MeteoLabo: Superzellengewitter am 23. Mai 2014

Synoptische Situation

Luxemburg lag auf der Vorderseite eines Langwellentroges, der von Ostgrönland über die Biskaya bis zum Atlasgebirge reichte (Abb. 1). Zwischen diesem Trog und einem Rücken, welcher sich von der Kleinen Syrte über Polen bis nach Lappland erstreckte, lag die Großregion unter einer leicht mäandrierenden südlichen Strömung. An der südlichen Spitze des breiten westeuropäischen Troges befand sich über dem Südwesten Frankreichs ein kurzwelliger Randtrog, der im Laufe des Nachmittags und des Abends an der östlichen Flanke des Langwellentroges nordwärts gesteuert wurde. An der Vorderseite des Kurzwellentroges gelangte ein Schub labil geschichteter Luft in den Nordosten Frankreichs, so dass in diesem Bereich auch Hebungsantrieb in Form von PVA und lokalen Bodenkonvergenzen vorhanden war.

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

Am Boden sorgte postfrontale Kaltluftadvektion zunächst für eine Stabilisierung. Jedoch näherte sich aus Südwesten ein Tiefausläufer in Form einer Kaltfrontokklusion, die dem oben genannten Randtrog vorgelagert war (Abb. 2). Dieses Frontensystem zog in der Nacht auf den 24.05. über die Großregion hinweg und verlagerte sich dann im weiteren Verlauf in Richtung Nordsee. Insgesamt behielten wir die zyklonale Südlage vom vorherigen Tag bei, mit der Ausnahme, dass die Subtropikluft durch kühlere Luftmassen ersetzt wurde.

Abb. 2: Bodenanalyse 17 Uhr MESZ / © Deutscher Wetterdienst

Thermodynamische Umgebung

Die höchste Temperatur wurde an diesem Tag mit knapp 21°C in Bettemburg gemessen, wobei der Taupunkt am Nachmittag zwischen 10°C und 13°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 23.05.2014 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: -20,7°C
500 hPa Wind: 45 kn (83 km/h)
850 hPa Temperatur: +4,4°C
850 hPa Wind: 23 kn (43 km/h)
850 hPa pseudopotentielle Temperatur: 35°C
==> Luftmassentyp: erwärmte maritime Polarluft (mPs)
Mixed-Layer Lifted Index (500 hPa): +1,7°C
Surface-Based Lifted Index (500 hPa): -0,7°C
Mixed-Layer CAPE: 15 bis 30 J/kg
Surface-Based/Most-Unstable CAPE: 300 bis 400 J/kg
==> leichte bis mäßige Instabilität
Mixed-Layer CIN: -5 J/kg ==> sehr geringe konvektive Hemmung
KO-Index: +1 (12 UTC) bzw. -3 (18 UTC) ==> labilisierende atmosphärische Verhältnisse
Höhe der Tropopause: 10,4 km (248 hPa)
Schichtdicke 1000/500 hPa: 5479 gpm
Ausfällbares Niederschlagswasser (PWAT): 16 bis 18 mm
Windscherung 0-1 km (LLS): 7,7 m/s
Windscherung 0-3 km: 11,7 m/s
Windscherung 0-6 km (DLS): 19,7 m/s
SRH 0-1 km: 9 m²/s²
SRH 0-3 km: 88 m²/s²
Bulk-Richardson Windscherung (BRN shear): 88,8 m²/s²
Hebungskondensationsniveau (LCL): 919 hPa
Niveau des Nullauftriebs (EL): 371 hPa

Vom Boden bis zum 600 hPa Niveau war eine feuchte Schichtung vorhanden, wobei ab dem 600 hPa Niveau aufwärts die Troposphäre mit der Höhe zunehmend trockener wurde. Die gesamte Troposphäre war mit drei dünnen isothermen Schichten durchsetzt, sogenannte "CAPE robber". Bis zum 850 hPa Niveau lag eine nahezu trockenindifferente Schichtung vor, d.h. die vertikale Temperaturänderung eines aufsteigenden Luftpakets ist genau so groß wie die der Umgebungsluft.Oberhalb dieser Schicht war die Atmosphäre bedingt labil geschichtet.
An dieser Stelle wird nun der Supercell Composite Parameter (SCP) berechnet, mit dem man die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer oder mehrerer Superzellen (= Gewitter mit rotierendem Aufwind) abschätzen kann: Ist SCP < 1 sind keine Superzellen zu erwarten, liegt der SCP zwischen 1 und 4 sind einzelne Superzellen nicht ausgeschlossen und ist SCP > 4 sind Superzellen wahrscheinlich. Entwickelt wurde dieser Index vom amerikanischen Storm Predicition Center und die Formel dazu lautet folgendermaßen:

In diesem Fall ergibt sich somit:

Folglich waren Superzellenentwicklungen durchaus denkbar und diese Annahme wird im weiteren Verlauf der Analyse auch gestützt. Oberhalb der atmosphärischen Grenzschicht herrschte eine mäßig bis starke geradlinige vertikale Windscherung.

Eine schwach bis mäßig ausgeprägte troposphärische Dynamik überlappte sich somit mit einer mäßigen latenten Instabilität. Insgesamt waren also die synoptischen und dynamischen Gegebenheiten für das Auslösen von konvektiven Entwicklungen durchaus vorteilhaft.

