Mehrzellige Gewitter am 24. August 2013

Synoptische Situation

Am 24. August um 12 UTC befand sich Mittel- und Nordeuropa unter dem Einfluss einer Omega-ähnlichen Wetterlage. Über Skandinavien war ein relativ kräftiges Höhenhoch positioniert, das von zwei Höhentrögen flankiert wurde (Abb. 1). Einer dieser langwelligen Tröge erstreckte sich um 00 UTC mit negativ geneigter Achse von Island bis zur Biskaya. Aufgrund des blockierenden Effekts der hochreichenden Antizyklone über Nordeuropa blieb die nördliche Hälfte des Langwellentrogs stationär, so dass die südliche Hälfte zum Cut-Off-Prozess neigte. Entsprechend etablierte sich ein eigenständiges Höhentief über dem Ärmelkanal, das mit Kaltluft von bis zu -19°C gefüllt war und sich im weiteren Verlauf kurzzeitig von der Grundströmung abschnürte. Zudem korrespondierte diese Höhenzyklone mit einem PV-Cut-Off bzw. mit einer PV-Anomalie (Abb. 2). 

Abb. 1: Analyse der Temperatur und des Geopotentials in 500 hPa um 12 UTC | © wetter3

Abb. 2: Analyse der isentropen PV und der Druckhöhe der 320 K-Isentrope | © wetter3

An den oben erwähnten Cut-Off war im Bodendruckfeld ein schwaches Tief gebunden, das für längere Zeit im Bereich des Ärmelkanals stagnierte. Während den Mittagsstunden des 24. Augusts überquerte das Frontensystem des Bodentiefs die Großregion aus Südwesten. Um 12 UTC wurde prä- sowie postfrontal eine Konvergenzlinie analysiert, wobei das Augenmerk in dieser Analyse auf die postfrontale Konvergenz über Frankreich gelegt wird. 

Abb. 3: Bodenanalyse um 12 UTC | © Deutscher Wetterdienst

Thermodynamische Umgebung

Die höchste Temperatur wurde an diesem Tag mit 21.5°C in Ettelbrück gemessen, wobei der Taupunkt am Nachmittag zwischen 15 und 18°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. 4 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 Kurve der Verlauf des Taupunkts. Rechts neben dem Diagramm sind die Windpfeile für die entsprechenden Höhen angegeben.

Abb. 4 | © University of Wyoming

Nun folgt eine Auflistung der wichtigsten Parameter:

• 500 hPa Temperatur: -16,7°C
• 500 hPa Wind: 25 kn (46 km/h)
• 850 hPa Temperatur: +11,0°C
• 850 hPa Wind: 14 kn (26 km/h)
• 850 hPa pseudopotentielle Temperatur: 46°C
  ==> Luftmassentyp: Subtropikluft
• 850 - 600 hPa Lapse Rate: 19,2°C
• Mixed-Layer Lifted Index (500 hPa): -1,8°C
• Surface-Based Lifted Index (500 hPa): -3,1°C
• Mixed-Layer CAPE: 400 bis 500 J/kg
• Surface-Based/Most-Unstable CAPE: 800 bis 900 J/kg
  ==> mäßige latente Instabilität
• Mixed-Layer CIN: -40 bis -20 J/kg ==> schwache bis mäßige konvektive Hemmung
• Höhe der Tropopause: 10 km (275 hPa)
• Schichtdicke 1000/500 hPa: 5573 gpm
• Ausfällbares Niederschlagswasser (PWAT): 23 bis 25 mm
• Windscherung 0-6 km (DLS): 11,6 m/s

Insgesamt war die gesamte Troposphäre latent labil geschichtet. Bis in ca. 925 hPa war eine gut durchmischte bzw. trockenindifferente Schicht vorhanden und oberhalb von 925 hPa bis in 800 hPa war die Atmosphäre größenteils stabil geschichtet, woraus die leicht erhöhten CIN-Werte resultierten. Oberhalb von 800 hPa war die Troposphäre feuchtlabil geschichtet, wobei dünne Inversionsschichten im Bereich von 700 und 550 hPa die CAPE-Werte leicht reduzierten. Im Bereich zwischen 550 und 300 hPa waren mehere trockene Lufteinschübe auszumachen und zwischen 700 und 550 hPa vollführte der Wind eine markante Linksdrehung (labilisierende Kaltluftadvektion). Die Strömung in der unteren und mittleren Troposphäre war im Allgemeinen schwach und entsprechend war die hochreichende Geschwindigkeitsscherung des Windes nicht besonders stark ausgeprägt. Somit war  das Auftreten von sehr gut organisierter Feuchtekonvektion unwahrscheinlich.

