1. Hintergrund

Bereits in den 1880er Jahren wagte J.P. Finley vom ASS (Army Signal Service) die Behauptung, dass Tornados vorhersagbar wären. Erst in den 40er Jahren wurden Vorhersagemethoden vorgeschlagen, basierend auf Höhenbeobachtungen, größtenteils als Antwort auf militärische Bedürfnisse. 1948 begann die U.S. Air Force mit der Unwettervorhersage als Reaktion auf einen nicht bewarnten schadensträchtigen Angriff durch einen Tornado auf der Tinker Air Force Base in Oklahoma City. 1952 begann die Severe Local Storms Forecasting Unit (SELS) mit Unwettervorhersagen. Die SELS-Einheit zog 1954 nach Kansas City um und wurde 1966 zum National Severe Storm Forecasting Center (NSSFC). Als Ergebnis der Anstrengungen der Vorhersager konnten vier charakteristische Sondenaufstiege in Verbindung mit starker Konvektion identifiziert werden. Zu Ehren von Col. R. Miller, dessen Luftwaffenhandbuch viele Jahre als Referenzquelle für Unwettervorhersagetechniken diente, werden sie Miller's composite soundings genannt.

2. Typen von Miller-Soundings

2.1 Miller -I

Der Typ I von Miller wird durch eine feuchte, nahezu gut durchmischte Grenzschicht gekennzeichnet, die durch eine stabile Schicht oder Inversion von einer sehr trockene Schicht darüber getrennt ist. Oberhalb des Deckels herrschen oft trockenadiabatische Temperaturgefälle vor. Obwohl die mittlere Tiefe der Feuchteschicht bei heftiger Konvektion über 1500m aufweist, sind gewöhnlich lediglich 1000m (100 hPa) der "Feuchte" ausreichend, um kräftige Gewitter aufrechtzuerhalten. Die Taupunkte am Boden überschreiten meist 10°C, während sie an der Oberkante der Feuchteschicht (rund 850 hPa) meist über 8°C liegen. Manchmal wird dieser Sounding-Typus auch als loaded gun beschrieben, da er sich oberhalb des Deckels viel potentielle Instabilität aufbauen kann und bei Sprengung des Deckels gewaltige Energiemengen entladen werden können.

In Europa entstehen derartige Sondenaufstiege oft durch die Advektion der entkoppelten, durchmischten Schicht (EML) vom Atlasgebirge oder der spanischen Hochebene. Die EML deutet dem Vorhersager eine potentiell gefährliche Unwetterlage an, wobei sich das Problem bei der Vorhersage auf das Wörtchen potentiell konzentriert. Unterhalb des Deckels sammelt sich viel Feuchte, darüber baut sich entsprechend viel Labilität auf, aber die EML ist auch dafür verantwortlich, dass der Deckel meist recht schwer zu sprengen ist. So sind bei Auslöse (wenn die restlichen Parameter passen) Unwetter wahrscheinlich, aber die Auslöse selbst ist schwierig vorherzusagen und verleitet bisweilen zu Fehlprognosen.

Das Beispielsounding vom 22. Mai 2008 in Lamont Oklahoma, zeigt eine feuchte Bodenschicht mit knapp 18°C Taupunkt und einen starken Deckel, dessen trockenadiabatische Schichtung den Aufbau von mäßig hoher Labilität ermöglicht. Gleichzeitig drehen die Winde mit der Höhe von Südost auf Südwest ("veering"), und nehmen dabei stark zu, auf bis zu 45 Knoten in 900hPa. Am selben Tag ereignete sich eine Serie von Tornados, mit 45 beobachteten Ereignissen.. Weitere Gefahren einer derartigen Schichtung sind neben Starkregen auch feuchte Downbursts, die durch den starken Höhenwind zusätzlich unterstützt werden, auch großer Hagel ist hier denkbar und alleine schon wegen der erhöhten Superzellenwahrscheinlichkeit eine ernstzunehmende Gefahr.

In Mitteleuropa ist ein einigermaßen vergleichbarer Sondenaufstieg am 18. Juni 2002 in De Bilt, Holland zu finden:

An jenem Tag traten deutschlandweit vorwiegend schwere Hagel- und Downburstgewitter auf, in der Tornadoliste sind aber auch einzelne Tornadoverdachtsfälle verzeichnet. In Ostfriesland sollen die Hagelkörner Durchmesser bis zu 10cm erreicht haben. Eine Winddrehung ist mit der Höhe zwar nicht festzustellen, jedoch eine starke Zunahme des Windes. Die Bodenschicht ist extrem feucht, darüber liegt eine ausgeprägte EML. Labilitätsaufbau bis über 3100 J/kg war die Folge.

