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Das Villinger Hagelunwetter vom 28. Juni 2006 - eine Analyse von Prof. Paul Markowski (Penn State) in Zusammenarbeit mit Meteomedia

ins Deutsche übersetzt von Felix Welzenbach

Hinweis: -- meine folgende Übersetzung handelt von der Analyse von Prof. Paul Markowski (Penn State) , welche er auf Basis der Meteomedia/UWZ-Unterlagen über das Villinger Hagelunwetter vom 28. Juni 2006 erstellt hat. Die Originalquelle befindet sich auf dem Server von Meteomedia. Daher darf meine Übersetzung aus Copyrightsgründen nicht losgelöst vom Original in andere Foren oder auf anderen Seiten publiziert werden! Die zum Text zugehörigen Abbildungen bitte ich der Originalquelle zu entnehmen - deren Bedeutung sollte sich aus dem Kontext heraus ergeben.

Eine meteorologische Analyse des schweren Hagelunwetters nahe Villingen, Deutschland, am 28. Juni 2006

1 Übersicht

Ein schweres Hagelunwetter traf die Region Villingen, Deutschland um etwa 17.15 UTC am 28. Juni 2006. Die größten Hagelkörner erreichten 7-10cm Durchmesser und riefen großflächige Sachschäden hervor. Die Radarreflektivität und Windgeschwindigkeitsmessungen deuteten daraufhin, dass das zugehörige Gewitter superzelliger Natur war. Die Analyse des verfügbaren Sondenaufstiegs in der Umgebung und numerische Modelldaten unterstreichen, dass die Umgebung ausreichend konvektiv verfügbare potentielle Energie und vertikale Windscherung für Superzellen enthielt, wenngleich die Scherung in den unteren Schichten vermutlich zu schwach war, um hinsichtlich Tornados bedeutend zu werden.

2 Umgebung der Konvektion

Eine ausgedehnte Region mit südwestlicher Strömung in der mittleren bis oberen Troposphäre beherrschte Mitteleuropa am 28. Juni 2006. Ein Kurzwellentrog dehnte sich während der späten Nachmittags- und Abendstunden von der Nordsee bis nach Nordostspanien aus (Abbildung 1). Der Isohypsengradient vergrößerte sich östlich dieser Störung. Beispielsweise erstreckte sich in 500hPa an der Ostseite des Kurzwellentrogs ein schmaler Bereich mit Winden, welche die 15 m/s überschritten, von Nordafrika bis Mitteleuropa. Bemerkenswert könnte sein, dass sich der Großteil Südmitteleuropas , einschließlich Süddeutschland, wo das Hagelgewitter auftrat, im günstigen linken Ausgang des Windgeschwindigkeitsmaximums befand.
Die Region mit erhöhten Windgeschwindigkeiten in der mittleren bis oberen Troposphäre überlagerte eine große Region mit nordöstlichen Bodenwinden (nicht gezeigt), was zu einem Korridior mit verhältnismäßig großer hochreichender , vertikaler Windscherung in der Region östlich des Kurzwellentroges (Abbildung 2) führte. In der Nähe des schweren Hagelgewitters in Südwestdeutschland herrschten 0-6km Scherwerte von 20 m/s , was für superzellige Gewitter ausreichend ist.
Die Grenzschichtluftmasse in Südwestdeutschland war relativ feucht, mit Taupunkten im Bereich von 15-17°C. Dies ergab MLCAPE (gemittelt aus den untersten 500m) von mehr als 1000 J/kg im äußersten Südwesten Deutschlands (Abbildung 3). Ein geschätzter Sondenaufstieg wurde nahe des Ortes und Zeitpunkts des Großhagels erstellt, indem die 12z und 0z-Sondenaufstiege von Stuttgart gemeinsam mit den Bodenbeobachtungen von 17 UTC in der unmittelbaren Umgebung des Hagelgewitters verwendet wurden (Abbildung 4).
Der Sondenaufstieg beinhaltet 1320 J/kg CAPE und fast keine konvektive Hemmung (CIN). Der CAPE-Wert von 1320 J/kg des geschätzten Sondenaufstiegs könnte verhältnismäßig bescheiden für eine Umgebung erscheinen, die das Wachstum von 7-10cm großen Hagekörnern im Durchmesser unterstützte. Man würde die Beobachtung viel größerer CAPE-Werte (z.B. 3000 J/kg) in derartig extremen Hagelbedingungen erwarten. Dennoch , fußend auf dem, was wir über Gewitteraufwinde wissen, welche mit Umgebungen hoher Scherung (z.B. zählen kräftige vertikale Druckgradientkräfte zu den bestimmenden Eigenschaften von Superzellgewittern) in Wechselwirkung treten, können wir begründeterweise annehmen, dass die beobachteten Aufwinde am 28. Juni bedeutend durch die vorherrschende Scherung in der Umgebung verstärkt wurden. Folglich ist es nicht furchtbar ungewöhnlich für ein Superzellengewitter, sogar eines, das in einer Umgebung mit lediglich 1300 J/kg CAPE auftrat, derartig großen Hagel wie am 28. Juni beobachtet, hervorzurufen.
Ein zusätzlich beitragender Faktor zur Hagelgröße war wahrscheinlich die Höhe der Feuchttemperatur, auch bekannt als die "wet-bulb zero" - Höhe (WBZ, wo die Feuchttemperatur 0°C beträgt) - der Höhe, wo Hagel während dem Abstieg zum Boden zu schmelzen beginnt (je niedriger die WBZ-Höhe, desto weniger Hagel schmilzt auf dem Weg zur Oberfläche). Die Höhe des WBZ im Sondenaufstieg in Abbildung 4 befand sich annähernd 3km über dem Erdboden. Diese Höhe is etwas niedrig für Ende Juni, zumindest verglichen mit den WBZ-Höhen bei Sondenaufstiegen in Zusammenhang mit großen Hagel in den Vereinigten Staaten.

Auch ein Hodograph (Abbildung 5) wurde für die Umgebung des Hagelunwetters abgeschätzt, indem die selbe Näherung wie bei der Erstellung des Sondenaufstiegs (Abbildung 4) verwendet wurde. Der Hodograph zeigte sich überall recht geradlinig, mit Ausnahme leichter Rechtsdrehung des Schervektors mit der Höhe innerhalb des untersten Kilometers (wie es typischerweise aufgrund von Bodenreibungseffekten , z.B. der Ekmanspirale, beobachtete wird), und geringes Rückdrehen des Schervektors innerhalb der ungefähren 1-3km Schicht. Wie bereits zuvor erwähnt betrug die Größe des 0-6km-Schervektors des geschätzten Hodographen 20 m/s, was für Superzellengewitter genügt. Die Scherung in den unteren Schichten (0-1km) wies nur 5 m/s auf, was bei praktisch jedem Standard als schwach einzustufen ist. Tatsächlich erwies sich die Scherung in den unteren Schichten beinahe überall in Mitteleuropa als schwach (Karte 6), was vermutlich die Tatsache erklärt, dass es wenige, falls überhaupt, bedeutende Tornadoberichte gab. Während die hochreichende Windscherung (z.B. 0-6km) ein durchaus zuverlässiger Predikator für Superzellengewitter ist, stellt die Scherung in den unteren Schichten (z.B. 0-1km) ein besserer Predikator dafür dar, ob Superzellen Tornados erzeugen können, mit 0-1km Scherwerten annäherend über 10-12m/s , welche als "groß" betrachtet werden.

