Stormchasing, Gewitterjagd und Unwetter in Deutschland
  TheorieGewitter
 
 
 
 
 
Wieso entstehen überhaupt Gewitter?
 

 
 
Im Prinzip sind Gewitter nichts anderes als ein thermischer Ausgleich in der Troposphäre, das ist die unterste "Hülle", die unseren Planeten umgibt. Man kann sich das in etwa so vorstellen, wie wenn man Wasser zum Kochen bringen möchte. Die Herdplatte erwärmt das Wasser von unten. Also versuchen nun das warme Wasser und der Wasserdampf nach oben zu kommen, da beides leichter ist als das kalte Wasser. 
 
 
Analog zu diesem Vorgang wirkt sich die Sonne auf unsere Atmosphäre aus. Sie erwärmt den Boden und die Luftschicht knapp darüber. Da Luft jedoch ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, kann diese dazu gewonnene Energie nur durch Durchmischung der Atmosphäre wieder abgegeben werden. In der Physik strebt alles nach einem Zustand möglichst niedriger Energie, das ist der Grund, weshalb die warme Luft ihre Energie gerne an die kalte Luft weiter oben in der Atmosphäre abgeben möchte. 
 
 
Das Ergebnis solcher sehr starken atmosphärischen Ausgleichprozesse sind Gewitter- große Wolkentürme die sich bis an die Tropopause erstrecken. Jetzt gibt es natürlich nicht jeden Tag Gewitter, obwohl jeden Tag die Sonne scheint. Hierbei spielt der Aufbau der Atmosphäre eine wichtige Rolle, die wichtigsten Faktoren werde ich auf dieser Seite erklären.
 
 

 
 

 
 
Hochdruck und Tiefdruck 
 

 
Ein absolutes Grundgesetz ist, das Gewitter nicht in einem Hochdruckgebiet entstehen können. Dafür muss man zunächst verstehen, was in einem Hoch bzw. Tief eigentlich passiert. Nehmen wir zunächst das Hoch, da es weniger vielfältig ist und für kein besonderes Wettergeschehen verantwortlich zu machen ist. Neben den kleinräumigen thermischen Ausgleichprozessen in der Atmosphäre gibt es die beiden gößten, das Hochdruckgebiet und das Tiefdruckgebiet. Im Hochdruck ist der Luftdruck höher als in seiner Umgebung. Das beruht darauf, dass die Luft hier großflächig absinkt. Ein Luftpaket erwärmt sich, wenn es in der Atmosphäre weiter nach unten sinkt. So wie wenn man eine Luftpumpe zusammendrückt und diese warm wird, so wird auch das Luftpaket wärmer wenn es nach unten sinkt und einen höheren Umgebungsdruck erfährt. Sinkt nun großflächig ganz allmählich Luft nach unten, bildet sich in der Atmosphäre eine sogenannte Inversion. Eine Inversion ist ein Bereich, in dem die Atmosphäre mit zunehmender Höhe wärmer anstatt kälter wird. Dies verhindert, dass Luftpakete vom Boden aus frei nach oben aufsteigen können, da sie nun plötzlich kälter als ihre Umgebungsluft wären und damit verlieren sie ihre Energie, weiter aufzusteigen. Auch ist im Hochdruck die Atmosphäre unten am Boden trocken und kühl, im relativen Vergleich zum Tief. Die Luft am Boden besitzt also erst gar nicht das Bestreben nach oben zu steigen.


 
 
Auf diesem Wetterballon-Aufstieg sehen Sie die dicke schwarze Linie rechts, das ist die Temperatur in der jeweiligen Höhe. Ich habe mit Rot die Temperatur in 500m mit 6°C herausgezeichnet und die Temperatur in 1100m mit 12°C. Diese "Nase" in der Höhe nennt man Inversion, denn dort nimmt die Temperatur in der Höhe zu. Ein Luftpaket am Boden hätte also nicht die Chance nach oben zu steigen, da es immer kälter sein würde als seine Umgebungsluft. 
 
