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Vom Unwetter überrascht? Niemals.

Nach einem Unwetter in den Schweizer Alpen ist die Zahl der gestorbenen Skitourengeher auf fünf gestiegen. [….] als sie am Sonntag von einem plötzlichen Wettereinbruch überrascht wurden.

Die Skitourengeher gehörten zu zwei Gruppen aus insgesamt 14 Deutschen, Italienern und Franzosen. Sie gerieten nach Polizeiangaben am knapp 3.800 Meter hohen Pigne d’Arolla unerwartet in einen Sturm und verbrachten die Nacht im Freien. […]

Bei den verunglückten Bergsteigern handelte es sich um zwei Schweizer im Alter von 21 und 22 Jahren. Sie waren nach Angaben der Polizei im Gebiet zwischen den Kantonen Wallis und Bern von dem Unwetter überrascht worden. Sie wurden als vermisst gemeldet. Ihre Leichen wurden gestern Früh gefunden.

[…]

Quelle: http://orf.at/stories/2436330/ (abgerufen am 01.05.18, 16.00 MESZ)

Im Polizeiticker der Kantonpolizei Wallis (Text vom 30.04.18, 17.20) wird überdies erwähnt, dass die Gruppe Skitourengeher mit einem Bergführer unterwegs war. Dieser ist auf der Suche nach der Hütte tödlich abgestürzt, die verbliebene Gruppe ist offenbar in Panik geraten. Mehr möchte ich nicht spektakulieren, bis die Überlebenden befragt werden konnten.

Grundsätzlich kann ich nicht beurteilen, nach welchem Wetterbericht sich die Gruppe bzw. der Bergführer gerichtet hat. Meine Analyse wird zeigen, dass der Wetterumschwung sehr gut vorhergesagt war. Alle Modelle hatten den Sturm und die übergreifenden Schauer bzw. Gewitter korrekt prognostiziert, und das schon Tage im Voraus, definitiv aber am Vortag.

Die Aussage, die verunglückten Berggeher seien vom Unwetter überrascht worden, mutet eher wie eine Schutzbehauptung an, denn über Tote soll man ja nicht schlecht sprechen. Leider hilft das nicht, künftige Unglücke zu verhindern.

Unglücksregion

Der Pigne d’Arolla ist ein Berg in den Walliser Alpen mit 3790m Höhe, direkt am Alpenhauptkamm in der Südschweiz gelegen. Das zweite Unglück geschah am Mönch (4107m) in den Berner Alpen weiter nordöstlich.

„via Lauperrippe auf den Mönch aufgestiegen und anschliessend via Nordostgrat in Richtung Eigerjoch abgestiegen, dort aber nie angekommen.“

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Quelle: Google Map

Wetterlage

Ein kräftiges Bodentief liegt über Ostfrankreich. An seiner Rückseite wird kalte Luft von der Nordsee über England bis nach Nordfrankreich gesteuert. Dort fiel am Montag, 30.04., sogar Schnee! Gleichzeitig wurde feuchtwarme und recht labil geschichtete Luft vom Mittelmeer gegen die Südalpen gepresst. Im Nordalpenraum stellte sich eine stürmische Südföhnströmung ein. Im Laufe des Abends und in der Nacht auf Montag überquerte die Kaltfront von Südwesten her die Alpen, das Niederschlagsgebiet löste sich föhnbedingt alpennordseitig weitgehend auf und eine markante Druckwelle verlagerte sich Montagvormittag entlang der Alpennordseite ostwärts. Es kühlte in allen Höhen deutlich ab, gebietsweise um 10 Grad und mehr.

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Abb.1: Bodendruck und 850 hPa pseudopotentielle Temperatur am Sonntagabend, 20.00 MESZ, Quelle: http://www.wetter3.de

Das Luftmassen-RGB von 11.00 MESZ zeigt die Kaltfront über Südfrankreich und die Balearen bis Nordalgerien reichend. Im Südalpenbereich hat sich bereits Stau etabliert, westlich der Schweiz sind erste hochreichende Gewitterzellen zu sehen.

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Abb. 2: Satellitenbild, RGB-Luftmassenbild, am Sonntag um 11.00 MESZ

Um 17.00 MESZ hat sich die Gewittertätigkeit auf die West- und Südschweiz ausgedehnt, auch die Kaltfront rückt heran.

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Abb.3.: RGB-Luftmassenbild um 17.00 MESZ

Um 20.00 MESZ befinden sich einzelne, größere Gewitterzellen („Gewittercluster“) südlich des Alpenhauptkamms, der Kaltfrontdurchgang steht unmittelbar bevor. Über der Nordschweiz ist eine Föhnlücke (Wolkenlücke) erkennbar.