Verifikation

Zwischen 12:00 und 13:00 UTC bildeten sich ca. 100 km südwestlich von Luxemburg in der französischen Region Champagne-Ardenne die ersten Wolkentürme (eng. towering cumulus, TCU) im Bereich der postfrontalen konvergenten Bodenströmung (Abb. 5). Ein weiterer Faktor, der in dieser Region die Hebungsprozesse begünstigte, war die postfrontal einsetzende kurzzeitige Sonneneinstrahlung, wodurch die Temperaturen zwischen Reims und Troyes bis auf 23°C stiegen (Taupunkttemperaturen um 15°C), was zu einer leichten Erhöhung der latenten Labilität führte. Nicht zuletzt spielte die leichte Nordost-Verlagerung der PV-Anomalie über Frankreich eine nicht zu vernachlässigende Rolle, denn die damit verbundene Anomalie der dynamischen Tropopause sowie das Eindringen stratosphärischer Trockenluft (eng. dry intrusion, DI) favorisierten die Auslöse hochreichender Feuchtekonvektion (Abb. 6).

Abb. 5: RGB-Satellitenbild um 12 UTC mit rot eingekreister Region der konvekttiven Auslöse | © MeteoGroup

Abb. 6: WV-Satellitenbild und SYNOP-Meldungen um 12 UTC mit der markierten Dry Intrusion | © EUMETRAIN

Um 14:30 UTC hatte sich bereits ein unorganisierter und kleiner Multizellencluster über Nordfrankreich gebildet, der mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 20 bis 25 km/h in Richtung Luxemburg und Ostbelgien zog (Abb. 7). Vorderseitig dieses Clusters kam es über dem Südwesten Luxemburgs zwischen 14:40 und 15:10 UTC und über dem Norden Luxemburgs zwischen 16:00 und 16:20 UTC zu erneuter Auslöse von Konvektion, die mehrzellige Strukturen annahm. Gegen 17:00 UTC erreichte dann die oben erwähnte unstrukturierte Gruppe mehrzelliger Gewitter den Süden Luxemburgs, wobei die Konvektion sich während der weiteren Nordost-Verlagerung zusehends abschwächte (Abb. 8). 

Abb. 7: RGB-Satellitenbild um 14:30 UTC und Anzahl der Erdblitze zwischen 13:30 und 14:30 UTC (violett: alt, weiß: neu) | © MeteoGroup

Abb. 8: Niederschlagsradaranimation 16 bis 19 UTC | © MeteoGroup

Aufgrund der relativ langsamen Verlagerung der Gewitterzellen und punktuellen Radarreflektivitäten von bis zu 54 dBZ konnten lokal markante 1-stündige Regenmengen registriert werden (Quelle: ASTA, MeteoGroup):

• Hosingen 18,7 mm
• Mamer 15,6 mm
• Steinsel 15,0 mm
• Steinfort 12,3 mm
• Ettelbrück 10,6 mm

Abb. 9: 24-stündige Niederschlagsmengen (in mm) | © MeteoGroup

Die Schwerpunkte der Gewitteraktivitäten lagen hauptsächlich im Gutland, so dass dort auch die höchste Blitzdichte vorzufinden war. Im Ösling war die Blitzaktivität nur schwach ausgeprägt, wobei im Norden Luxemburgs der Anteil an Wolkenblitzen höher war als im Süden. (Abb. 10). 

Abb. 10: Verteilung der Erd- und Wolkenblitze zwischen 12 und 21 UTC | © nowcast GmbH

Ein weiteres atmosphärisches Phänomen wurde gegen 16:45 UTC im Raum Petingen/Niederkerschen beobachtet. Breite Wolkenfetzen hatten sich beim Aufzug der Gewitter vom Boden bis hin zur Wolkenbasis gebildet (Abb. 11). Anfangs könnte man meinen, dass es sich um einen Tornado handeln würde, doch dem ist nicht so.

Im englischen Fachjargon werden solche Wolken scud clouds genannt. Es handelte sich um ein gesättigtes Absaugen von sehr feuchter Luft an der Vorderseite eines Gewitters. Dieses Phänomen ereignet sich, wenn die bodennahe Luft von einem aufziehenden Gewitter angehoben und sozusagen "abgesaugt" wird. Dafür wird eine sehr hohe relative Feuchtigkeit benötigt. Eine Sättigung erfolgt zügig und die Wolkenfetzen erstrecken sich vom Boden bis hin zur Wolkenbasis.

Abb. 11

Im Allgemeinen wird ein solches Phänomen ausgelöst, wenn der Abwärtsstrom der Gewitterzelle seine gesättigte Kaltluft in die sogenannte "Versorgungszone" (also die feucht-warme Luft vor der Böenfront, die mithilfe der Aufwinde das Gewitter mit Energie versorgt) injiziert (Quelle). Da an der Vorderseite einer aktiven Gewitterzelle öfters starke Turbulenzen herrschen, können diese Wolkenfetzen sehr chaotische und turbulente Strukturen annehmen. Es kommt manchmal vor, dass diese "scud clouds" dadurch massiv aussehen und somit der Beobachter optisch getäuscht wird, so dass er meint er würde einen Tornado sehen obwohl es nicht der Fall ist.

Abschließend noch ein paar Impressionen der mehrzelligen Gewitter: