Präfrontale Gewitter am 05. und 06. Juni 2015

Synoptische Ausgangslage

Am 05. Juni um 12 UTC lag Luxemburg zum einen an der Rückseite eines umfangreichen Höhenrückens, dessen Drehzentrum sich zwischen Norditalien und Polen befand. Zum anderen geriet die Großregion allmählich unter den Einfluss der Vorderseite eines langwelligen Höhentroges, der bei den Britischen Inseln positioniert war (Abb. 1, Mitte). Hieraus resultierte eine südwestliche und antizyklonal gekrümmte Höhenströmung, wobei eingebettete quasi-geostrophische Hebungsantriebe über dem westlichen Mitteleuropa kaum vorhanden waren. Eine ausgeprägte barokline Schichtung an der Ostflanke des Langwellentroges induzierte einen Polarjet, dessen Jetstreak mit bis zu 130 kn über Irland und Schottland lag (Abb. 1, rechts). Über Nordfrankreich, Belgien und der Nordsee entwickelte sich ein schwacher sekundärer Jetstreak während der zweiten Tageshälfte, so dass dessen rechter Eingangsbereich mit Höhendivergenz vermutlich leichte Hebungsimpulse lieferte. Die niedertroposphärische Südströmung sorgte für die Advektion von Luftmassen subtropischen Urpsrungs, wodurch die 15°C-Isotherme in 850 hPa bis zur Nordsee vorstieß (Abb. 1, links).

Abb. 1: Höhenanalysen des amerikanischen Wettermodells GFS vom 05.06.15 um 12 UTC: 850 hPa (links), 500 hPa (Mitte) und 300 hPa (rechts). Die dicken schwarzen Linien stellen das Geopotential (in gpdam) dar und die weißen durchgezogenen und gestrichelten Linien (rechts) die horizontale Divergenz (in 10^-5 1/s). Die Farbflächen links und in der Mitte entsprechen der Temperatur (in °C) und rechts der horizontalen Windgeschwindigkeit (in kn). Quelle: www1.wetter3.de/Archiv/.

Um 12 UTC befand sich ein Tiefdruckgebiet mit einem Kerndruck von etwa 990 hPa knapp nordwestlich von Irland, welches mit dem Drehzentrum des oben erwähnten Höhentroges korrespondierte. Über Osteuropa lag ein dynamisches Hochdruckgebiet mit einem Kerndruck von rund 1029 hPa. Die schwachen Luftdruckgegensätze zwischen der Iberischen Halbinsel und Mitteleuropa führten zu einem amorphen Bodendruckfeld, wohingegen sich weit vorab des Frontensystems die Entwicklung einer relativ gut definierten Konvergenzlinie über Nordwestfrankreich andeutete (Abb. 2, links). 12 Stunden später (Abb. 2, rechts) war eine präfrontale und sehr gut ausgebildete Tiefdruckrinne mit eingelagerter Windkonvergenz zu beobachten, die als dominanter Hebungsimpuls diente.

Abb. 2: Ausschnitte der Bodenanalysekarten vom 05.06.15 um 12 UTC (links) und vom 06.06.15 um 00 UTC (rechts). Quelle: Deutscher Wetterdienst.

Das durch den Höhenrücken induzierte Absinken sorgte tagsüber für nahezu ungehinderte Sonneneinstrahlung über weiten Teilen Europas und dementsprechend konnten sich die eingeströmten subtropischen Luftmassen stark erwärmen. Somit wurden im Flachland verbreitet Höchsttemperaturen über 30°C gemessen (Abb. 3, links). Im luxemburgischen MeteoGroup-Messnetz war Ettelbrück mit 33,3°C der Spitzenreiter, wobei im Messnetz der Kachelmann GmbH Wasserbillig mit 34,1°C der wärmste Ort war (Quelle). Der heißeste Ort im Messnetz der ASTA war Roeser mit 34,9°C.
Ferner erstreckte sich ein bodennahes Feuchtemaxium um 12 UTC vom Südwesten über den Norden Fankreichs bis in den Süden der Niederlande, welches an die Konvergenzzone gekoppelt war. In den genannten Regionen lagen die Taupunkte größtenteils zwischen 16 und 20°C (Mischungsverhältnis zwischen 11 und 14 g/kg). In Luxemburg wurden diese hohen Feuchtigkeitswerte erst am späten Abend mit Annäherung der präfrontalen Rinne erreicht. Die satellitenbasierte Analyse der Grenzschichtfeuchte ergab ein sehr ähnliches Bild. Über Nordfrankreich und Belgien wurden 15 bis 20 mm ausfällbares Niederschlagswasser innerhalb der Grenzschicht gemessen (Abb. 3, rechts).

Abb. 3: Auswahl an gemessenen Höchsttemperaturen (in °C) am 05.06.15 (links) und Analyse des Gehalts an ausfällbarem Niederschlagswasser innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht (Boden bis 850 hPa) auf Basis der IR-Helligkeitstemperaturen in wolkenfreien Pixeln und in Kombination mit infrarotem Satellitenbild vom 05.06.15 um 12 UTC (rechts). Quelle: MeteoGroup (links), EUMeTrain (rechts).

Die vertikale Verteilung der Feuchte und die thermische Vertikalstruktur sowie das vertikale Windprofil der Troposphäre über dem westlichen Mitteleuropa werden nun näher untersucht. Dabei werden die Radiosondenaufsteige aus Trappes (ca. 14 südwestlich von Paris) und Idar-Oberstein (ca. 60 km östlich von Wasserbillig) herangezogen.
Der 12 UTC Aufstieg aus Trappes (Abb. 4, links) zeigte eine relativ flache atmosphärische Grenzschicht auf (bis in rund 780 m Höhe), die einen moderaten Feuchtegehalt besaß. Zwischen 950 und 900 hPa lag eine Inversion vor und oberhalb davon befand sich eine ausgeprägte EML (Elevated Mixed Layer) mit trockenadiabatischer Abnahmerate bis in 750 hPa, die vermutlich auf eine Spanish Plume zurückzuführen ist. Die pseudopotentielle Temperatur in 850 hPa lag bei 58°C. Zwischen 750 und 550 hPa wies der Temp eine relativ feuchte und feuchtlabile Schichtung auf. Ferner war die obere Hälfte der Troposphäre sehr trocken. Ab etwa 250 hPa wurde die Schichtung stabiler und die Tropopause lag in ungefähr 13,5 km Höhe. Dieser Vertikalstruktur führte zu einem hohen ML CAPE von etwa 2200 J/kg (SB CAPE ~ 3100 J/kg) und einem niedrigen ML CIN von rund -30 J/kg. Die Geschwindigkeitsscherung des Windes zwischen 0 und 6 km betrug ca. 17m/s und in den untersten 1 km belief sich die Scherung auf etwa 8 m/s.
Der um 00 UTC in Idar-Oberstein durchgeführte Aufstieg (Abb. 4, rechts) zeigte eine bodennahe Temperaturinversion bis ungefähr 600 m Höhe, die der nächtlichen Ausstrahlung der Erdoberfläche geschuldet ist. Oberhalb dieser Inversionsschicht konnte ein nahezu trockenadiabatischer Temperatugradient bis in 650 hPa verzeichnet werden, was einer trockenindifferenten Schichtung entspricht. In der unteren Troposphäre nahm die relative Feuchte mit zunehmender Höhe zu, wobei die troposphärische Schicht zwischen 600 und 250 hPa trocken war. Aus diesem bedingt labil geschichteten Vertikalprofil ergab sich ein ML CIN von ungefähr -150 J/kg und ein ML CAPE von etwa 300 J/kg. MU CAPE belief sich hingegen auf ca. 540 J/kg. Desweiteren war die Stärke der Windscherung identisch zum Temp aus Trappes und die Tropopause befand sich in rund 14 km Höhe.
Zusammenfassend kann auf Basis der Radiosondendaten schlussgefolgert werden, dass aufgrund der Überlappung von hoher latenter Labilität (in stark reduzierter Form nachtsüber) und moderater hochreichender Windscherung sehr günstige Bedingungen für markante konvektive Entwicklungen vorherrschten. Zudem lieferten die Parameter der Konvektionsvorhersage Hinweise über die Möglichkeit des lokalen Auftretens von größerem Hagel.

Abb. 4: Schräge T-log(p)-Diagramme des 12 UTC Radiosondenaufstiegs aus Trappes (links) vom 05.06.15 und des 00 UTC Radiosondenaufstiegs aus Idar-Oberstein (rechts) vom 06.06.15. Die rote Zustandskurve ist der Temperaturverlauf und die blaue Kurve der Verlauf des Taupunkts. Rechts neben den Diagrammen sind die Windfieder für die entsprechenden Höhe angegeben. Die graue Aufstiegstrajektorie entspricht einem gehobenen Luftpaket, das die mittleren Temperatur- und Feuchtewerte der unteren 500 m besitzt. ML CAPE ist durch die gelbe Fläche dargestellt und die grün markierte Fläche entspricht ML CIN.
Quelle: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html (mit Ergänzungen).

Ablauf des konvektiven Wettergeschehens

Bereits weit vorab der präfrontalen Konvergenzlinie kam es im Bereich der nordfranzösischen Ortschaft Chaumont (Champagne-Ardenne) zwischen 14 und 15 UTC zur konvektiven Auslöse. Die dort stattgefundene Hebung ist vermutlich auf die Wechselwirkung zwischen der burgundischen Orographie und der Umgebungsströmung zurückzuführen (lee-side triggering), woraus lokale Windkonvergenz resultierte. Wie auch immer, es entwickelte sich ein Gewitter mit mehrzelliger Struktur über dem Südosten der französischen Region Champagne-Ardenne (~ 15 UTC), welches sich langsam nordwärts verlagerte. Im weiteren Verlauf wurden knapp südlich dieses Gewitterherds weitere konvektive Zellen ausgelöst (~ 15:30 UTC), die dann wieder in Richtung Chaumont zogen (Abb. 5, links). Zwischen 15:30 und 16:15 UTC schwächte sich die Gewitteraktiviät leicht östlich von Chaumont zusehends ab, wobei gegen 16:30 UTC nördlich davon neue konvektive Auslöse im Bereich von Bar-le-Duc stattfand (Abb. 5, rechts). Diese Konvektion zog dann weiter in Richtung Verdun, wo sich zwischen 18:00 und 18:15 UTC eine gut strukturierte Gewitterzelle ausbildete (Abb. 5, rechts).

Abb. 5: Detektierte Blitze (Erd- und Wolkenblitze) über Nordostfrankreich am 05.06.15 zwischen 14:15 und 16:15 UTC (links) und zwischen 16:15 und 18:15 UTC (rechts). Quelle: nowcast GmbH. 

Während der weiteren Verlagerung in den Südosten Belgiens schwächte sich diese konvektive Zelle kurzzeitig markant ab. Erst ab etwa 19:30 UTC erfuhr das Gewitter bei Habay nordwestlich von Arlon eine deutliche Intensivierung (Abb. 6, links) und baute im weiteren Verlauf  (19:50 bis 20:10 UTC) an seiner östlichen Flanke linienförmige Konvektion an (zwischen Wiltz und Ettelbrück in Abb. 6, rechts), die dann anschließend den Norden Luxemburgs überquerte. Dabei kam es südwestlich von Wiltz zwischen Kaundorf und Büderscheid zu einem kleinräumigen linearen Starkwindereignis (vermutlich ein Microburst), welches beachtliche Vegetationsschäden hinterließ und gesondert noch genauer untersucht werden müsste.

Abb. 6: Niederschlagsradarbilder vom 05.06.15 um 19:40 UTC (links) und 20:10 UTC (rechts). Quelle: MeteoGroup.

Ferner sind auf dem Radarbild von 20:10 UTC zwei markante Gewitterzellen südlich des Multizellensystems erkennbar. Eine erste relativ isolierte Zelle befand sich zu diesem Zeitpunkt mit lokalen Reflektivitäten um 60 dBZ zwischen Bissen und Steinsel (Abb. 6, rechts). Dieses Gewitter zog mit stagnierender Intensität und leicht abnehmenden Reflektivitäten in nordöstliche Richtung und erreichte gegen 20:30 UTC die Ortschaft Hoesdorf an der deutsch-luxemburgischen Grenze.
Ein weiteres Augenmerk liegt auf einer kräftigen Zelle, die um 20:10 UTC zwischen Habay und Arlon lag (Abb. 6, rechts) und nicht besonders blitzaktiv war. Die Reflektivitäten dieser Zelle stiegen während ihrer nordöstlichen Ver-lagerung auf Werte bis zu 62 dBZ und wies dabei Streifen mit sehr schwachen Reflektivitäten auf (markiert mit roten Pfeilen in Abb 7, links), die höchstwahrscheinlich sogenannte Hail Spikes bzw. Three-Body Scatter Spikes darstellen (Lemon 1998). Diese spezielle Radarsignatur deutet in der Regel auf das mögliche Auftreten von Großhagel hin, was in diesem Fall gemäß den Beobachtungen in Niedercolpach, Ell und Redingen auch zutraf (Abb. 7, rechts).

Abb. 7: Niederschlagsradarbild vom 05.06.15 um 20:30 UTC (links) und Beobachtungen von großkörnigem Hagel über dem Westen des Kantons Redingen (rechts). Quelle: MeteoGroup (links).

Die zweite "Gewitteroffensive" mit moderater Blitzaktivität erreichte Luxemburg nach Mitternacht und bestand aus mehreren konvektiven Zellen, die über Lothringen im Bereich der präfrontalen Konvergenzzone ausgelöst wurden. An dieser Stelle wird auf eine detaillierte Analyse dieser Gewitterzellen verzichtet, da das Regenradar in Neuheilenbach (Eifel) zwischen 22:45 und 23:45 UTC technische Probleme hatte. Einen groben Überblick der Zugbahnen der Gewitterzellen und der konvektiven Aktivitäten über dem Großherzogtum nach Mitternacht liefert die Abbildung 8.

Abb. 8: Detektierte Blitze (Erd- und Wolkenblitze) vom 05.06.15 22 UTC bis zum 06.06.15 01 UTC (Hinweis: 05.06.15 22 UTC entspricht 06.06.15 00 CEST). Quelle: nowcast GmbH.

Aufgrund keiner besonderen Auffälligkeiten bei den Niederschlags- und Windmessungen der verschiedenen Mess-netze (MeteoGroup, Kachelmann GmbH, ASTA) wird diese Analyse nun mit ein paar visuellen Eindrücken der nächtlichen und präfrontalen Gewitter abgeschlossen.

Hinweis: Zu sehen ist ein Erdblitz, welcher im Amboss der Gewitterwolke induziert wurde.