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Abb.4.: RGB-Luftmassenbild um 20.00 MESZ

Quelle aller Satellitenbilder: EUMETSAT 2018

Die Blitzerfassung zeigt, dass knapp östlich vom Pigne d’Arolla sowie bis knapp zum Mönch eine hohe Blitzdichte vorherrschte. Der Schwerpunkt aller Gewitterzellen lag auf italienischer Seite.

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Abb.5.: 24-stündige Anzahl der Blitzeinschläge am Sonntag über der Schweiz und angrenzende Länder, Quelle: lightningmaps.org

Auf den Bergen wurden am Sonntagnachmittag verbreitet Orkanböen aus Süd gemessen (Föhnorkan), mit Spitzen um 150 km/h.

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Abb.6: Windspitzen zwischen Sonntag, 14.00 und 20.00 MESZ, Quelle: kachelmannwetter.com

Die Abfolge der Radarbilder wird zeigen, weshalb der Föhn nicht immer eine Wetterscheide impliziert.

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Abb.7: Radarbild um 09.00 MESZ

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Abb.8: Radarbild um 12.00 MESZ

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Abb.9: Radarbild um 15.00 MESZ

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Abb.10: Radarbild um 17.00 MESZ

Quelle aller Radarbilder: Kachelmannwetter.com (Radar Schweiz)

Während die höchsten Radarreflektivitäten südlich des Alpenhauptkamms blieben, reichte der Ambossniederschlag weit auf die Alpennordseite – er wurde vom stürmischen Südwind verfrachtet.

Die Radarbilder zeigen außerdem, dass bereits am Vormittag stärkere Schauer durchzogen, d.h., das Himmelsbild war schon zeitig in der Früh nicht ungetrübt, sondern deutete auf eine labile Wolkenschichtung hin. Später hat es in beiden Unglücksregionen teilweise kräftige Niederschläge gegeben. Am Abend verclusterten die Ambossniederschläge zusehends und gingen in flächigen Niederschlag über, bei gleichzeitiger Abkühlung in der Höhe. In Verbindung mit dem stürmischen Südwind bedeutete das auf den Gipfeln Schneesturm mit White-Out-Bedingungen (extrem geringe Sichtweiten). Temperaturen von -5 bis -10°C sind zwar nicht extrem niedrig, aber bei Böen von weit über 100 km/h ergibt das eine gefühlte Temperatur von unter -40°C. Erfrierungen drohen dann schon nach kurzer Zeit!

Vorhersage Sturm und Niederschlag am Beispiel EZWMF

Ich habe mir alle Modelle angeschaut, die vom Kachelmann-Wetterdienst zur Verfügung gestellt werden. Sowohl Niederschlag/Gewitterrisiko als auch das Sturmpotential wurden frühzeitig und rechtzeitig erfasst. Nachdem ich am Vortag noch Dienst hatte, wusste ich von der generell stürmischen Südföhnströmung im Alpenraum am Sonntag, sowie vom Kaltfrontdurchgang aus Südwesten. Unklar war lediglich, wie wetteraktiv die Kaltfront an der Alpennordseite noch ausfallen würde.

Alle Prognosekarten stammen vom europäischen Wettermodell EZWMF, jeweils vom Morgen-Lauf des Samstags, 28.04.2018 (00 UTC). Ich habe bewusst diesen Modelllauf ausgewählt, um zu verdeutlichen, dass die Wetterdienste bereits am Samstagmorgen gewusst haben, was Sonntag(abend) auf die Schweizer Alpen zukommt. Von einem plötzlichen Schlechtwettereinbruch kann also keinesfalls die Rede sein!

Windprognose für ca. 3000m Seehöhe

Günstiger wäre eine Prognosekarte für 4000m Höhe (ca. 600 hPa), diese ist aber nicht frei verfügbar. Es ist aber auch so erkennbar, dass am Nachmittag eine mittlere Windgeschwindigkeit von 80km/h vorhergesagt war, d.h. Sturm. Bei kräftigem Föhn und in Verbindung mit Niederschlag (Verdunstungskälte!) kann man einen Böenfaktor von 1,5 bis 2 hinzurechnen und erhält die gemessenen 120 bis 150km/h, auf den besonders exponierten Gipfeln am Alpenhauptkamm sind auch weit höhere Windgeschwindigkeiten denkbar. Das dürfte auch den beiden Alpinisten am Nordostgrat vom Mönch zum Verhängnis geworden sein.