Da die Luft am Boden langsam vom Hoch weg läuft, wirkt das Hoch dadurch der Bildung von Fronten entgegen, da es für diese keine hohen Luftmassengegensätze erzeugt. Eine Front wird also durch ein Hoch ausgebremst. Fronten können aber nur existieren wenn sie sich bewegen, deshalb können im Hoch keine Fronten bestehen und gehen dort langsam kaputt.
Im Tief hingegen steigt die Luft großflächig auf. Es saugt deshalb vom Boden her die Luft an, sowohl warme und feuchte Luftmassen welche näher am Äquator liegen, als auch kalte und trockene polare Luftmassen die aus Polnähe entstammen. Dieses zusammenführen der Luftmassen in einem Zentrum, dem Tief, hat die Folge, dass sich starke Luftmassengegensätze neben einander finden und die Atmosphäre versucht diese dann auszugleichen. Die Folge von diesem Ausgleich sind dann Niederschlag, Wind und vielleicht das sogar in Form von Gewittern.


 
 
Auf dieser Wetterkarte sieht man das sogenannte Theta E, es setzt sich aus Lufttemperatur und Luftfeuchte zusammen. Je niedriger das Theta E, desto kälter und trockener ist die Luft. Je höher, desto feuchter und wärmer. Man kann auf dieser Karte also nun sehen, wie das Tief in der Mitte sowohl kalte als auch warme Luftmassen in Fronten auf einander auflaufen lässt. An diesen Fronten finden Aufgleit- und Hebungsprozesse statt, auf die ich noch näher eingehen werde. 
 
Da im Gegensatz zum Hoch die Luft im Tief sehr schnell aufsteigen kann, da die Atmosphäre unten immer wärmer ist als oben, findet dieses Aufsteigen viel engräumiger statt, der Druckgradient und damit auch der Wind, sind also viel stärker. Starker Wind ist ein wichtiger Faktor bei Unwettern. 
 

 
Fronten
 

 
Es gibt zwei Arten von Fronten, die Kaltfront und die Warmfront. Zunächst behandel ich die weniger für Gewitter interessante Warmfront. Bei einer Warmfront fließt warme Luft auf kalte Luft auf. Bei diesem Prozess kann es zu langanhaltendem, mäßigem Niederschlag kommen. Die kalte Luft ist hier bereits am Boden und so muss nur die warme Luft langsam nach oben aufgleiten. Warmfronten können schon hunderte Kilometer vor ihrem Eintreffen am Boden an ihren, mit annäherung der Front dichter werdenden, Schichtwolken erkannt werden. Aus diesen fällt dann auch der Niederschlag aus.


 
 
Auf dem Bild sieht man wie die Front nach links zieht. Schon weit vorher befinden sich oben eingezeichnet die ersten Cirrus Wolken.
 

Bei der Kaltfront findet er Austausch der Luftmasse viel heftiger und schneller statt. Dies liegt daran, dass jetzt die warme Luft nicht nur aufgleitet, sondern die kalte Luft zusätzlich absinkt. Dadurch wird die warme Luft so enorm nach oben gedrängt, dass sich Gewitter bilden können. Durch das absinken der kalten Luft von der Kaltfront und durch die kalten Gewitterabwinde können hier enorme Fallböen bis hin zum Orkan erreicht werden. Markante Kaltfronten können daher vor allem im Sommer für Unwetter sorgen.


 
 
Auf dieser Zeichnung ist mit Pfeilen enigezeichnet wo die warme Luft aufgleitet und die kalte Luft absinkt. Die Gewitter sorgen dafür, dass die kalte Luft aus der Höhe nach unten gemischt wird, so dass die Front dadurch noch stärker wird.
 

 
Konvergenz
 

 
Als nächsten Faktor, welcher Gewitter auslösen kann unter den richtigen Randbedingungen, behandel ich die Konvergenz. Eine Konvergenz ist ein Bereich, an dem Wind zusammen läuft. Nun bleibt den aufeinander zulaufenden Luftpaketen kein anderer Weg mehr, als nach oben zu steigen. Diese gezwungene Hebung von Luftpaketen kann, unter den passenden Randbedingungen, zur Gewitterbildung führen. Zu erkennen sind Konvergenzen auf dem Satellitenbild oder in den Bodenwindkarten. Hierfür nimmt man nur den Wind in den untersten 1000m, da alle Konvergenzen Bodennah existent sein müssen, da sie sonst die warme Luft am Boden und in der Luftschicht darüber, nicht heben würden.


 
 
Auf dem Bild sehen sie, wie der Wind aus unterschiedlichen Richtungen zusammen läuft. An der Narbe zwischen den beiden Windrichtungen entsteht die Konvergenz.
 

 
Höhenkaltluft
 

 
Sie haben nun bereits gelernt, wie Fronten und Konvergenzen Luftpakete zum aufsteigen zwingen können, nun behandel ich den "ungezwungenen" Aufstieg, wo das Luftpaket ohne Einwirken einer Front o.ä. aufstiegt. Wie der Name "Höhenkaltluft" schon sagt, befindet sich hier sehr kalte Luft in der Atmosphäre oberhalb der Luftschicht am Boden. Wenn nun die Sonne dafür sorgt, dass sich die Bodennahe Luftschicht erwärmt, ist diese wärmer als ihre Umgebung und es beginnen einzelne Luftpakete aufzusteigen. Daraus resultieren dann die Gewitter. Dadurch, dass die Atmosphäre in der Höhe so kalt ist, bleibt das Luftpaket immer wärmer als seine Umgebungsluft und steigt bis zur Tropoause hinauf. Diese Bedingungen finden wir zum Beispiel hinter einer Kaltfront im Sommer, wenn die Sonne den Boden stark aufheitzen kann und in der Höhe gerade kalte Polarluft postfrontal eingeflossen ist. 
 
Solche Kaltluft in der Höhe kann ab und zu "abtropfen" und sich als sogenannter Kaltlufttropfen in der mittleren Troposphäre voran bewegen. Gerät der KLT dabei über warme Luft am Boden, kann diese ungehindert aufsteigen und es kommt zur Gewitterbildung. Vor allem im Sommer kann solch ein KLT für kräftige Unwetter sorgen, wenn er über feuchte Tropenluft gerät.
 

 
Bodentief
 

Also Bodentief bezeichnet man schwache Tiefdruckgebiete im kleinen Raum. Sie enstehen Beispielsweise wenn durch Höhenkaltluft größere Gewitterkomplexe ausgelöst werden, dann steigt dort im Kern des Bodentiefs die Luft auf und es entstehen wie bei den großen Tiefdruckgebieten Fronten. Diese sind jedoch extrem schwach ausgeprägt, können aber ausreichen um so noch zusätzlich weiter Gewitter auszulösen.


 
 
Hier sehen sie einen großen Gewitterkomplex über Südiatlien. Im Kern steigt hier so großflächig die Luft auf, dass sich ein organisierter Zustrom von neuer Warmluft in den Kern (Rote Pfeile) und eine Kaltfront aus der kalten Gewitterabluft (Blaue Pfeile) gebildet haben.
 
An dem Punkt wo die kalte Luft aus dem Gewitter auf den warmen Zustrom zum Kern trifft hat sich eine Kaltfront gebildet, an der neue Gewitterzellen auslösen.
 

 
Outflow Boundary/Coldpool
 

Der Begriff "Outflow Boundary" kommt aus dem amerikanischen und beschreibt ein Band ausfließender Luft aus einem Gewittersystem bzw. eine Bodenkaltfront die unabhängig von einem Tiefdruckgebiet vom Gewitterkomplex weg läuft. Ein "Coldpool" ist eine Ansammlung kalter Luft aus dem Gewitterabwind, welche sich wie eine Wasserlache bodennah ausbreitet. Beides kann wie eine richtige Kaltfront dazu führen, das neue Gewitter ausgelöst werden.


 
 
Auf diesem Radarbild kann man ein Outflow Boundary erkennen, wie es vom Gewitterkomplex weg läuft. Auch wenn ein Gewitterkomplex kaputt ist, kann dieser Coldpool noch lange überleben und an anderer Stelle neue Gewitter auslösen. Beispielsweise in den Alpen ist ein Gewitter, es kommt ins Münchner Alpenvorland und geht kaputt. Jedoch lagert hier noch so viel Energie, dass die Pseudokaltfront des Coldpools neue Gewitter auslöst. Auch im Rheingraben passiert dies oft, wenn Gewitter aus den Vogesen heraus laufen und kaputt gehen und dann am Schwarzwald neu auslösen.
 

 
Orographische Gewitterauslöse

 
Unter orographischer Gewitterauslöse versteht man, wenn Gewitter durch Berge bedingt auslösen. Hierbei gibt es zwei Unterpunkte:
 

 
1. Auslöse durch günstigen Winkel des Berghangs zur Sonne und dadurch bedingte starke Aufheizung der Umgebungsluft. Das Gewitter löst dann bevorzugt an solchen Berghängen aus. Auch da die Berge sehr hoch reichen, kann so eine störende Inversion (siehe oben unter "Hochdruck") überwunden werden.
 
2. Gezwungene Hebung durch anströmen des Berghangs und Leewellen. Wird warme Luft aus dem Tal durch den Wind gegen den Berghang gedrückt, muss dieses Luftpaket aufsteigen. Wir das Lufpaket dann so hoch gehoben, dass Kondensation und Wolkenbildung statt findet, kommt es zur Freisetzung latenter Wärmeenergie und das Luftpaket kann unter Wolkenbildung selbstständig weiter aufsteigen. Ein Gewitter ist so gezwungen entstanden. 
 
Hinter dem Berghang, auf der Leeseite des Gebirgshangs können sich sogenannte Leewellen bilden. Leewellen sind Resonazschwingugen der Atmosphäre, ausgelöst durch die Hebung des Luftpaketes vor dem Berg und dem absinken dahinter. Das Luftpaket behält diese Schwingung bei und schwingt hinter dem Berg in weniger Amplituden nach. Dabei finden auch auf der Leeseite des Berges Hebungsprozesse statt. Auch hier kann wieder ein Luftpaket hoch genug gehoben werden, um ein Gewitter auszulösen. Bei Südanströmung der Alpen kann sich so im Alpenvorland ein sogenanntes Leetief bilden, welches für Gewitter sorgen kann. 
 

 
Labilisieren durch Einströmen in der Grundschicht
 

Zuvor haben wir bereits die Höhenkaltluft kennen gelernt, die durch die enorm kalte Luft in der Höhe dafür sorgt, das relativ dazu gesehene, warme Luft Pakete vom Boden aufsteigen lässt. Im umgekehrten Fall kann auch sehr warme und feuchte Luft am Boden in der Grundschicht einströmen. Dadurch können sich Gewitter bilden, denn die einströmende Luft am Boden ist wärmer als die Luft die darüber liegt und so können die Luftpakete vom Boden aus aufsteigen. Ein Fallbeispiel kann hier das bereits angesprochene Alpenleetief sein. Aus den Alpen heraus wird warme, feuchte Luft Bodennah aus Norditalien bis ins Münchner Alpenvorland advehiert. Dort gerät diese warme Luft dann unter relativ zu ihr gesehen kalte Luft, welche dann den freien Aufstieg der warmen Luft ermöglicht.
 
©2012 Bastian Werner
 

 

 

 
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