Verifikation

Der Tag startete zunächst mit kompakter tiefer und mittelhoher Bewölkung. Erst gegen Mittag machten sich leichte absinkende Luftbewegungen anhand von Auflockerungen bemerkbar, so dass sich Nachmittags die Sonne und cumuliforme Wolken abwechselten. Über dem Norden Frankreichs kam es dann südwestlich von Luxemburg gegen 16 Uhr MESZ durch Annäherung eines Kurzwellentroges (inklusive Kaltfrontokklusion) mit Einschub labil geschichteter Luft und eines bodennahen konvergenten Windfeldes zur Auslösung von Feuchtekonvektion (Abb. 3).

Abb. 4: Satellitenbildanimation 15 bis 18 Uhr MESZ / © MeteoGroup

Gegen 15:30 MESZ entwickelte sich ein Gewitter mit mehrzelliger Struktur östlich von der französischen Ortschaft St-Dizier. Dieses Gewitter besaß eine nordöstliche Zugrichtung und versuchte im weiteren Verlauf etwas mehr Organisation zu gewinnen. Nördlich von Verdun kam es dann zu einem ersten "storm splitting" (zu deutsch Zellteilung), d.h. die anfängliche Konvektionszelle teilte sich in zwei einzelne Zellen auf. Eine konvektive Zelle scherte nach links aus (sog. "Left-Mover") und zog in Richtung Sedan. Die andere Zelle scherte nach rechts aus (sog. "Right-Mover") und verlagerte sich unter Verstärkung weiter in Richtung Longwy.
Im Allgemeinen wird ein "storm splitting" durch signifikante geradlinige ("unidirectional") vertikale Windscherung begünstigt. Auf eine ausführliche Beschreibung dieses recht komplexen physikalischen Prozesses wird jedoch an dieser Stelle verzichtet. Meistens erhält die nach rechts ausscherende Gewitterzelle eine superzelligen Charakter, d.h. sie besitzt dann einen zyklonal rotierenden Aufwindbereich (sog. Mesozyklone).
Darüber hinaus konnte man anhand der Radarbilder (Abb. 5) einen zyklischen Charakter der Superzelle erkennen. Bei genauerer Betrachtung fällt nämlich auf, dass sich an der südöstlichen Flanke des Gewitters zweimal neue Konvektion bildete, die dann wieder mit der "Mutterzelle" verschmolz. Zuerst war dies bei Audun-le-Tiche der Fall und etwa 30 Minuten später noch mal kapp nordwestlich von Luxemburg-Stadt.

Abb. 5: Niederschlagsradaranimation 17 bis 20 Uhr MESZ / © MeteoGroup

Kurz bevor dieses Gewitter die luxemburgische Grenze erreichte, wies es mit punktuellen Niederschlagsraten von bis zu 160 mm/h seine maximale Intensität auf (Abb. 5). Im lothringischen Pays-Haut wurden außerdem Hagelkörner mit einem Durchmesser von ca. 2 cm beobachtet. Über luxemburgischem Gebiet schwächte sich das superzellige Gewitter zusehends ab, wobei es zu dem Zeitpunkt noch immer sehr feine Strukturen aufzeigen konnte (siehe Impressionen am Schluss dieser Verifikation). Diese rotierende Gewitterzelle überquerte die Kantone Esch/Alzette, Capellen, Mersch und Echternach, wo es sich dann schlussendlich auflöste.
Unwetterartige Erscheinungen traten über luxemburgischem Boden nicht auf, obwohl es im Südwesten zeitweise noch örtlich für Starkregen reichte. Die elektrischen Aktivitäten der Zelle hielten sich auch in Grenzen. Anhand der Blitzverteilung (Abb. 6) erkennt man die Zellteilung, welche im Bereich von Verdun stattfand, auch sehr gut, denn es sind zwei komplett unterschiedliche Zugbahnen dargestellt: eine nördliche und eine nordöstliche bis östliche Zugrichtung. Im geographischen Ausschnit der Abb. 6 wurden insgesamt 570 Blitze registriert, davon 525 Erdblitze und 45 Wolkenblitze.

Abb. 6: Blitzverteilung 16 bis 19 Uhr MESZ / © LINET view, nowcast GmbH

Summa summarum handelte es sich hier um eine (zyklische) "low-topped" Superzelle, was sowohl von Keraunos als auch von Belgorage als höchst plausibel eingestuft wurde. Dieses Gewitter bildete sich bei geringen CAPE-Werten (siehe Markowski and Straka 2000), einem relativ niedrigen Equilibrium Level (EL) und bei leichten Signalen des SCP. Zugleich war Windscherung in der unteren Häfte der Troposphäre (DLS) ausgeprägt genug und das "storm splitting" über dem Norden Frankreichs war auch ausschlaggebend.
Laut Satellitendaten betrug die Wolkenoberseitentemperatur ca. -50°C, woraus man schließen kann, dass sich die Gewitterwolke bis zur Tropopause ausdehnen konnte. Heftige Wettererscheinungen treten bei solch einem Superzellentyp eher selten auf. In der Regel ist das Auftreten eines Tornados bei solch einer Zelle die größte Gefahr. Jedoch ist dies nur dann der Fall, wenn die niedertroposphärische Windscherung (LLS) stark genug ist und das war hier offensichtlich nicht gegeben.
Obwohl das Potential für Superzellen an diesem Tag eher als moderat einzuschätzen war, wurden teils atemberaubende superzellige Strukturen von französischen Sturmjägern bei Bar-le-Duc dokumentiert.

Abschließend noch mehrere faszinante Impressionen dieser Gewitterzelle: