Luftmassengewitter am 21. April 2014

Synoptische Situation

Um 12 UTC erstreckte sich in der mittleren Troposphäre eine zonale Rinne niedrigen Geopotentials vom nahen Ostatlantik bis zur Ukraine, wohingegen nördlich dieser Rinne sich eine west-ost-ausgerichtete Zone relativ hohen Geopotentials zwischen dem europäischen Nordmeer und Russland befand (Abb. 1). In diese Rinne waren mehrere Höhentiefs eingelagert, wobei eins von denen über dem Nordwesten Deutschlands positioniert war. Dort war auch ein Bereich höhenkalter Luft mit Temperaturen um -25°C in rund 5500 Meter Höhe zentriert. Aus dieser Konstellation resultierte eine recht schwache Höhenströmung über dem europäischen Sektor und dementsprechend war die troposphärische Dynamik nur marginal ausgeprägt.

Abb. 1: Geopotential + Temperatur + Wind 500 hPa / © DWD

Am Boden lag Luxemburg im Bereich eines großräumigen barometrischen Sumpfes bzw. Tiefdrucksumpfes, welcher sich südwestwärts bis zu iberischen Halbinsel ausdehnte und folglich war nur ein schwacher Druckgradient vorhanden (Abb. 2). Die in der Großregion vorherrschende Luftmasse war mäßig-warm, allerdings auch potentiell instabil, obwohl der Feuchtigkeitsgehalt der Luft nicht allzu hoch war. 

Abb. 2: Bodenanalyse / © DWD

Thermodynamische Umgebung

Die höchste Temperatur wurde an diesem Tag mit knapp 22°C in Ettelbrück gemessen, wobei der Taupunkt am Nachmittag zwischen 5°C und 9°C variierte (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 Radiosondenaufstiegs vom 21.04.2014 um 12 UTC 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 / © IGM Uni Köln

 Nun folgt eine Auflistung der wichtigsten Parameter:

• 500 hPa Temperatur: -24,1°C
• 500 hPa Wind: 7,8 kn (14,5 km/h)
• 850 hPa Temperatur: +4,8°C
• 850 hPa Wind: 5,8 kn (10,7 km/h)
• 850 hPa pseudopotentielle Temperatur: 30 bis 35°C
  ==> Luftmassentyp: Luft der mittleren Breiten/Festlandsluft (xSp)
• Mixed-Layer Lifted Index (500 hPa): +0,1°C
• Mixed-Layer CAPE: 150 bis 200 J/kg
• Surface-Based CAPE: 300 bis 400 J/kg
  ==> geringe bis mäßige Instabilität
• Mixed-Layer CIN: -3 J/kg==> nahezu keine konvektive Hemmung
• KO-Index: -3 ==> potentiell labile atmosphärische Verhältnisse
• Höhe der Tropopause: 10,03 km (260 hPa)
• Ausfällbares Niederschlagswasser (PWAT): 14 bis 16 mm

Im Höhenbereich zwischen dem Boden und dem 700 hPa Niveau war die Atmosphäre trockenindifferent geschichtet, d.h. die vertikale Temperaturänderung eines aufsteigenden Luftpakets ist genau so groß wie die der Umgebungsluft. Im Bereich der mittleren Troposphäre lag größtenteils ein feuchtlabiler und trockenstabiler Zustand vor, so dass die thermische Schichtung in diesem Fall erst labil wird, wenn nach erzwungener Hebung Kondensation bzw. Wolkenbildung eingesetzt hat. Desweiteren war die Troposphäre oberhalb von ca. 650 hPa relativ trocken geschichtet, wobei unterhalb von diesem Niveau die Taupunktdifferenz teils gering war (feuchte Schicht).

Als eventuelle Gefahrenquelle bzw. warnrelevantes Begleitelement beim Auftreten eines Gewitters erwies sich Starkregen als wahrscheinlich (obwohl die PWAT-Werte nicht allzu hoch angesiedelt waren), denn wegen der schwachen Höhenwinde würden sich konvektive Zellen quasistationär verhalten. Anhand der CAPE-Werte und trotz geringer Windscherung wäre kleinkörniger Hagel auch nicht ausgeschlossen.
Insgesamt waren somit günstige synoptische und thermodynamische Bedingungen für die Entwicklung örtlicher und markanter Konvektion gegeben. 

Verifikation

Der Tag startete ohne jegliche Bewölkung in einem breiten Streifen von Belgien über Luxemburg bis in die Mitte Deutschlands. So war die solare Einstrahlung ungehindert und die Auslösetemperatur von ca. 17°C wurde durch die Erwärmung der bodennahen Schichten bereits gegen Ende des Vormittags vielerorts erreicht. Infolgedessen setzte verbreitet Konvektion ein und die Entwicklung der cumuliformen Bewölkung kann man sehr schön in der Satellitenbildanimation verfolgen (Abb. 4). Das weitere Anwachsen von einer Cumulus-Wolke zu einer Cumulonimbus-Wolke (Gewitterwolke) erfolgte im weiteren Verlauf allerdings lokal begrenzt.

Abb. 4: Wolkenentwicklung 10 bis 13 Uhr MESZ / © MeteoGroup

Die Gewitteraktivität über luxemburgischem Gebiet lag im Zeitbereich zwischen 15h45 und 19h00 MESZ. Folgende Ortschaften wurden von Gewitterzentren getroffen: Flaxweiler, Roodt/Syre, Olingen, Rodenburg, Platen, Pratz, Hobscheid, Blascheid, Lorentzweiler, Vichten, Everlinge, Bissen, Colmar-Berg, Weydig, Breinert, Münschecker und Mertert. Im Allgemeinen besaßen die einzelnen konvektiven Zellen eine nördliche bis nordöstliche Zugrichtung, die jedoch wegen des teils chaotischen Verhaltens der Zellen und deren sehr langsamen Verlagerung  schwer auszumachen war. Darüber hinaus waren manche Konvektionszellen zeitweise nahezu ortsfest.

Die Gewitter zeigten größtenteils eine einzellige Struktur auf. Nichtsdestostrotz konnten auch mehrzellige Ansätze beobachtet werden, verursacht durch die Vereinigung oder das Verschmelzen von nah beieinander liegenden Einzelzellengewittern. Daraus resulierte auch eine pulsierender Charakter mancher Gewitter (Impulsgewitter), was die Lebensdauer der jeweiligen Zellen in diesem Fall aber eigentlich nicht nennenswert verlängerte. In der Radaranimation (Abb. 5) kann man den Verlauf bzw. die sporadischen Entwicklungen der Zellen sehr gut nachvollziehen.

Abb. 5: Niederschlagsanimation 16 bis 19 Uhr MESZ / © MeteoGroup

Stellenweise wurden sehr hohe Niederschlagsraten erreicht, wie zum Beispiel gegen 17h50 MESZ im Bereich von Bissen und Colmar-Berg. Dort wurde für wenige Minuten eine Niederschlagsintensität von ungefähr 100 bis 130 mm/h (56 bis 58 dBZ) vom Regenradar gemessen. Dies führte zu einer Akkumulation von kleinkörnigem Hagel in Bissen, so dass manche Gärten von einer weißen und dünnen Hagelschicht bedeckt waren. Die Feuerwehr aus Colmar-Berg musste auch zweimal wegen lokalen Überschwemmungen ausrücken. In Mertert wurde auch ein Wasserschaden in einem Wohnhaus gemeldet (Quelle). 

Abb. 6a: Niederschlagsverteilung / © ASTA, AGRIMETEO

Die 12-stündigen Niederschlagsmengen zwischen 08 und 20 Uhr MESZ  fielen örtlich sehr unterschiedlich aus (Abb. 6a+b). Spitzenreiter war Wasserbillig mit 21.1 mm, dann folgten Grevenmacher mit 20.6 mm und Beringen mit 16.7 mm. In Wasserbillig fielen innerhalb einer Stunde (17 bis 18 Uhr) 16.6 mm Regen und sehr bemerkenswert war auch der extreme Unterschied zwischen Grevenmacher und der benachbarten deutschen Ortschaft Nittel, wo es nur für 6.6 mm Regen gereicht hatte. Dagegen blieb der  Süden Luxemburgs komplett trocken, so dass sich die Starkregenereignisse hauptsächlich auf die Kantone Grevenmacher, Mersch und Redingen beschränkten.

Abb. 6b: Niederschlagsverteilung / © MeteoGroup

Elektrische Erscheinungen traten an diesem Tag eher sporadisch und generell nur in den oben genannten Kantonen auf (Abb. 7). Dabei schlug ein Blitz in einen Baum auf der Strecke zwischen Grevenmacher und Schorenshof ein (Quelle). Die Intensität der Blitzaktivitäten über Luxemburg konnte man als eher schwach bis mäßig einstufen, wobei die atmosphärische Elektrizität im Raum Flaxweiler dennoch für kurze Zeit stark hervortretend war. Andererseits war eine praktisch stillstehende Zelle südlich von Konz nahe der deutsch-luxemburgischen Grenze mit einer punktuell hohen Blitzrate sehr auffällig, die vom Deutschen Wetterdienst wegen Starkregen sogar rot abgewarnt wurde (Unwetterwarnung).

Abb. 7: Blitzverteilung am 21.04.14  / © LINET view, nowcast GmbH

Summa summarum handelte es sich an diesem Tag um Gewitter in einheitlicher Luftmasse, d.h. die keiner Störung durch einen Luftmassenwechsel untwerworfen ist. Durch die starke Sonneneinstrahlung am Boden wurde eine konvektive Instabilität in den unteren Schichten hervorgerufen und somit wurden die konvektiven Zelle diabatisch oder durch die Orographie ausgelöst. Man bezeichnet sie auch als Gewitter unter geringen Luftdruckgegensätzen bzw. als Wärmegewitter, die in der Regel nur tagsüber entstehen können. Sie leiten im Normalfall keinen direkten Abkühlungsvorgang ein. Mangels großräumiger synoptischer Antriebe waren die zahlreichen Schauer und Gewitter recht unorganisiert und zudem war mit der vorhandenen Labilität auch bei etwa 8 km Schluss, so dass die Gewitter nicht allzu stark werden konnten. Sturmböen waren wegen der fehlenden Dynamik in der unteren und mittleren Troposphäre überhaupt kein Thema.
Am späten Abend und anfangs der Nacht fielen die meisten Gewitter und Schauer wegen des sich abschwächenden thermischen Antriebs und des mangelnden synoptischen Antriebs wieder in sich zusammen. 

Impression aus Sandweiler