Luftmassengewitter am 22. Juli 2013

Synoptische Situation

Am 22. Juli 2013 um 12 UTC war über dem europäischen Sektor eine Omega ähnliche Wetterlage auszumachen, wobei der Höhenrücken über Zentraleuropa sich vom 21. auf den 22. Juli merklich abschwächte. An der West- und Ostflanke des Rückens befand sich jeweils ein Höhentrog mit hochreichendem Tief (Abb. 1). Die sehr schwache südwestliche bis westliche Höhenströmung über der Großregion war antizyklonal gekrümmt, wohingegen die Numerik auf leichte Vertikalbewegungen über der östlichen Hälfte Frankreichs hinwies.

Abb. 1: Analyse der Temperatur und des Geopotentials um 12 UTC / © wetter3

Im Bodendruckfeld war ein Hochdruckgebiet über Westskandinavien positioniert. Westlich von Irland und über Westrussland lag jeweils ein Bodentief. Desweiteren befand sich Luxemburg in einem barometrischen Sumpf, also in einem Gebiet annähernd gleichen Drucks (um 1015 hPa) mit weit auseinander liegenden Isobaren, in dem sich im Laufe des Tages regional thermische Tiefs durch starke Sonneneinstrahlung entwickelten.

Abb. 2: Bodenanalyse 12 UTC / © Deutscher Wetterdienst

Thermodynamische Umgebung

Die höchste Temperatur wurde an diesem Tag mit 34 °C in Ettelbrück gemessen, wobei der Taupunkt am Nachmittag zwischen 14 und 17 °C variierte (Quelle: MeteoGroup-Messnetz). Als Referenz für die vertikale Schichtung der Atmosphäre und für die Bestimmung der jeweiligen Konvektionsindizes werden nun an dieser Stelle die Daten des 18 UTC Radiosondenaufstiegs aus Idar-Oberstein (Rheinland-Pfalz) verwendet. In Abb. 3 ist das dazu gehörige thermodynamische Diagramm in Form eines schrägen T-log(p)-Diagramms dargestellt. Die rechte schwarze Zustandskurve ist der Temperaturverlauf und die linke gestrichelte Kurve der Verlauf des Taupunkts. Rechts neben dem Diagramm sind die Windpfeile für die entsprechenden Höhen angegeben.

Abb. 3 / © University of Wyoming

Nun folgt eine Auflistung der wichtigsten Parameter:

• 500 hPa Temperatur: -11,9 °C
• 500 hPa Wind: 8 kn (15 km/h)
• 850 hPa Temperatur: +18,6 °C
• 850 hPa Wind: 4 kn (7 km/h)
• 850 hPa pseudopotentielle Temperatur: 56 °C ==> Luftmassentyp: südeuropäische Subtropikluft (xS)
• Surface-Based Lifted Index (500 hPa): -2 °C
• Surface-Based/Most-Unstable CAPE: 500 bis 600 J/kg ==> mäßige latente Instabilität
• Surface-Based DCAPE: 800 bis 900 J/kg
• Höhe der Tropopause: 12,3 km (196 hPa)
• Schichtdicke 1000/500 hPa: 5713 gpm
• Ausfällbares Niederschlagswasser (PWAT): 26 mm
• Windscherung 0-6 km (DLS): 4,1 m/s
• Storm Motion: 4 m/s 

Zwischen dem Boden und 750 hPa war die Luftschicht sehr gut durchmischt bzw. trockenindifferent, wobei in Bodennähe eine sehr dünne überadiabtische Schicht auszumachen war. Oberhalb von 750 hPa war die Tropospäre bis zur Tropopause bedingt labil geschichtet. Augfrund des nicht sehr hohen Feuchtegehalts innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht hielten sich die CAPE-Werte in Grenzen. Die langsame Gewitterverlagerung (Storm Motion) konnte in Kombination mit den leicht erhöhten PWAT-Werten lokal zu unwetterartigen Regenfällen führen. Organisierte Konvektion war wegen schwacher hochreichender Windscherung sehr unwahrscheinlich.

Die Einschübe trockener Luft im Bereich der mittleren Troposphäre und eine Differenz der äquivalent-potentiellen Temperatur von ca. 15 °C zwischen dem Boden und 580 hPa erhöhten das Risiko für kräftige Gewitterfallböen. Auch die DCAPE-Werte stützten dieses Risiko.

 

Verifikation

Mit der Erwärmung der Luft im Tagesverlauf durch starke Sonneneinstrahlung erhöhte sich die Instabilität der Atmosphäre deutlich über der gesamten Großregion. Allerdings war die Auslöse der Feuchtekonvektion eher lokal begrenzt, da die Luftmassen nicht großräumig zum Aufstieg gezwungen wurden, wie es z.B. bei Frontgewitter der Fall ist. Bereits im Laufe des frühen Nachmittags schossen die ersten Wolkentürme über Nordfrankreich in die Höhe (Abb. 4).

Abb. 4: RGB-Satellitenbildanimation 12 bis 15 UTC / © MeteoGroup

Zwischen 18:30 und 23:00 Ortszeit konnten Gewitteraktivitäten über Luxemburg beobachtet werden. Die Gewitterzellen entwickelten sich in einem schwach dynamischen Umfeld und besaßen eine östliche Zugrichtung. Die hochreichende Feuchtekonvektion hatte in den meisten Fällen eine einzellige Struktur, wobei auf den Radarbildern auch vermehrt mehrzellige Gewitter auszumachen waren (Abb. 5), verursacht durch die Vereinigung oder das Verschmelzen von nah beieinander liegenden einzelligen Gewittern. Demnach war die Konvektion eher unorganisiert unterwegs. Hebungsantriebe waren an diesem Tag hauptsächlich durch bodennahe Konvergenzen und durch die Interkation der Kaltluftausflüsse der konvektiven Zellen mit der direkten Umgebung vorhanden. Orographische Hebung spielte auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle.

Abb. 5: Niederschlagsradaranimation 17:30 bis 20:30 UTC / © MeteoGroup

So kam es stellenweise zu sehr heftigen Regenschauern (gemischt mit kleinkörnigem Hagel), welche zu lokalen Überflutungen führten wegen der langsamen Verlagerung der Gewitterzellen (beinahe ortsfest). Im Stadtteil Hamm der Hauptstadt Luxemburg fielen innerhalb einer Stunde (19 bis 20 UTC) knapp 31 mm Regen (Quelle) und in Roeser 22 mm (Quelle: ASTA). Im Allgemeinen gab es sehr große lokale Unterschiede bezüglich der gemessenen 6-stündigen Niederschlagsmengen (Abb. 6).

Abb. 6: Niederschlagsmengen zwischen 18 und 00 UTC / © MeteoGroup

Die elektrischen Erscheinungen waren gebietsweise für kurze Zeit stark hervortretend, wie z.B. östlich der Hauptstadt Luxemburg und zwischen Weiler zum Turm und Düdelingen (Abb. 7). Wegen der bereits erwähnten langsamen Verlagerung der Gewitterzellen konnten somit an manchen Orten hohe Blitzdichten erreicht werden. 

Abb. 7: Detektierte Blitze zwischen 15 und 22 UTC / © nowcast GmbH, LINET view

In der Umgebung von Sandweiler kam es zwischen 20:00 und 20:30 Ortszeit zu einem markanten atmosphärischen Phänomen, einem sogenannten Downburst (Gewitterfallböe bzw. konvektive Windböe). Mehrere Bäume wurden umgeknickt und laut Zeugenaussagen kam es auch zu größeren Sachschäden. Der Downburst entwickelte sich in einem Einzelzellengewitter, das um 19:40 Ortszeit zwischen der Hauptstatd Luxemburg und Sandweiler entstand. Diese Einzelzelle erreichte um 20:00 Ortszeit ihre maximale Intensität mit Radarreflektivitäten von bis zu 60 dBZ in Bodennähe (Abb. 8). Die Wetterstation des staatlichen Wetterdienstes registrierte zwischen 20:00 und 20:30 Ortszeit eine Sturmböe von 83 km/h aus südöstlicher Richtung, wobei die Temperatur innerhalb von 20 Minuten um knapp 9 °C fiel.

 

Abb. 8: Niederschlagsradarbild des Einzelzellengewitters um 18 UTC / © MeteoGroup

Aufgrund von visuellem Material (siehe unten) kann davon ausgegangen werden, dass es sich höchstwahrscheinlich um einen Microburst gehandelt hat, also um einen Downburst mit einer maximalen Ausdehnung von 4 km.

Ein paar Impressionen des Einzelzellengewitters mit dem intensiven Fallstreifen in der Nähe von Sandweiler:
 

Summa summarum handelte es sich an diesem Tag um Gewitter in einheitlicher Luftmasse, d.h. die keiner Störung durch einen Luftmassenwechsel untwerworfen ist. Sie entstehen unter den üblichen meteorologischen Verhältnissen bei antizyklonalen oder schwach zyklonalen Wetterlagen im Frühjahr und Sommer, wenn durch die starke Sonneneinstrahlung am Boden eine konvektive Instabilität in den unteren Schichten hervorgerufen wird. Man bezeichnet sie auch als Gewitter unter geringen Luftdruckgegensätzen. Sie beschränken sich meistens zunächst auf ein kleines Gebiet, wobei sie jedoch im Laufe ihrer Entwicklung zu Gewittern mittlerer Größenordnung ausarten können.