Wissenschaft kompakt

Hagel - Von Modelldaten zum "Alle Mann in Deckung!"


Insbesondere in Bezug auf Wettergefahren sind Vorhersagen und daraus
resultierende Warnungen für die Allgemeinheit unerlässlich. Im Zuge
der Gewitterwarnungen wird auch das mögliche Auftreten von Hagel
einbezogen. Je dynamischer sich eine Wetterlage darstellt, umso
schwieriger ist es aber, kurzfristig genaue Aussagen zum Verlauf des
Wetters zu treffen. Zusätzlich ist Hagel kein weitreichendes
Phänomen, sondern tritt im Regelfall kleinräumig und kurzzeitig auf.
Die genaue Vorhersage von Größe und Menge des Hagels kann daher
schnell zur Herausforderung werden.


Die Grundlage jeder Vorhersage bildet das numerische Wettermodell.
Dafür braucht es ein möglichst genaues Abbild des Ist-Zustandes, das
anhand von Beobachtungsdaten von Wetterstationen, Satelliten oder den
Wetterradaren entsteht. Basierend auf diesen Eingangsdaten wird vom
Modell die mögliche Wetterentwicklung in den nächsten Stunden und
Tagen simuliert. Da die Erstellung solcher Prognosen aufgrund der
riesigen Datenmengen allerdings einiges an Zeit benötigt, laufen die
Modelle nicht ununterbrochen, sondern folgen festgelegten Uhrzeiten.
Um diese Zeiten jedoch einhalten zu können, müssen die physikalischen
Gleichungen, auf denen die Wettermodelle basieren, vereinfacht
werden. Auch kleine Änderungen im Anfangszustand einer Wetterlage
können aufgrund der hohen Variabilität allerdings große Änderungen in
der Prognose bewirken, sodass das "Endprodukt" ständig variiert.
Diese Modellläufe werden von Meteorologen analysiert und daraus
entsteht die Vorhersage.
Da Hagel als Begleiterscheinung von Gewittern auftritt, benötigt man
für seine Vorhersage zunächst einmal eine Gewittervorhersage. Dafür
wird auf die sogenannte "Zutatenmethode" zurückgegriffen. Wie bei
einem Kochrezept sind "Grundzutaten" notwendig, damit Gewitter
entstehen können. Die drei "Hauptzutaten" für Gewitter sind
Labilität, Feuchtigkeit und Hebung.
Entscheidend für die "Zutat" Labilität, also die Instabilität der
Luftmasse, ist die Abnahme der Temperatur mit der Höhe. Je schneller
sich die Umgebungsluft mit der Höhe abkühlt, desto größer ist der
Temperaturunterschied zu einem aufsteigenden vergleichsweise warmen
Luftpaket. Nimmt die Temperatur der Umgebungsluft also mit der Höhe
sehr stark ab, spricht man von einer labilen Schichtung. Um möglichst
große Eiskörner in der Luft zu halten, ist viel Labilität notwendig.
Denn je wärmer ein Luftpaket im Vergleich zu seiner Umgebung ist,
desto schneller steigt es in die Höhe. Dies ist der Tatsache
geschuldet, dass kalte Luft schwerer ist als warme Luft.
Die zweite Zutat ist die Feuchtigkeit. Diese ist nötig, damit sich
Wolken, Niederschlag und Gewitter überhaupt erst bilden können. Das
liegt auf der Hand. Allerdings ist nicht nur die Feuchte der Luft in
Bodennähe, also dem Ursprung eines aufsteigenden Luftpakets, wichtig.
Auch weiter oben in der Atmosphäre muss ausreichend Feuchte vorhanden
sein, da die Wolken sonst beginnen zu verdunsten.
Ein Maß, dessen Stärke die ersten beiden Zutaten berücksichtigt, ist
die sogenannte Labilitätsenergie - CAPE (Convective Available
Potential Energy). Je größer die CAPE-Werte sind, desto höher ist der
Auftrieb und damit die Kraft, um Eiskörner in der Luft zu halten.
Die dritte Zutat "Hebung" kann verschiedene Ursachen haben. Neben der
Orografie können Fronten oder (Wind-)Konvergenzen dafür sorgen, dass
die Luftpakete vom Boden aus zum Aufsteigen gezwungen werden.
Diese drei Gewitterzutaten alleine reichen aber noch nicht aus, um
große Hagelkörner zu bilden und in der Luft zu halten. Dafür ist eine
weitere Komponente ausschlaggebend - die Windscherung. Unter
Windscherung versteht man die Änderung des Windes mit der Höhe in
Stärke und Richtung. Bei größerer Windscherung können sich sogenannte
Superzellen ausbilden, rotierende Gewitterwolken. Solche rotierenden
Superzellen erzeugen viel stärkere Aufwinde als nicht-rotierende
Gewitter. Im Kernbereich können die Windgeschwindigkeiten über 100
km/h betragen. Diese sind notwendig, um Hagelkörner so lange in der
Luft zu halten, dass sie auf eine Größe von mehreren Zentimetern
anwachsen können.
Neben Labilitätsenergie, Hebung und Windscherung spielen noch andere
Faktoren eine Rolle. Zusätzlich zu einer möglichst niedrigen
Nullgradgrenze ist dies auch möglichst viel Feuchtigkeit in der
Schicht, wo der Hagel anwächst.
Diese notwendigen Vorhersageparameter können aus den Simulationen der
Vorhersagemodelle abgeleitet werden. Der Meteorologe bewertet deren
Ausprägung, um daraus eine Aussage für die zu erwartende
Wahrscheinlichkeiten für Hagel bzw. großen Hagel abzuleiten. Auf
Basis dieser Wahrscheinlichkeiten werden dann auch die entsprechenden
Warnungen angepasst.
Die Vorhersage des Gewitter- und Hagelpotenzials ist das eine, sind
die Gewitter einmal entstanden, folgt die Beobachtung und Bewertung
von aktiven Gewitterzellen - das sogenannte Nowcasting.

Für das Nowcasting ist der Blick auf das Wetterradar unerlässlich.
Zum einen lassen sich dabei bestimmte Strukturen und Muster in den
Radarsignalen erkennen, zum anderen geht es darum, die Stärke und
Entwicklung der Gewitteraktivität anhand der sogenannten
Reflektivität, also der Stärke des Radarsignals abzuschätzen. So
lässt sich aus dem Wetterradar zum Beispiel ableiten, ob es sich bei
bestimmten Gewitterzellen um sogenannte Superzellen handelt. Je höher
die Reflektivität der Zelle ausfällt, desto mehr oder desto größere
Niederschlagspartikel sind in ihr enthalten. Allerdings weiß man
allein durch Betrachtung der Reflektivität noch nicht, ob es sich bei
dem Signal eher um viel großtropfigen Regen oder eben um Hagel
handelt.


BSc.-Met. Lea Wilbert

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 18.10.2024

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst