MeteoLabo: Mehrzellige Gewitter am 22. Mai 2014

Synoptische Situation

Von Westen näherte sich sehr zögerlich ein weit südwärts ausgreifender Langwellentrog, wobei dessen Schwerpunkt quasistationär war (Abb. 1). Allerdings vergrößerte er seinen Einflussbereich und somit sank von Westen her allmählich das Geopotential, so dass Luxemburg vorderseitig dieses Troges lag. Dabei wurde die meridionale Höhenströmung zunehmend zyklonal geprägt. Desweiteren erstreckte sich eine barokline Zone in der mittleren Troposphäre von Gibraltar bis zur Nordsee, in der ein Jetstream mit zwei Jetstreaks eingelagert war.

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

Das zum Höhentief korrespondierende westeuropäische Bodentief griff im Laufe des Tages mit seinem Frontensystem von Westen her auf die Großregion über. Das Tiefdruckkomplex am Boden selbst wies zu Tagesbeginn zwei Kerne auf, einen über dem westlichen Ausgang des Ärmelkanals, der sich nach Süden bis zur Biskaya erstreckte, und einen zweiten, der sich über der westlichen Nordsee befand (Abb. 2). Dieser zweite Schwerpunkt bewegte sich im Tagesverlauf in Richtung europäisches Nordmeer. Die strömungsparallele und sich nur langsame verlagernde Kaltfront dieses Nordseetiefs neigte zu starker Wellenbildung und verlief um 12 UTC von den Niederlanden über die Großregion bis zum westlichen Mittelmeerraum. Präfrontal befand sich über der Mitte Deutschlands eine Konvergenzlinie und mit südlicher Strömung wurden sehr warme und potentiell instabile Luftmassen advehiert.

Abb. 2: Bodenanalyse 14 Uhr MESZ / © Deutscher Wetterdienst

Thermodynamische Umgebung

Die höchste Temperatur wurde an diesem Tag mit 25°C in Wasserbillig gemessen, wobei der Taupunkt am Nachmittag zwischen 11°C und 15°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 22.05.2014 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: -16,5°C
500 hPa Wind: 52 kn (96 km/h)
850 hPa Temperatur: +10,6°C
850 hPa Wind: 19 kn (35 km/h)
850 hPa pseudopotentielle Temperatur: 42°C
==> Luftmassentyp: (gealterte/leicht kühlere) Subtropikluft (xS)
Mixed-Layer Lifted Index (500 hPa): +2,9°C
Surface-Based Lifted Index (500 hPa): +1,7°C
Mixed-Layer CAPE: 2 bis 6 J/kg
Surface-Based CAPE: 10 bis 30 J/kg
==> nahezu keine Instabilität
Mixed-Layer CIN: -300 bis -250 J/kg ==> extreme konvektive Hemmung
KO-Index: -1 ==> potentiell labile atmosphärische Verhältnisse
Höhe der Tropopause: 13,9 km (148 hPa)
Schichtdicke 1000/500 hPa: 5590 gpm
Ausfällbares Niederschlagswasser (PWAT): 17 bis 19 mm
Windscherung 0-1 km: 6,5 m/s
Windscherung 0-3 km: 18,1 m/s
Windscherung 0-6 km: 26,4 m/s
SRH 0-1 km: 37 m²/s²
SRH 0-3 km: 123 m²/s²

Die gesamte Troposphäre war mit mehreren isothermen Schichten durchsetzt, wobei sich die markanteste Inversionsschicht zwischen dem 550 und 600 hPa Niveau befand. In diesem Bereich wurde höchstwahrscheinlich eine entkoppelte, durchmischte Schicht (EML) aus der spanischen Hochebene und der Sahara advehiert, d.h. es fand ein Einschub sehr trockener Luft statt mit einem massiven Taupunktrückgang von knapp 30°C. Dieser Vorgang generierte eine sehr starke Unterdrückung der Konvektion (ähnlich wie ein Deckel auf dem Kochtopf), was sich wiederum auch in den CAPE- und CIN-Werten widerspiegelte. Wieso es dennoch zu Gewittern über Luxemburg kam, wird in der weiteren Analyse genauer erläutert.

Die troposphärische Dynamik war im Gegensatz zur latenten Instabilität wesentlich signifikanter, denn die Geschwindigkeitsscherung des Windes in der unteren Hälfte der Troposphäre war relativ stark. Insgesamt waren also die synoptischen und dynamischen Gegebenheiten für das Auslösen von konvektiven Entwicklungen durchaus vorteilhaft, jedoch waren die thermischen Eigenschaften nicht besonders fördernd.

Verifikation

Der Tag begann über den meisten Regionen Luxemburgs eher mit einem stark bewölkten Himmel, veursacht durch konvektive Überreste aus der vorherigen Nacht (Abb. 4). Aus dieser restlichen Bewölkung fiel in einem schmalen Streifen, der sich vom Süden Luxemburgs bis nach Norden erstreckte, stellenweise schwacher bis mäßiger Regen und dieser löste sich zwischen 13:00 und 13:30 MESZ auf. Die meiste solare Einstrahlung erhielt an diesem Vormittag der äußerste Nordwesten des Landes sowie die Moselregion. Jedoch wurde somit keine großräumige latente Labilität in Form con CAPE erzeugt, was sich im Endeffekt dämpfend auf die Gewitterentwicklung ausgewirkt hat.

Darüber hinaus wurde mit der südlichen Höhenströmung eine signifkante Menge an Saharasatub nach Mitteleuropa transportiert, was wiederum die Auflösung der oben erwähnten Wolkenreste höchstwahrscheinlich verzögerte. Im morgendlichen und hoch aufgelösten Satellitenbild von Zentraleuropa (07:20 MESZ, Abb. 4) erkennt man die trübe Staubschicht sehr gut über dem Süden Deutschlands und dem Nordosten Frankreichs.

Abb. 4: Sichtbares Satellitenbild 1 km-Auflösung / © Deutscher Wetterdienst

Ausgelöst wurden die Gewitter, welche zwischen 14:30 und 17:30 MESZ über Luxemburg hinwegzogen, anhand eines konvergenten Bodenwindfeldes über der Region Champagne-Ardenne im Norden Frankreichs (Abb. 5, links), denn dort strömten die Luftmassen aus westlicher und südöstlicher Richtung zusammen und wurden somit gezwungen aufzusteigen (= Hebungsprozess). Diese Konvergenzzone entstand im Bereich der flachen frontalen Welle, an der ein kleinskaliges Bodentief für die Richtungskonvergenz des Windes sorgte. In Abbilung 5 ist dieses subsynoptische Tief rot umkreist, wobei nördlich davon auch noch ein subsynoptisches Hoch (blau umkreist) positioniert war. Das bodennahe konvergente Windfeld befand sich in unmittelbarer Nähe des Tiefs.

Abb. 5: 10-minütiger Mittelwind 14 Uhr MESZ (links), Bodenanalyse 14 Uhr MESZ (rechts) / © MeteoGroup, DWD

Die konvektiven Zellen über französischem Gebiet zogen dann mit einer Zuggeschwindigkeit von ca. 70 bis 80 km/h in eine nordöstliche Richtung und die Gewitter zeigten im Allgemeinen eine mehrzellige Struktur auf. Folgende Kantone wurden von Gewitterzentren getroffen: Esch/Alzette, Capellen, Redingen, Wiltz, Clerf, Remich, Grevenmacher und Echternach.
Somit war fast das gesamte Land von konvektiven Aktivitäten betroffen, wobei natürlich nur punktuell Starkregen oder kleinkörniger Hagel beobachtet werden konnte. Lokale Überflutungen waren wegen der schnellen Verlagerung der Gewitterwolken kein Thema. Überraschenderweise blieben stürmische Böen beim Durchgang der eher unstrukturierten/unorganisierten Zellen aus (~ 40 kn in 700 hPa), was wahrscheinlich auf die teils stabile Schichtung (positiver Lifted Index in 700 hPa) zurückzuführen ist, so dass kein vertikaler Impulstransport stattfinden konnte. In der Animation des Niederschlagsradars (Abb. 6) kann man den Verlauf der einzelnen Zellen sehr gut nachvollziehen.

Abb. 6: Niederschlagsanimation 14:30 bis 17:30 MESZ / © MeteoGroup

Obwohl nur sehr geringe latente Energie vorhanden war, gab es einige konvektive Neuentwicklungen über luxemburgischem Gebiet und die hereingezogenen Zellen hielten auch längere Zeit durch. Ein wichtiger Faktor, der die Hebungsprozesse höchstwahrscheinlich unterstützte, waren die Strömungsdivergenzen in rund 9 km Höhe, denn die Großregion lag unterhalb eines rechten Eingangsbereiches von einem Jetstreak, welcher sich über dem Westen Belgiens befand. In der Regel führt eine Divergenz des Windfeldes zu einer horizontalen Ausdehnung und vertikalen Komprimierung eines Luftpakets, so dass die Massenverlagerung zu einer Abnahme des Drucks in der Luftsäule darunter führt. Dadurch entsteht eine Sogwirkung, und zum Massenausgleich strömt Luft am Boden von außen zu. Es resultiert Hebungsantrieb.

Die 12-stündigen Niederschlagsmengen zwischen 08 und 20 Uhr MESZ fielen, wie so oft bei konvektiven Wetterlagen, sehr unterschiedlich aus (Abb. 7). In folgenden Ortschaften fielen 10 bis 15 mm Regen: Böwen, Roodt, Oberkorn, Mamer, Arsdorf, Merl und Wintger.

Elektrische Erscheinungen traten an diesem Tag generell nur in den oben genannten Kantonen auf (Abb. 8). Die Intensität der Blitzaktivitäten über Luxemburg konnte man als schwach bis mäßig einstufen, wobei man für die atmosphärische Elektrizität keine punktuellen Schwerpunkte festmachen konnte.

Summa summarum besaßen die Gewitter keinen unwetterartigen Charakter und verdankten ihre Existenz der Bodenkonvergenz entlang einer stationären/wellenden Front, die die ostseits gelegene Warmluft von der westseits befindlichen Kaltluft trennte. Eine Welle weist in der Regel konvexe Bereiche in Ostrichtung auf (Vorstoß der dahinter liegenden Kaltluft) sowie Warmlufteinbrüche Richtung West. Auf den Kontinenten entsprechen die Warmluftkeile, die am weitesten gegen das Innere der Kaltluft vordringen und dabei kleinskalige Tiefdruckgebiete auslösen können, den Gebieten, die wie in diesem Fall imstande sind, markante Konvektion hervorzubringen. Bei rund 11 km Höhe war jedoch schon für konvektive Entwicklungen Schluss, so dass die Gewitterzellen nicht allzu stark werden konnten. Wegen mangelnder latenter Instabilität (stark reduzierte Sonneneinstrahlung) konnte das gesamte hypothetische Gewitterpotential nicht abgerufen werden. Die recht hohe Tropopause (knapp 14 km) hätte durchaus hochreichende und intensive Konvektion ermöglicht.

Abschließend ein paar visuelle Eindrücke der Gewitter und ein dank dem Saharastaub farbintensiver Sonnenuntergang: