvollste Wettereignis der letzten drei Monate. Entlang der Nordalpen führten die Bäche und kleineren Flüsse aufgrund von Starkregen und Schneeschmelze verbreitet ein 1-5jähriges Hochwasser, zudem kam es zu Murenabgängen (Vorarlberg, Allgäu).

Entwicklung von Tief TETE im Satellitenbild

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Frontensystem von Sturmtief TETE am 24.12.2018, 07 Uhr MEZ

Drei Stunden nach dem Bild aus dem Titel hat die Kaltfront bereits die Nordalpen überquert. Das Besondere an dieser Kaltfront ist, dass präfrontal und postfrontal ein skaliges Regengebiet eingelagert (skalig: überwiegend stratiform, aber konvektiv verstärkte Niederschlagsraten). Daher lässt sich aufgrund des Satellitenbilds nicht gut auf die Position der Kaltfront schließen. Rückseitig taucht hochreichende Bewölkung auch über Tschechien auf, welche zur Okklusion des zu diesem Zeitpunkt noch flachen Tiefdruckgebiets gehört. Die Kaltfront selbst ist in der zweiten Nachthälfte zeitweise über 1200km lang und reicht vom Norden Frankreichs bis nach Niederösterreich.

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Frontensystem um 13 Uhr MEZ

Mittags hat die Kaltfront den Ostalpenraum vollständig überquert, dahinter strömt labil geschichtete Polarluft nach, mit weiteren Schneeregen- und Graupelschauern. Die Okklusion befindet sich nun über dem Osten Ungarns bzw. dem Südwesten der Ukraine. Auffallend ist das gerippte Muster an der Kaltfront bis in den Warmsektor, es deutet die Lage des Jetstreams bzw. dessen linken Ausgang an. Hier bilden sich durch die starke Höhenströmung Schwerewellen aus. Man sieht sie recht häufig zusammen mit Gewitterlinien (so auch bei KYRILL, EMMA und FABIENNE).

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Sturmtief TETE am 25.12.2018, 18 Uhr MEZ

Ein Bild vom 1. Feiertag am Abend. Das Sturmtief besitzt bereits eine eingeringelte Okklusion, die Warmfront ist immer noch sehr ausgeprägt, während die Kaltfront unter reichlich hoher Bewölkung verschwindet. Daran schließt eine deutliche Verwellung an und eine weitere über dem südlichen Mittelmeer, letztere jedoch mit deutlich niedrigeren Wolkenobergrenzen, da schon weit aus dem Höhentrog herauslaufend und damit in Stabilisierung befindlich.

Wetterablauf der Kaltfront im Alpenraum bzw. Süddeutschland

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Um 04 Uhr liegt die extrem schmale, in ein Regengebiet eingebettete Kaltfront über Süddeutschland, wie auch bei der Kaltfront von FABIENNE sind die linienförmigen Radarechos in Verlagerungsrichtung vorgewölbt („Bogenechos“), was auf lokal schwere bis orkanartige Sturmböen schließen lässt.

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Wenige Minuten vor Beginn der Gewitter in Salzburg hat sich die Kaltfront nochmals intensivert. Durch den rapiden Temperaturückgang rückseitig der Front geht der Niederschlag von Regen in Schnee über, was die Ausbildung eines Bright Bands zur Folge hat (Echointensivierung durch schmelzende Schneeflocken, die mit einem dünnen Wasserfilm glasiert sind).

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Windspitzen zwischen 01 und 07 Uhr MEZ

Die 6-stündigen Windspitzen bis 07 Uhr zeigen das Maximum im Chiemgau und Flachgau, mit verbreitet 90-100km/h, am Feuerkogel wurden 156 km/h gemessen.

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3-stündige Druckänderung zwischen 04 und 07 Uhr MEZ

Beeindruckend ist der Druckanstieg mit Kaltfrontdurchgang, um 07 Uhr MEZ bereits verbreite 30er bis 70er Anstiege.

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3-stündige Druckänderung zwischen 05 und 08 Uhr MEZ

Um 8 Uhr kurzzeitig sogar um 10 hPa in 3 Stunden über Chiemgau und Flachgau.

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Taupunkte um 03 Uhr MEZ

Das transportierte Gewitterpotential auf engstem Raum ließ sich auch gut anhand der Bodentaupunkte ablesen. Um 3 Uhr MEZ befindet sich eine Zone mit 9-10°C Taupunkte über der Mitte Süddeutschlands.

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Taupunkte um 04 Uhr MEZ

Unmittelbar vor Beginn der Gewitter am Alpennordrand hat sich die Zone unter leichter Abschwächung (7-9°C) herangeschoben. Davor und danach deutlich niedrigere Taupunkte.

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Taupunkte um 05 Uhr MEZ

Zeitgleich mit den Gewittern weitere Abschwächung auf 6-8°C und Verschärfung des rückseitigen Taupunktsgradienten (2-4°C).

Großwetterlage zum Zeitpunkt des Kaltfrontdurchgangs

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300 hPa Wind, Jetstream und Divergenz um 07 Uhr MEZ (Analyse)

Die Kaltfront befindet sich trogvorderseitig direkt unter einem markanten Jetstreak mit über 110kt in 300 hPa. Genau genommen handelt es sich um zwei Jetstreams, einem über Tschechien und einem schwächeren über Benelux. Die Gewitter traten sowohl im linken Ausgang des schwächeren als auch im rechten Eingang des stärkeren Jetstreams auf, also unter maximalem Hebungsantrieb. (Höhendivergenz = oben fließt viel Masse weg, die aufgrund der Massenerhaltung von unten nachströmen muss ==> starke Aufwärtsbewegung)

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850 hPa Geopotential + Temperatur um 07 Uhr MEZ (Analyse)

Das Tiefdruckgebiet befindet sich bodennah zum Zeitpunkt des Frontdurchgangs über Ungarn/Slowakei, man sieht die Drängung der Isohypsen (Windbeschleunigung) in rund 1400-1500m Höhe.

Modellvorhersagen (Auswahl)

Damit es nicht zu umfangreich wird, hier nur eine Auswahl bestimmter Modellkarten.

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EZMWF-Prognose vom 23.12.,12z-Lauf für 24.12., 05 Uhr MEZ (1-stündiger Niederschlag)

Selbst das Globalmodell EZMWF hat den kleinräumig intensiven Niederschlag an der Kaltfront erfasst, wenn auch zu weit nördlich (zu langsam im Modell).

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Euro4, 23.12., 12z-Lauf für 24.12., 05 Uhr MEZ

Das Britische Lokalmodell ist von der Position her schon besser.

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COSMO-D2, 23.12.-12z-Lauf für Montag, 05 Uhr (1-stündig)

Das deutsche Lokalmodell zeigt ebenso einen linienförmige Verstärkung des Niederschlags mit präfrontal ausgeprägtem Niederschlagsgradienten (von 1-2 auf 5-7mm/h).

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COSMO-D2, 12z-Lauf für Montag, 05 Uhr, 850 hPa Wind (kt)

Der zugehörige Höhenwind in 1500m zeigt präfrontal stürmischen Westwind mit 50-60kt, dann entlang der Linie (grün) eine markante Windabnahme (Niederschlagsabkühlung bodennah so stark, dass Höhenwind entkoppelt wird) und dahinter nochmal auffrischenden Nordwestwind mit 40-50kt. Das entspricht den Beobachtungen (nach den ersten Sturmböen kurzzeitig fast Windstille, dann nochmal stürmisch) und wurde so auch bei der Kaltfront von Orkan KYRILL am 18.Jänner 2007 beobachtet.

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GFS-3-std.-Niederschlag zwischen 04 und 07 MEZ, punktiert = konvektiv

Die gerechneten Niederschlagsmengen von GFS sind bereits ein starkes Warnzeichen für hochreichende Konvektion, gemeinsam mit der Drängung der Isolinien der Nullgradgrenze (starker Temperaturrückgang). Niederschlagsraten von 15-20mm/3 Std. sind nur mit heftigen Regenschauern und Gewittern denkbar.

War die schmale Linienform der Gewitter erkennbar?

Ja! In den hochaufgelösten Wettermodellen von COSMO (2.2km), WRF-Wetterzentrale (5km) und WRF-Kachelmann (1x1km) konnte man die Linie schon in den Prognosen vom Vortag wiederfinden!

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COSMO-12z-Lauf für Montag, 05 Uhr, CAPE (J/kg)

Die Linienform ist deutlich erkennbar und stimmt mit der Position der Kaltfront überein. Die CAPE-Menge ist minimal (10-100 J/kg), aber offenbar ausreichend.

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WRF-Wetterzentrale, 12z-Lauf, für Montag, 05 Uhr MEZ – CAPE (J/kg)

Im GFS-WRF der Wetterzentrale war die Linie sogar noch deutlicher und durchgehender zu sehen, Werte hier von 50 bis 200 J/kg reichend. Immer noch minimal, aber nicht nichts!

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WRF-1x1km 18z-Lauf für 04 Uhr MEZ, simulierte maximale Radarreflektivität

Note 1 mit Sternchen erhält das hochaufgelöste WRF (in GFS genestet) mit einer der Realität sehr nahe kommenden schmalen Gewitterlinie mit hoher Reflektivität.

Die Radiosondenaufstiege von Linz, München, Stuttgart und Kümmerbruck verdeutlichen den Kaltfrontdurchgang anschaulich:

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Radiosondenaufstieg von Linz (links, 04 Uhr MEZ) und München (rechts, 01 Uhr MEZ )

Linz unmittelbar vor Kaltfrontdurchgang, München weiter davor. In beiden fällen hochreichend sehr feucht und stark geschert, im Linzer Fall feuchtneutral in den unteren Luftschichten. PWAT (Gehalt niederschlagbaren Wassers der gesamten Luftsäule) für die Jahreszeit sehr hoch um 22 mm.

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Aufstiege von Stuttgart (oben, 01 und 13 Uhr MEZ) und Kümmersbruck/Ostbayern (01 und 07 Uhr MEZ)

Hohe PWAT-Werte auch bei Stuttgart und Kümmersbruck vor der Front, danach deutlicher Rückgang (morgens 12mm in Kümmersbruck und mittags 7mm in Stuttgart), eingezeichnet (blau) zudem die Nullgradgrenze. Man sieht, wie es in allen Höhen deutlich kälter wird, am deutlichsten unterhalb von ca. 700 hPa zu sehen. In Kümmersbruck ist auch das bodennahe Einströmen der Kaltluft unterhalb 850 hPa gut erkennbar anhand der nach links ausbeulenden Temperaturkurve.

Wenn man sich jetzt die 8-10°C Taupunkte mit den Gewittern bei den Aufstiegen von Linz und München vorstellt, kommt man in etwa auf die gerechneten 50-100 J/kg CAPE und sommerliche Gewitterwolken-Obergrenzen von 7-8km. Durchaus bemerkenswerte Profile für den Frühwinter.

Abschwächung von Sturm FABIENNE über Österreich – Ursachensuche

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RGB-Satellitenbildanalyse von „FABIENNE“ um 19 Uhr Lokalzeit

Bis etwa 20 Uhr Lokalzeit lief am Sonntag, 23. September 2018, alles programmgemäß. Es bildete sich eine zeitweise über 800 km lange Gewitterlinie von Ostfrankreich über Süddeutschland bis Tschechien und die Südwestgrenze Polens aus. Es entstanden die bogenförmigen Ausbuchtungen an der Linie, lokal fegten Tornados hinweg. Die 159km/h vom Weinbiet klingen zwar spektakulär, ich war dort aber schon oben und die Station steht an einer sehr exponierten Kuppe, ideale Überströmung, und daher nicht ungewöhnlich. Anders die 137 km/h in Würzburg und die 148km/h in Konstanz (alter Rekord von Orkan Vivian am 27.2.1990 von 122 km/h pulverisiert).

In Österreich fiel der Sturm deutlich schwächer aus als erwartet: Reichenau a.d. Rax 121km/h und Reutte 112 km/h noch mit erwarteter Stärke. Sonst aber nirgends höher. In Ramsau/Dachstein 109 km/h, Wiener Neustadt 102 km/h und Irdning/Ennstal 100 km/h.

Irdning steht ebenfalls exponiert, Wiener Neustadt bekam Wienerwaldföhn und Ramsau hatte die Spitze kurz vor 3 Uhr, ebenfalls mit durchgreifendem Nordföhn.

Die Erklärung im ORF (abgerufen am 24.09.18, 11.25 – vmtl. APA-Meldung, weil in etlichen Zeitungen falsch) ist jedenfalls völlig falsch:

Laut Meteorologen haben starke Gewitter in Bayern die angekündigten, orkanartigen Böen erheblich abgeschwächt, teilte Franz Resperger vom Landesfeuerwehrkommando am Montag in den frühen Morgenstunden mit.

Über Bayern sind gerade mit den Gewittern Orkanböen aufgetreten. Und was haben Gewitter in Bayern mit den Windverhältnissen in Österreich zu tun?

In Österreich vielfach zu feucht und zu kühl vor der Kaltfront

Nach ausgiebiger Recherche bin ich zu der Erkenntnis gelangt, dass der ausgeprägte Warmfrontniederschlag Sonntagfrüh und Sonntagvormittag die Niederungen Österreichs zu stark anfeuchtete und abkühlte. In der Schweiz und in Süddeutschland zog der Regen früher ab und mit Nähe zum Tiefdruckkern waren die Luftdruckdifferenzen größer. Dadurch kam es dort vor der Kaltfront zu starkem Südwestwind mit teils stürmischen Böen. Das hat die herangeführte Warmluft in der Höhe bis zum Boden herabgemischt. Verbreitet wurden 20 bis 25 Grad gemessen.

In Österreich blieb es mit Abzug der Warmfront auf den Gipfeln mild, so meldete der Sonnblick noch um 20 Uhr +6°C, um 21 Uhr vor Frontdurchgang +5°C. Erst nach Mitternacht fiel die Temperatur auf 0 Grad und sackte dann weiter ab. In den Niederungen wurde die Maxima meist zwischen 16 und 18.00 Uhr Lokalzeit erreicht, mit 18 bis 22 Grad. Im Hinblick auf die Temperaturwerte in der Höhe (z.b. Rax, 1550m, +17°C) entspricht das aber bei weitem nicht den theoretisch möglichen Höchstwerten (+25 bis +30°C) bei dieser Luftmasse. Nach 19 Uhr gingen die Temperaturwerte dem normalen Tagesgang entsprechend fast überall zurück, ausgenommen in einem schmalen Band vom Bodensee über das Außerfern bis zum Chiemgau und Flachgau. Dabei wehte vom Warmluftband ausgenommen überall nur schwacher Wind in den Tälern. Auf den Bergen etablierte sich im Warmsektor zwar (seichter) Südföhn, auf den Bergen aber kaum starker Westwind. Hunerkogel/Dachstein (2700m) hatte untertags 40-60km/h Südostwind. Auch an anderen Bergstationen der Steiermark vom Lawinenwarndienst zeigen sich ähnliche oder sogar noch schwächere Windmessungen untertags. Mit anderen Worten, die Föhnkomponente, aus welcher Richtung auch immer, war zu schwach, um die Warmluft bis in die Niederungen zu transportieren. Da es bis zum Vormittag zudem stark bewölkt war, reichte die Tageserwärmung nicht aus, vom Boden ausgehend in die Höhe zu durchmischen (Sonnenstand Ende September!).

In Süddeutschland betrug die horizontale Temperaturdifferenz entlang der Kaltfront stets rund 10 Grad, zudem zur besten Tageszeit mit Höchstwerten am späten Nachmittag. Zwischen 21 und 22 Uhr Lokalzeit erfasste die Kaltfront den Alpennordrand und räumte das oben erwähnte Warmluftband vollständig aus. In Konstanz fiel die Temperatur innerhalb weniger Minuten um 10 Grad, der Druck stieg um 6 hPa. Auch Reutte lag in diesem Warmluftband (110 km/h). Inneralpin hat es aber vor Ankunft der Kaltfront bereits deutlich abgekühlt auf 14 bis 19 Grad. In Salzburg ging die Temperatur im Gewitter von 18 auf 15°C zurück. Gleichzeitig lagen die relativen Luftfeuchten vor der Front verbreitet zwischen 75 und 100%.

Das hat nun mehrere Auswirkungen:

Geringe horizontale Temperaturgegensätze schwächen die Querzirkulation an der Kaltfront ab (Warmluft wird in die Höhe gerissen, Kaltluft dahinter sinkt rasch ab), die Gewittertätigkeit hat über Österreich entsprechend rasch abgenommen und war im Osten überhaupt nicht mehr präsent

– hohe relative Luftfeuchtigkeit verhindert vertikale Durchmischung und damit den Impulstransport der starken Höhenwinde zum Boden, sie verhindert außerdem, dass der starke Niederschlag Verdunstungskälte erzeugt, was die Abwinde zusätzlich beschleunigt und den starken Höhenwind zum Boden drücken kann.

– Hohe absolute Feuchte (Plusgrade bis weit über 3000m hinaus) verhinderte außerdem, dass sich Hagel/Graupelkörner bildeten, welche durch Schmelzprozesse der Umgebungsluft Wärme entziehen und ebenfalls kalte Abwinde fördern.

Außerdem befand sich der stärkste Druckanstieg deutlich hinter der Kaltfront, aber mit abnehmenden Höhenwinden.

Nach 21 Uhr Lokalzeit ist die Kaltfront auch im Satellitenbild zerfleddert, sie wurde zunehmend strömungsparallel (kräftiger Westsüdwestwind in der Höhe), was die Querzirkulation weiter abschwächt. Vor der Kaltfront bildeten sich vermehrt Niederschlagsechos und feuchteten bei weiterer, leichter Abkühlung die Niederungen an, schwächten den Temperaturgradienten weiter ab. Die Linienform des konvektiven Niederschlags geht in eine Clusterform über, die ohne entsprechende Intensität nicht für starke Windböen spricht.

Die Modelle haben den Höhenwind zwar in den Abendläufen weiter abgeschwächt, aber er lag verbreitet um 50-60kt, was bei Durchzug einer Gewitterlinie gewöhnlich ausreicht, um diese vollständig zum Boden zu transportieren.

Zusammenfassung

  1. Warmfrontniederschlag hat die Temperaturhöchstwerte in den Niederungen reduziert und die Luftmasse feucht gehalten
  2. Tageszeitliche Abkühlung am Abend senkte die Temperatur vor Frontankunft zusätzlich
  3. Ausbleibende föhnige Effekte durch die Distanz zum Tiefdruckkern verhinderten Aufrechterhaltung des starken Temperaturunterschieds bei Ankunft der Kaltfront
  4. Spitzenböen vorwiegend dort, wo die Warmluft im Warmsektor des Tiefs zuvor die Niederungen erreicht hat und die relative Luftfeuchte niedriger gehalten hat (Verdunstungskälte), dadurch markante Temperaturrückgänge und Druckanstiege
  5. Ausnahme: Nordföhneffekte (Ramsau, Irdning, Reichenau/Rax) mit/nach Frontdurchgang
  6. Strömungsparallele Lage der Kaltfront zum Höhenwind hat die Intensität über den Ostalpen weiter abgeschwächt und die Gewittertätigkeit zum Erliegen gebracht.

Grafiken würden diese Analyse nun noch schön aufpeppen, ist mir an meinem freien Tag aber zu zeitaufwendig jetzt, ich bitte um Verständnis.