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Abb.11: Vorhersage für Sonntag, 14.00 MESZ, 700 hPa (ca. 3km Höhe), Wind in km/h

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Abb.12: Vorhersage für Sonntag, 17.00 MESZ, Wind in 700 hPa, km/h

Die Niederschlagsprognosen zeigen zwar den Schwerpunkt südlich des Schweizer Alpenhauptkamms, aber auch ein Überschwappen auf die Nordseite. In Verbindung mit der labilen, gewitteranfälligen Luftmasse und der kräftigen Höhenströmung darf man diese Mengen nicht eins zu eins übernehmen. Sie können punktuell durch den Schauercharakter deutlich höher ausgefallen sein sowie weiter nördlich abdriften. Das können Globalmodelle (mit geringer räumlicher Auflösung) nicht gut auflösen und Lokalmodelle (mit hoher räumlicher Auflösung) zeigen es nicht immer am richtigen Ort und zur richtigen Zeit. Diese Unschärfe bilden die beliebten Meteogramme und Wetter-App-Darstellungen nicht gut ab.

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Abb.13: Niederschlags-Vorhersage für Sonntag, 08.00 bis 14.00 MESZ

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Abb.14: Niederschlagsvorhersage für Sonntag, 14.00 bis 20.00 MESZ

Quelle der Prognosekarten: Kachelmannwetter.com

Schlussfolgerungen

Eine Betrachtung aller Modellvorhersagen würde den Rahmen dieser Fallstudie sprengen, es sei aber festgehalten, dass das Wetterereignis großräumig und lokal frühzeitig von den führenden Wettermodellen erfasst wurde.

Vorlaufend zur durchschwenkenden Kaltfront entstanden teils kräftige Gewitter über Oberitalien, die mit der starken südlichen Höhenströmung über den Alpenhauptkamm auf die Alpennordseite getragen wurde. Föhnbedingt schwächten sie sich dabei zwar ab, es reichte aber für deutlich absinkende Wolkenuntergrenzen, schlechte Sichten, Schneefall in den Gipfellagen, teils von Blitz und Donner begleitet und Orkanböen. Föhnböen alleine sind schon tückisch, aber wenn Niederschlag in eine sehr trockene (Föhn-) Luft fällt, verdunstet dieser. Die Verdunstung entzieht der Luft Wärme, sie kühlt ab und beschleunigt abwärts. So entstehen kräftige Fallwindböen. Auf einem exponierten Grat kann dies zum Gleichgewichtsverlust und Absturz führen, bzw. bei längerem Aufenthalt im Freien zur Unterkühlung und schweren Erfrierungen.

Die Webcam-Bilder zeigen die labile Quellbewölkung schon am Morgen im Bereich der Jungfrau, unweit vom Mönch, sowie die Föhnmauer über dem Mont Blanc, was bereits auf erhebliche Windgeschwindigkeiten hindeutet.

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Webcambild Konkordiahütte/Jungfrau, Sonntag, 29. April 2018, 07.40 MESZ, Quelle: foto-webcam.eu

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Ausschnitt aus der Webcam Chamonix am Sonntag, 10.45 MESZ mit Blick auf die Mont-Blanc-Kette (Quelle)

Das Résumée bleibt also, dass beide Tragödien bei Berücksichtigung der lokalen Wetterprognosen zu verhindern gewesen wären. Der Kaltfrontdurchgang war schon Tage im Voraus angekündigt. Es wurde nicht plötzlich schlecht, sondern war schon davor windig. Föhn geht häufig, in den Westalpen noch häufiger, mit einer Kaltfront zu Ende. Vorlaufend zu einer Kaltfront entstehen in einer sommerlich-labilen Luftmasse, und dieser April zeigte sich über weite Strecken eher wie ein Mai/Juni denn als Frühlingsmonat, ebenfalls häufig Gewitter. Dies hat – noch vor dem eigentlichen Wetterumschwung in der Nacht auf Montag den Schlechtwettereinbruch am Sonntag verursacht.

Postskriptum:

Ich lese und höre den Ausspruch „in den Bergen schlägt das Wetter gerne plötzlich/überraschend um“ regelmäßig, zweifle aber dessen Wahrheitsgehalt stark an.

Föhn, der von Niederschlägen abgelöst wird, ist ein großräumiges Wetterphänomen, das die Modelle inzwischen gut im Griff haben. Unterschätzt wird eher noch der Zeitpunkt, ab dem Föhn zusammenbricht.

Gewitterniederschläge sind häufig punktuell, sofern es sich nicht um ganze Gewittercluster handelt. Eine labile Luftschichtung wird aber ebenfalls meist gut vorhergesagt, tendenziell eher überschätzt.

Frontniederschläge generell (Warmfronten, Kaltfronten, Okklusionsfronten) werden von Modellen Tage im Voraus gut erfasst. Bei Warmfronten aus Nordwesten besteht zwar ein Hang zur Unterschätzung, was aber von erfahrenen Vorhersagern meist kompensiert wird (auch deswegen: Lieber Prognosen vom Menschen als automatisiert!). Am unsichersten sind noch Vb-Lagen mit Italien- oder Adriatief. Bei Wetterprognosen mit großer Streuung/Unsicherheit gebietet es aber ohnehin die Vernunft/der Hausverstand, die lokalen Prognosen aufmerksam zu verfolgen.

Die größte Gefahr, überrascht zu werden, besteht wohl noch bei den klassischen Wärmegewitter-Lagen, wenn isoliert mächtige Wolkentürme hinaufschießen. Bei hochsommerlicher Luftschichtung kann dann schon innerhalb von 20min ein Gewitter entstehen. Ist die Höhenströmung schwach, verlagert es sich kaum vom Fleck und kann gewaltige Regenmengen hinterlassen. Ich bin allerdings ein Anhänger der Philosophie des Tornadoforschers Chuck Doswells, die lautet, dass auch Wärmegewitter einen übergeordneten/dynamischen Auslöser brauchen und Wärme/Hitze bzw. Sonneneinstrahlung alleine nicht ausreichen. Wer bei geringem Gewitterrisiko trotzdem erwischt wird, hat wohl einfach Pech gehabt. Die gestrige Wetterlage war aber keine Wärmegewitter-, sondern eine Frontgewitterlage.

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.

Ich würde grundsätzlich anders argumentieren:

Großräumiger Hebungsantrieb und Luftmassengrenze

Chuck Doswell, ein berühmter Gewitter- und Tornadoforscher aus den USA (den ich selbst einmal kennenlernte durfte), ist der Ansicht, dass Sonneneinstrahlung (und Auslösungstemperaturen) nie alleine ausreichen, um Gewitter zu erzeugen. Es gibt immer einen Hebungsmechanismus durch eine (lokale) Front, die vielleicht nicht immer sichtbar ist aus den Messdaten.

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Abb. 1: Windrichtung am 16.04.18, 16.00 MESZ, über der Steiermark, Position der Bodenwindkonvergenz mit Andeutung beider Windregime

Tatsächlich war die Windkonvergenz nicht auf lokale Abwinde durch das Grazer Gewitter beschränkt, sondern viel großräumiger und reichte von den Mürzsteger über die Fischbacher Alpen bis in die Südsteiermark, quer durch Graz hindurch. Das erklärt, weshalb der Westen viel stärker betroffen war als der Osten. Ein weiterer Umstand deutet auf eine Front oder Luftmassengrenze als Hauptverursacher hin, nämlich die Taupunkte:

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Abb.2: Taupunkte um 16.00 MESZ über der Steiermark, rot markiert die Grenze zwischen höheren und niedrigeren Werten

Von Oberkärnten über die Obersteiermark bis ins Industrieviertel strömten deutlich niedrigere Taupunkte ein, während sie in der südöstlichen Steiermark sowie über Slowenien ein Maximum erreichten. Damit lag auch die energiereichste Luftmasse östlich und südlich der oben eingezeichneten Windkonvergenz.

Die Gewitter, insbesondere die ortsfesten Gewitter (siehe Radarloop im Link der „Kleinen Zeitung“) zündeten entlang einer Luftmassengrenze.  Die Sonneneinstrahlung mag zusätzlich mitgeholfen haben, nötig war sie aber nicht, denn Gewitter entstanden auch über dem Wechsel-Semmering-Gebiet unter dem dichten Cirrusschirm und keiner Sonne.

Die Konvergenz am Boden wurde synoptisch-skalig, also großräumig in der Höhe, erzeugt (nun wirds ein bisserl technisch):

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Abb.3: Windverhältnisse in der oberen Troposphäre (ca. 9km) und Divergenz (Auseinanderströmen oben führt aufgrund der Massenerhaltung zum Zusammenströmen und Aufsteigen am Boden), 14.00 MESZ

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Abb.4.: Hebungsantrieb in der oberen Troposphäre, 14.00 MESZ

Beide speziellen Modellanalysekarten zeigen einen übergeordneten Antrieb für Hebung, einerseits durch Divergenz in der Höhe, andererseits durch eine Trogachse über Westösterreich, die in Verlängerung bis zur oberen Adria reichte, wo ein neuer Tiefkern entstand.

