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Informationen über die Entstehung von Gewittern, Hagel und Tornados
Grafiken, Animationen und Texte von Walter Stieglmair
Gewitterarten
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Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Arten von Gewittern. Das Kaltfrontgewitter und das Wärmegewitter. Das Kaltfrontgewitter wird ausgelöst durch Zusammentreffen feuchter Warmluft mit einer Kaltluftfront.
Das Wärmegewitter wird ausgelöst durch intensive Sonneneinstrahlung, labile Luftmassen und dadurch schnelles Aufsteigen feuchter Warmluft in große Höhen. Die Entstehung von Wärmegewitter und auch von Kaltfrontgewitter wird durch Geländegegebenheiten beeinflusst und begünstigt.
Hier kommt es zu starken Luftströmungen und Verwirbelungen von Luftmassen. Es entstehen kräftige Aufwinde bis in Höhen von 12.000 und mehr Metern.
In diesen Höhen ist die Temperatur sehr niedrig und es kommt es zu starker Kondensation, der in den Aufwinden enthaltene Wasserdampf wird verflüssigt und es entstehen Wolken.
Folge bei Kaltlufteinbruch oder Sonneneinstrahlung ist die Bildung gewaltiger Gewitterwolken (Cumulonimbus), die sich bei uns in Mitteleuropa vertikal bis in eine Höhe von 12 oder mehr Kilometer ausdehnen können.
In den tropischen Gebieten oder im mittleren Westen der USA, der Tornado-Alley, können die Gewitterwolken auch eine vertikale Ausdehnung bis zu 20 Kilometer erreichen. Die Häufigkeit von Gewittern ist regional sehr unterschiedlich.
In den tropischen Gebieten der Erde ist die Gewitterhäufigkeit sehr hoch. Hier gibt es in den Regenwäldern fast täglich Gewitter. In den Polarregionen dagegen gibt es sehr selten Gewitter.
In Mitteleuropa gibt es von Mai bis September die meisten Gewitter. So gibt es beispielsweise in Bayern im langjährigen Mittel 25 - 35 Gewittertage im Jahr, wobei es mit durchschnittlich 35 Gewittertagen in bestimmten Regionen Südbayerns öfter gewittert als in manchen Regionen Nordbayerns.
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Erkennen von Gewittern
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Besonders im Spätfrühling und im Sommer schnell aufquellende Haufenwolken (Cumulus) zu sogenannten Gewittertürmen (Cumulonimbus). Ein Gewitter erkennt man, wenn hochgeschossene Haufenwolken blumenkohlähnliche Gestalt
annehmen und an den Seiten die scharfen Konturen der Wolke zerfließen. Die Wolkenobergrenze nimmt dann amboßähnliche Form an, sieht verweht und strähnig aus. Die Obergrenzen erkennt man nur bei einem
weiter entfernten Gewitter, sind oft leuchtend weiß von der Sonne beschienen. Kommt das Gewitter dann näher oder man fährt darauf zu, ist der Himmel bedeckt und dort wo die dunkelsten und bedrohlichsten
Wolken sind, befindet sich das Zentrum des Gewitters. In kurzer Distanz zum Gewitterzentrum erkennt man sehr dunkle und niedrige Wolkenformationen (Wallclouds, Shelf-Clouds). Solche Wolken künden Sturmböen, starken Regen, Hagelschlag
und ggf. auch Windhosen an. Blitze zucken in und hinter den niedrigen Wolkenformationen zu Boden. Ist das Gewitter dann da, wird es stürmischen oder sogar orkanartigen Wind geben, begleitet von Wolkenbruch oder Hagelschlag.
Blitzeinschläge kann es dann in nächster Nähe geben. Im Winter sind Kaltfrontgewitter von starkem Schneetreiben begleitet. Ein Kaltfrontgewitter unterscheidet sich vom Wärmegewitter dadurch, daß es von West nach Ost
rasch durchzieht und meistens von Sturmböen aus West oder Nordwest begleitet ist. Ein Wärmegewitter zieht nur langsam dahin, kann nahezu ortsfest sein und ist meist ein örtlich begrenztes Ereignis - oft über Bergen oder Hügelland. Schon einige Zeit vor dem Gewitterbeginn
kann man am Barometer einen Luftdruckabfall beobachten. Blitze treten bei Wärme- als auch bei Kaltfrontgewittern auf. Kräftige Blitzentladungen lassen starke Niederschläge während des Gewitters erwarten.
Es gibt sowohl Blitze die nur in den Wolken entladen als auch Blitze von Wolke zur Erde und umgekehrt. Bäume oder hohe Gebäude sind generell einschlagsgefährdet. Im Auto ist man vor Blitzschlag relativ sicher, aber einen hundertprozentigen Schutz gibt es auch hier nicht.
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Gewitterturm |
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Wallcloud |
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Böenwalze (Shelf-Cloud) |
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Hagel und Wolkenbruch |
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Blitzschlag |
| Wie entstehen Hagelkörner
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Hagelkörner entstehen ausschließlich in Gewitterwolken. Es hagelt aber nicht bei jedem Gewitter. Wenn es aber doch hagelt, dann nur in bestimmten Bereichen der Gewitterwolke. Die Hagelzone in einer Gewitterwolke ist meistens nur ein paar Kilometer breit
und ist im Bereich des "Aufwindschlotes" der Wolke am intensivsten. In Gewitterwolken herrschen starke Aufwinde bis in große Höhen von 12.000 und mehr Metern. Kleine Regentropfen werden durch den starken Aufwind in diese Höhen hinauftransportiert
und gefrieren hier zu millimeterkleinen Eiskörnern. Da ab ca 12.000 Metern nur noch wenig Aufwind in der Wolke herrscht, fallen diese kleinen
Eiskörner wieder nach unten. Während des Falls in tiefere Wolkenschichten frieren an den kleinen Eiskörnern weitere
Regentropfen an. Dadurch beginnen die Eiskörner größer zu werden. Weiter unten in der Wolke herrscht wieder starker Aufwind.
Nun werden die mittlerweile schon angewachsenen Eiskörner wieder nach oben in die extrem kalten Regionen der Gewitterwolke (bis zu minus 80 Grad Celsius bei Superzellen) hinaufgetragen.
Beim Transport nach oben gefrieren wieder Wassertropfen an den Eiskörnern an. Oben angekommen sind die Eiskörner nun schon zu Hagelkörnern
von Zentimetergröße angewachsen. Nun beginnt das Spiel wieder aufs Neue. Die Hagelkörner fallen nun durch das höhere Eigengewicht schneller in tiefere
Regionen der Gewitterwolke und wachsen während des Falls weiter an. Sie können in der Aufwindzone der Gewitterwolke nun schon ein paar Zentimeter groß sein.
Wenn nun der Aufwind in der Gewitterwolke nicht stark genug ist um die Hagelkörner zu halten, fallen die zentimetergroßen Hagelkörner aus der Wolke heraus. Auf dem Weg zum Erdboden
tauen die Hagelkörner ab und kommen als dicke Regentropfen unten an. Wenn aber bei schweren Gewittern (Kaltfront, Temperatursturz) ein heftiger Aufwind in Orkanstärke
in der Gewitterwolke herrscht, werden die Hagelkörner wieder in hohe Regionen der Wolke hinauftransportiert. Diese Prozedur wiederholt sich dann so lange (siehe Animation), bis die Eisklumpen zu schwer geworden sind, um von dem Aufwind in der Wolke gehalten zu werden.
Es können sich dadurch Eisklumpen bis zu Fußballgröße entwickeln. Dann fallen die Eisklumpen als extremer und vernichtender Hagelschlag zur Erde. Die Eisklumpen tauen zwar auf dem Weg zur Erde
oft um die Hälfte ab, können hier aber noch tennisballgroß oder größer ankommen. Solche Hagelschlossen können dann Menschen und Tiere töten und richten verheerende Schäden in der betroffenen Gegend an.
Man kann die Anfrierprozedur an einem Hagelkorn gut erkennen, indem man es durchschneidet. Dann sind die einzelnen Eisschichten im Hagelkorn gut zu erkennen (siehe Foto), ähnlich wie bei einer gefrorenen Zwiebel.
Bei extremen Hagelniederschlägen kann sich auch eine geschlossene Hageldecke bilden und für starke Verkehrsbehinderungen sorgen. Ein herannahendes Hagelgewitter ist daran zu erkennen, daß die Wolkenfront oft tiefziehend sehr dunkel bis schwarz oder gelbgrau ist.
Auch können die Wolken eine grau-grünliche Färbung annehmen. In Deutschland ist besonders im Süden in Alpennähe das Risiko von Hagelgewittern groß.
Weitere Informationen zum Hagel und eine Hagelschlagrisiko-Karte gibt es auf der Seite Naturgewalten von Thomas Sävert.
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Hagelbildung in den Wolken |
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Hagelkorn aufgeschnitten |
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Hagelniederschlag |
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Dicke Hagelschicht |
| Wie entsteht ein Tornado
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Im mittleren Westen der USA (in der sogenannten "Tornado-Alley") entstehen im Frühjahr besonders heftige Gewitter. Feuchte Warmluft aus dem Golf von Mexico strömt zu dieser Jahreszeit in Richtung Norden. Zur gleichen Zeit strömen
trockene Kaltluftmassen mit hoher Geschwindigkeit von Kanada kommend über die Rocky Mountains hinweg in Richtung Süden. Die Kaltluftmassen legen sich durch die hohe Zuggeschwindigkeit über die Warmluftmassen, obwohl kalte Luft schwerer ist als Warmluft.
Die Warmluft wird bei diesem Prozeß verdrängt und die unterschiedlichen Luftmassen verwirbeln miteinander. In diesem explosiven Strömungsgemisch entstehen dann riesige Gewitterwolken (Superzellen) mit einer vertikalen Ausdehnung bis zu 20 Kilometer bei einem Durchmesser von bis zu 30 Kilometer.
