Erste sommerliche Gewitterlage?

In Mitteleuropa herrscht aktuell eine flache Druckverteilung.

Präfrontal einer Kaltfront nördlich der Schweiz floss in den unteren Schichten feucht warme Luft aus Südwesten ein.

Dies wirkte sich zunehmend labilisierend auf die Luftmasse aus. Am Nachmittag traten im Jura die ersten Gewitter auf.

Vorhersage der Radarreflektivitäten der verschiedenen Modellläufe (00Z bis 09Z) des COSMO 1E

Betrachtet man die Vorhersage im Lokalmodell Cosmo 1E, erkennt man Unsicherheiten in den verschiedenen Modellläufen. In den simulierten Niederschlagswerten in Form von dBZ Reflektivitäten, erkennt man, dass die konvektiven Zellen im Alpenvorland oder am Jura auslösen. Die genaue Positionierung der Zellen, sowie deren Zugbahn variiert zwischen den Läufen.

Prognose von Konvektion anhand eines Prognose-TEMP

Prognose-TEMP des Lokalmodell COSMO 1E aus der Region um Luzern

Steigt ein Luftpaket auf kühlt es sich mit 1K/100m ab. Der Prozess wird als trockenadiabatischer Aufstieg bezeichnet. Dies erfolgt bis das Luftpaket durch Abkühlung dieselbe Temperatur aufweist wie der Taupunkt. Zu diesem Zeitpunkt kondensiert der Wasserdampf der Luft und wird zu einer Wolke. Dieses Niveau des Aggregatwechsels wird als Kondensationsniveau bezeichnet.

Das gesättigte Luftpaket gibt Kondensationsenergie an die Umgebung ab. Diese zusätzliche Energie führt dazu, dass es sich beim Aufstieg nur noch mit rund 0,65K/100m abkühlt (feuchtadiabatischer Aufstieg).
Je wärmer die Luftmasse, desto mehr Wasserdampf kann kondensieren. Je mehr Wasserdampf kondensiert, desto mehr Kondensationsenergie steht zur Verfügung.

Liegt die prognostizierte Temperaturkurve des gehobenen Luftpakets (rote Linie) rechts der Zustandskurve, so spricht man von einer labilen Schichtung. Als Orientierung für die Labilität wird die Differenz zwischen der 850 hPa und der 500 hPa Temperatur gewählt. Zwischen den Druckflächen liegen rund 4000 Meter, das kommt einem Temperaturunterschied von 26 Grad gleich.
Je gröβer die Differenz, desto labiler die Luftschicht, und desto gröβer ist die Bereitschaft zu konvektiven Umwälzungen.

Aus Erfahrungen haben sich folgende Differenzen als Orientierungswerte im Alpenraum etabliert:

• Differenz <25K: kaum Gewitter, allenfalls Schauer
• Differenz 25-27K: einzelne Gewitter, heftige Gewitter möglich
• Differenz 27-30K: verbreitet Gewitter, heftige Gewitter wahrscheinlich
• Differenz >30K: verbreitet Gewitter, heftige Gewitter sehr wahrscheinlich

Am heutigen Donnerstag um 12UTC (=14 Uhr MESZ) lagen in 850 hPa Temperaturen um 15 Grad und in 500 hPa um -15 Grad an. Eine Differenz von 30 Kelvin, verdeutlicht die labile Schichtung. Nach der Faustformel wären sogar heftige Gewitter wahrscheinlich.

Die (rote) Fläche die zwischen der aktuellen Zustandskurve und dem prognostizieren Temperaturverlauf des Luftpakets aufgespannt wird, bezeichnet man als CAPE (Convektive Available Potential Energy). Es beschreibt die für die Konvektion zur Verfügung stehende potentielle Energie. Es stellt also die Energie dar, mit der ein Luftpaket maximal gehoben werden kann. Je wärmer das Luftpaket im Vergleich zur Umgebungsluft ist, desto gröβer ist das CAPE. Es liefert eine Aussage darüber, wie stark die Hebungsprozesse innerhalb der Zelle sind und demzufolge wie intensiv das Gewitter ausfällt. Zudem hat der Feuchtegehalt der bodennahen Luftschichten einen positiven Einfluss auf das CAPE.

Berechnetes CAPE (Werte in J/kg) des Modells COSMO 1E am 12.05.2022 von 16 UTC

Es lässt sich festhalten, dass für die Entstehung von Gewittern eine instabile Schichtung der Atmosphäre und ein hoher Feuchtegehalt der Luft notwendig ist.

Damit der Prozess der Konvektion ausgelöst wird, ist ein «Trigger» erforderlich. Zum einen genügt die gezwungene Hebung der Luftmasse an orographischen Hindernissen. Daher kommt es an den Voralpen häufiger zu Gewittern, als im Mittelland. Ein Gewitter kann auch thermisch hervorgerufen werden, indem die untere Schicht durch die Sonneneinstrahlung stark erwärmt und die Luftmasse zunehmend labilisiert.

Eine Kombination aus verschieden Auslösern ist möglich.

Visualisierung der Volumenverhältnisse zum Verständnis des Alpinen Pumpen Quelle: MeteoSchweiz/DWD

Besonders im Alpenraum ist das Prinzip des «Alpinen Pumpen» von groβer Wichtigkeit. Täler erwärmen sich schneller im Vergleich zum ebenen Gelände. Ausschlaggebend dafür ist der Volumenunterschied der zu erwärmende Luftmasse. Das Volumen in Tälern (V1) ist geringer als das abseits des Gebirges (V0). Es wird zur Erwärmung weniger Energie benötigt. Zudem bieten die Berghänge in den Alpen eine gröβere Heizfläche als der Erdboden im Flachland.

Am heutigen Donnerstag setzte die verstärkte Feuchtekonvektion relativ spät ein. Trotz der Annäherung der Kaltfront aus Nordwesten, wurden erste Gewitterzellen kurz vor Redaktionsschluss vom Radar erfasst.

Radarreflektivitäten um 15 UTC (= 17 Uhr MESZ)

Statistische Einordnung

Dies ist für den Monat Mai nicht ungewöhnlich. In der Gesamtsumme der Nahblitze (im Radius von 3km um die Station) fällt auf, dass es in den Voralpen und dem Jura häufiger zu Blitzen kommt. Dies passt zu der Theorie des Alpinen Pumpen. In den Alpen nimmt die Gewitteraktivität erst im Laufe des Sommers zu. Dies resultiert aus der Schneebedeckung auf den Berggipfel, welche die Konvektion dämpft.

Summe der aufgetretenen Nahblitze an verschiedenen Stationen im Zeitraum 2006 bis 2021 in den Monaten April bis August

Titelbild: Dunkle Gewitterwolken über dem Jura von der Geissflue aus gesehen.

Quelle: Bundesamt für Meteorologie MeteoSchweiz
Titelbild: http://webcam2.yetnet.ch/cgi-bin/guestimage.html