3 Satelliten- und Radarbeobachtungen

Obwohl sich der Großhagel in Villingen etwa um 17.15 UTC ereignete, beginnt die Diskussion darüber mit den Radarbeobachtungen eine Stunde früher, als sich ein konvektiver Zellhaufen unmittelbar nordöstlich des Feldbergs in annähernder Nord-Süd-Achse ausrichtete. Um 16.15 UTC spaltete sich die Zelle in der Mitte des Haufens in ein Paar einer linksausscherenden (LM) und rechtsausscherenden (RM) Superzelle auf, eine Beobachtung, die angesichts der vorhandenen bedeutenden Windscherung und des verhältnismäßig geradlinigen Hodographen (Abbildung 7) nicht allzu überraschend ist, beides zeichnet die Umgebung der Konvektion, wie zuvor erörtert, aus.
In den darauffolgenden zwanzig Minuten, verstärkte sich das LM-Gewitter sogar etwas, während sich der RM bis 16.35 UTC auflöste (beziehen Sie sich auf die Bilderabfolge in Abbildung 7). Zwischen 16.30 und 16.40 hatte das LM-Gewitter Spitzenreflektivitäten, die 60 dBZ überschritten. Um 16.40 UTC wies das LM-Gewitter eine starke Mesoantizyklone auf dem Feldbergradar (Abbildung 8) auf. Daraufhin , zwischen 16.45 und 17.00 UTC, schwächte sich das LM-Gewitter ab. Die Bewegungen von den LM- und RM-Gewittern sind auf dem Hodographen in Skizze 5 angedeutet, welche die Helizitäten relativ zum Gewitter für beide Gewitterbewegungen sind.
Südlich der LM/RM-Gewitterpaare war zwischen 16.15 und 16.55 UTC (Abbildung 7) offensichtlich ein retrograd anbauender Multizellenhaufen vorhanden. Um 16.55 UTC wurde an der Südflanke dieses Haufens eine heftige Zelle ausgelöst. Die Zelle verstärkte sich rasch, und bereits um 17.00 begannen sich (RM) Superzelleneigenschaften zu zeigen, solche wie ein verlängertes Echo in Richtung der hochreichenden Windscherung und ein großer horizontaler Reflektivitätsgradient, besonders an der rechten , rückseitigen Flanke des Radarechos (Abbildung 9). Die Zelle zeigte außerdem einen markant überschießenden Aufwindturm in den sichtbaren Satellitenbildern um diese Zeit (Abbildung 10).
Die weitere Intensivierung geschah zwischen 17.05 und 17.25 UTC, währenddessen das vom Feldbergradar beobachtete Reflektivitätsmaximum 60 dBZ überschritt. Die Radarreflektivitätsbilder unterstreichen außerdem die Dämpfung der Radaraussendung während dieser Zeitperiode in der Region unmittelbar hinter den größten Reflektivitätswerten, besonders um 17.15 UTC, dem ungefähren Zeitpunkt, an dem der größte Hagel den Boden erreichte (Abbildung 9). Die Dämpfung ist indirekt der Beleg für vorherrschende , sehr große Streuungen, welche mit den Meldungen extrem großen Hagels übereinstimmen.1
Um 17.25 UTC zeigte das Gewitter eine markante Mesozyklone in den Radialwinddaten vom Feldbergradar (Abbildung 11), welche zusätzlich die Klassifizierung des Gewitters als Superzelle unterstützt, zusätzlich zum vorher erwähnten großen horizontalen Reflektivitätsgradienten an der Südflanke des Gewitters. Die Identifizierung des Gewitters als Superzelle istbedeutend, da die beständigen Aufwinde eines Superzellengewitters bekanntlich durch dynamische Vertikaldruckgradientkräfte verstärkt werden. Die dynamischen Vertikaldruckgradientkräfte ermöglichen es Superzellen, viel stärkere Aufwinde (und dadurch ein viel höheres Potential für die Unterstützung massiver Hagelkörner) zu besitzen als ansonsten in Umgebungen mit ähnlichem CAPE ,aber schwächerer ,vertikaler Windscherung erzielbar sein könnte, z.B. im Fall nichtsuperzelliger Gewitter.
Die hagelproduzierende Superzelle schwächelte zwischen 17.30 und 17.40 UTC leicht, obwohl es noch ein eindrucksvolles Gewitter am Ende dieser Periode war und vermutlich dazu in der Lage, weitere Unwettererscheinungen in Form von Hagel und schweren Winden hervorzurufen.
1 Das Feldbergradar sendet elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 5cm (C-Band) aus, welches zur mäßigen Dämpfung von heftigen Niederschlägen neigt, im Gegensatz zu Radars, die mit einer Wellenlänge von 10cm (S-Band) arbeiten, welche unter nahezu keiner Dämpfung leiden.

© Übersetzung by Felix Welzenbach