Einfluss von Saharastaub auf die Intensität der Gewitter?

Ein weiterer Faktor, der in keinem Medienbericht erwähnt wurde, war das Beisein enormer Mengen an Saharastaub:

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Abb.5: Sichtbarer Kanal von MODIS, Balkan bis Ostmitteleuropa, am 16.04.18, 14.00 MESZ – gelb markiert die Ausdehnung der Saharastaubzufuhr (Quelle)

Das Satellitenbild zeigt, wie weit der Saharastaub nach Norden reichte. Südlich vom italienischen Stiefel und von Griechenland sieht man den Staub anhand der leichten Trübung über der schwarz dargestellten Wasseroberfläche. Die südliche Steiermark bildet hier auch optisch eine Luftmassengrenze, zwischen staubreicher Luft im Osten und „sauberer“ Luft weiter westlich.

Was hat es nun mit dem Staub auf sich? Eine mögliche Erklärung findet man ganz woanders, nämlich der Einfluss von Saharastaub auf Gewitter in Florida. Kurz zusammengefasst: Saharastaub bringt zusätzliche Kondensationskeime in die Atmosphäre, an die sich Wassertröpfchen anlagern können. Je größer die Kondensationskeime, desto effektiver die Niederschlagsbildung.

Alle weiteren, in meinen Augen entscheidenden Zutaten für die unwetterartigen Regenmengen werden nachfolgend aufgelistet:

  • für die Jahreszeit ungewöhnlich feuchte und energiereiche Luftmassen
  • für mehrere Stunden nahezu ortsfeste Luftmassengrenze (= lange Verweildauer der Niederschlagsgebiete)
  • günstige Bedingungen für Neubildungen entgegen der Zugrichtung der Gewitter (feuchtere und energiereichere Luft im Süden, abnehmende Höhenströmung- zudem parallel zur Luftmassengrenze, allgemein feuchte Umgebungsluft und kaum starke Auskühlung am Boden, welche kräftige Windböen und Verlagerung der Gewitter erzeugen könnte) – vergleichbar mit Reif, der gegen den Wind wächst
  • für die Jahreszeit hohe Nullgradgrenze bei Gewittern und damit vorherrschende Koaleszenzprozesse bei der Niederschlagsbildung (große Tropfen kollidieren und fällen sofort aus), was die Niederschlagsrate erhöht

Für das Ergebnis (Überflutungen) wurde ein weiterer Faktor im Artikel genannt: Die Massen an kleinkörnigem Hagel, welche die Kanalisation verstopften. Kleinkörniger Hagel in großen Mengen ist damit nicht nur für die Landwirtschaft ein Problem (Ernteschäden), sondern speziell auch für die Infrastruktur im städtischen Raum. Für soviel (kleinen) Hagel waren die Bedingungen ebenso günstig, durch langsam ziehende Gewitter, viel Energie (rund 1000-1500 J/kg) und die hohe Nullgradgrenze bei gleichzeitig sehr feuchter Umgebungsluft (große Hagelkörner schmelzen, bevor sie den Boden erreichen).

Die Stadt Graz und Umgebung sind von der Geländeform ohnedies anfällig für Überflutungen und Vermurungen, durch die hügelige Landschaft, durch Felder und Gräben.

In Summe erhält man eine Konstellation an Bedingungen, die nur etwa alle 100 Jahre zusammenkommt.

Klimawandel?

In meinen Augen lässt sich schwer quantifizieren, welcher Faktor nun ausschlaggebend für die Rekordmengen war. Von einem Einzelereignis insbesondere mit dieser Kombination an begünstigenden Faktoren kann man nicht auf klimatologische Veränderungen schließen. Hätte auch eine durchschnittlich feuchte und energiereiche Luftmasse bei gleicher Verweildauer ausgereicht? Wohl mit geringeren Absolutmengen. Auch der Einfluss des Saharastaubs lässt sich ohne Kenntnis der genauen Mengen nicht nachvollziehen. Ins Bild der letzten Jahre passt dieses Einzelereignis dennoch, denn die Wetterlagen mit langsamer Zuggeschwindigkeit und längerer Verweildauer von Gewitterzellen haben zugenommen, und damit gehen zwangsläufig auch ergiebige Niederschlagsmengen mit einher.

Quelle Abb.1+2: https://kachelmannwetter.com/de/messwerte

Quelle Abb. 3+4: http://www1.wetter3.de/