2.2 Miller - II

Manchmal auch tropisches Sounding genannt sind diese Aufstiege in den Tropen und manchmal östlich der Continental Divide üblich. Es zeichnet sich durch eine hochreichend feuchte Schicht aus, d.h. die relative Feuchte ist bis zumindest 7km über Grund über 60% und der Deckel ist sehr schwach bzw. nicht vorhanden. Die Temperaturabnahmen sind gewöhnlich zwischen feuchtadiabatisch und trockenadiabatisch. Aufgrund des fehlenden Deckels kann sich verbreitet Feuchtkonvektion entwickeln.

Der Sondenaufstieg von Essen am 26. Juli 2008, 12z, zeigt zwar kein klassisches tropisches Sounding, da in den mittleren Schichten trockenere Luft eingebunden wurde, aber eine sehr feuchte Bodenschicht, die Labilität bis über 2000 J/kg ermöglichte. Zudem konnte dadurch das WBZ absinken, was für die Entwicklung großen Hagels am Boden eine gewichtige Rolle spielt.

In einer nicht ganz tropischen Luftmasse im östlichen Bereich einer Omegalage entwickelten sich am 26. Juli zahlreiche Gewitter im Alpenraum und in Westdeutschland. Sie zogen aufgrund der sehr schwachen Höhenströmung nur langsam westwärts und luden örtlich erhebliche Regenmengen ab. In Dortmund, Nordrhein-Westfalen, fielen entlang einer stationären Feuchteflusskonvergenz innerhalb drei Stunden unglaubliche 203 Liter auf den Quadratmeter, was zu immensen Überschwemmungen und Sachschäden führte. Hagelkörner von 5-7cm Durchmesser begleiteten die Sintflut.

Schon typischer für die beschriebene Art von Soundings ist das aus Linz, Oberösterreich in der nachfolgenden Nacht. Bis oberhalb 500hPa sind die Luftschichten sehr feucht bis gesättigt. Der Deckel ist gering und Labilitätsaufbau bis 200 hPa Höhe hat stattgefunden. Im Gegensatz zum Vortag fand aber keine verbreitete Gewitterauslöse statt, da mit dem Einströmen trockener Kontinentaluft aus östlichen Richtungen der Deckel intensiviert und die Auslöse erschwert wurde.

2.3 Miller III

Miller-III ähnelt Miller II, jedoch sind die Temperatur ungefähr 10-15K niedriger. Diese Aufstiege sind häufig im Zentrum von Höhentrögen zu befinden und werden manchmal als Kaltluftsoundings bezeichnet.

Im Beispielsounding von Oakland, California, 12 UTC, ist das Temperaturniveau mit 13°C relativ niedrig, und entsprechend konnte sich nur rund 250 J/kg MLCAPE aufbauen. Dies jedoch nahezu deckelfrei und hochreichend bis zur Tropopause. Zum Zeitpunkt des Sondenaufstiegs wurde nahe San Francisco eine (nichtmesozyklonale) Wasserhose gemeldet. Nichtmesozyklonale Tornados über Land und Wasser (letztere vor allem im Herbst) sind typisch bei Kaltluftsoundings, da die windschwache Umgebung, niedrige Wolkenuntergrenzen und viel Auftrieb in der bodennahen Schicht sie begünstigen.

2.4 Miller IV

Der Typ IV wird im Jargon auch inverted-V genannt, da der Verlauf von Temperatur und Taupunkt einem umgedrehten "V" ähnelt. Das Sounding ist daher durch eine recht hochreichende und trockene Grenzschicht gekennzeichnet. Es tritt vor allem in Gebirgsregionen bzw. -plateaux auf und dort, wo es sehr sandige/felsige Bodenarten gibt, in Europa z.B. in der Spanischen Hochebene, Atlasgebirge, Balkan.

Hier ein Beispiel einer extrem hochreichend durchmischten Schicht aus Denver:

Der Taupunkt folgt, von der schmalen überadiabatischen Schichtung am Boden abgesehen, den Linien gleichen Mischungsverhältnisses, ebenso wie die Temperatur der Trockenadiabaten folgt, d.h. die potentielle Temperatur sowie das Mischungsverhältnisse sind mit der Höhe konstant und ändern sich innerhalb der durchmischten Schicht nicht. Wenn diese Miller-IV-Aufstiege noch etwas höhere Labilität entwickeln, dann können trockene Downbursts auftreten, die auch bei Schauern möglich sind.

Ein einigermaßen treffliches Beispiel für ein Miller-IV in Deutschland stammt vom 6. Mai 2006, Lindenberg, östlich von Berlin:

Damals traten mit Schauern (!) orkanartige Böen in Brandenburg bzw. Berlin auf. Der Niederschlag fiel in die trockene Grenzschicht und verdunstete fast vollständig. Die resultierende Verdunstungskälte beschleunigte die Abwinde enorm.