Die oberen, trockenkalten Luftschichten in der Gewitterwolke haben eine weit höhere Zuggeschwindigkeit und auch eine andere Zugrichtung als die unteren, feuchtwarmen Luftschichten (Windscherung). Durch diesen Effekt beginnt die Luft horizontal zu rotieren, ähnlich einem auf einem schrägstehenden Tisch herabrollenden Bleistift.
Die nach oben strebende Warmluft im unteren Bereich der Gewitterwolke (Aufwindbereich) kippt nun die horizontale Rotation in die Vertikale. Der Aufwindbereich der Gewitterwolke ist nun gezwungen vertikal zu rotieren, eine Superzelle ist entstanden. In der vertikalen Rotation kommt es zu einem starken Luftdruckabfall, welcher die umgebenden Warmluftmassen ansaugt (Inflow).
Dadurch kann ein sich nach unten verengender, dort immer schneller rotierender Luftwirbel bilden. Berührt der Luftwirbel noch nicht den Boden, ist dies eine Funnelcloud. Erst bei Bodenkontakt der Rotation ist ein Tornado entstanden, der dort für schlimme Schäden sorgen kann. Eine Superzelle zieht mit oft rascher Geschwindigkeit dahin, und dreht sich nun wie ein gigantischer Kreisel (siehe Zeitraffer-Film).
Der eigentliche, sehr schnell rotierende Tornado aber ist je nach Kategorie mit etwa 50 bis maximal 1500 Meter Durchmesser viel kleiner und sinkt aus dem Sockel (Wallcloud) der Superzelle wie ein Rüssel zu Boden (siehe Fotos). Superzellen entstehen vorwiegend am späteren Nachmittag oder frühen Abend, weil die Sonneneinstrahlung bis zu dieser Zeit die unteren Luftschichten aufgeheizt hat.
Eine durch ein aufgeheiztes Gebiet ziehende Superzelle kann auch sehr lange bestehen, weil die rotierende Aufwindzone laufend feuchte Warmluft aus der Umgebung ansaugt und so kontinuierlich für Kondensation und Wolkenneubildung sorgt. In der Abwindzone einer Superzelle gibt es oft schweren Sturm (Downburst), großvolumigen Hagelschlag und Starkregen.
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Tornados sind die schnellsten Winde, die auf der Erde vorkommen. Sie werden nach der Fujita-Skala in sechs Kategorien (F0 bis F5) aufgeteilt:
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Kategorie F0 (bis 115 km/h): Äste brechen, flachwurzelnde Bäume können umkippen.
Kategorie F1 (bis 180 km/h): Dachziegel lösen sich, Wohnwagen können umstürzen.
Kategorie F2 (bis 250 km/h): Dächer werden abgedeckt, Güterzüge können entgleisen.
Kategorie F3 (bis 330 km/h): Bäume werden entwurzelt, Autos werden von der Straße gefegt.
Kategorie F4 (bis 420 km/h): Häuser werden zerstört, Autos werden durch die Luft geschleudert.
Kategorie F5 (bis 510 km/h): Totale Verwüstung. Selbst massive Stahlbetonbauten werden zerstört.
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Folgende Grafik zeigt den Aufbau einer HP-Superzelle (high precipitation supercell).
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Tornados kommen auf der ganzen Welt vor. Auch in Deutschland gibt es bei besonderen Wetterbedingungen Tornados, die meistens nicht so heftig sind wie die nordamerikanischen Tornados.
Ich habe in den letzten Jahren schon mehrmals das Glück gehabt, Tornados in Oberbayern zu beobachten. So konnte ich am 15. Juli 2000 einen kurzlebigen Tornado östlich von München fotografieren.
Am 13. September 2003 konnte ich im westlichen Landkreis Rosenheim bei einem Hagelgewitter sogar zwei schwache Tornados beobachten.
Am 12. September 2004 konnte ich am Starnberger See einen weiteren schwachen Tornado beobachten, und am 7. Juni 2005 südlich vom Starnberger See wieder einen schwachen Tornado.
Am 10. Juli 2005 konnte ich am Ammersee erneut einen schwachen Tornado beobachten, und am 30. Juli 2005 gab es bei einem Gewitter am Starnberger See einen schwach rotierenden Wolkentrichter zu beobachten.
Meine beeindruckendste Beobachtung bisher hatte ich dann am 17. September 2005, an dem Tag konnte ich am Starnberger See gleich drei Tornados/Wasserhosen beobachten.
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Hier ein Foto von einer Superzelle, aufgenommen am 27. Juni 2004 nordwestlich von München. Auf diesem Bild ist gut der rotierende Aufwindbereich und der Abwindbereich mit Niederschlagskern zu erkennen. Diese Superzelle sorgte bei Markt Indersdorf im Landkreis Dachau für ein Hagelunwetter mit Orkanböen.
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