Teil 5
Bestandteile eines Gewitters
Auf den ersten Blick erscheint es nicht leicht, ein schweres Gewitter von einem gewöhnlichen Gewitter zu unterscheiden. Dennoch gibt es einige visuelle Anhaltspunkte, die dafür benutzt werden können, um eine Vorstellung von der Stärke, der Organisation und der Entwicklungsumgebung eines Gewitters zu bekommen. Viele dieser visuellen Anhaltspunkte stehen miteinander in Beziehung, aber um es besser zu erläutern, wollen wir sie in bodennahe, mittelhohe und obere Kennzeichen eines Gewitters einteilen.
Aufwind und Abwind

 

Alle Gewitter benötigen Labilität, Feuchtigkeit und Hebung. Wenn feuchte Luft und Labilität vorhanden sind, ist es wie eine explosive Mischung aus Benzin und Luft. Die Hebung ist quasi der Funke, der die Mischung zur Zündung bringt. Hebung wird beispielsweise durch Fronten und Tröge von Tiefdruckgebieten oder von Luft, die an einen Hang herangeweht wird, erzeugt. Eine Luftmasse wird als labil bezeichnet, wenn die Luft, die in einer Wolke aufsteigt, wärmer als ihre Umgebung ist. Das ist vergleichbar mit einem Heißluftballon. Es ist die kondensierende Luftfeuchtigkeit in der Wolke, die es der aufsteigenden Luft ermöglicht, wärmer als ihre Umgebung zu sein. Auf die gleiche Art und Weise tendiert Luft, die kühler als ihre Umgebung ist, so lange zu sinken, wie sie kühler als die umgebende Luft ist. Die Atmosphäre kann labil für das Aufsteigen von Luft sein, aber stabil für Absteigen von Luft. Darüber hinaus kann die Atmosphäre stabil für das Aufsteigen und labil für das Absteigen oder auch stabil für beides oder labil für beides sein.

Die Stärke der Labilität ist eine der beiden wichtigsten Faktoren, um die Stärke von auf- und absteigender Luft in einem Gewitter zu bestimmen. Zudem wird die Stärke eines Gewitters grundsätzlich durch die Stärke der vertikalen Luftbewegungen bestimmt. Wenn man ein typisches Gewitter nimmt, gibt es vier mögliche Kombinationen von schwachen und starken Luftbewegungen. Wenn die bodennahe Luft labil aber relativ trocken ist und ausreichend Feuchtigkeit in der mittleren Luftschicht vorhanden ist, dann kann sich ein Gewitter entwickeln, das schwache aufsteigende Winde aufweist, aber starke Abwinde, mit dem Endergebnis einer starken Abtriebskraft und Abkühlung durch Verdunstung des Niederschlages in der trockenen Luft. Diese hochbasigen Gewitter verursachen manchmal trockene Microbursts. Starke Hagelschläge und große Regenmengen sind unwahrscheinlich.

Ein Gewitter, das starke Aufwinde, aber schwache Abwinde ausweist, wird keine Schäden durch Wind verursachen, aber kann dazu tendieren, starken Regen und/oder schadensreichen Hagel zu erzeugen. Einzelzellen- und Mehrfachzellengewitter gehören zu dieser Kategorie. Sie schließen auch Gewitter ein, aus denen starker Regen, aber wegen warmer Luft in den oberen Schichten wenig oder kein Hagel fällt, sowie Mehrfachzellen-Gewitter, die wegen einer tiefer liegenden Null-Grad-Grenze in der Lage sind, Hagel zu erzeugen. Gewitter mit starken Aufwinden, aber schwachen Abwinden entwickeln sich oft in einer sehr feuchten Atmosphäre, bei der es wenig oder keine trockene Luft und damit kaum Verdunstungskälte gibt, die ein schnelles Absteigen der Luft bewirken würde.

Relativ schwache Auf- und Abwinde finden sich bei Regenschauern und leichten Gewittern. Die letzte mögliche Kombination ist ein Gewitter mit starken Auf- und Abwinden. Diese Gewitter verursachen häufig zerstörerische Downbursts, Hagel, starken Regen und Tornados. Wie erwartet, haben die schwersten Gewitter, eingeschlossen Superzellen, starke vertikale Luftbewegungen und treten in einer sehr labilen Atmosphäre auf.
Eigenschaften im oberen Bereich

Die meisten Kennzeichen am oberen Bereich des Gewitters stehen im Zusammenhang mit dem Amboß. Wir rufen in Erinnerung, daß der Amboß die flache Wolkenformation an der Oberseite des Gewitters ist. Luft und Wolkenteile, die im Aufwind aufsteigen, erreichen einen Punkt, wo sich der Aufstieg verlangsamt. Diese Schicht wird Sperrschicht genannt. Die aufsteigenden Luftmassen und Wolkenteile werden sehr schnell gestoppt, wenn sie die Sperrschicht erreichen und breiten sich unter ihr zu den Seiten hin aus, wodurch der Amboß geformt wird.

Wenn das Gewitter, das Sie beobachten, einen kräftigen Aufwind hat, wird ein kleiner Teil der aufsteigenden Luft die Sperrschicht durchbrechen und höher als der umgebende Amboß steigen. Diese Blase wird als overshooting top bezeichnet. Die meisten Gewitter haben einen kleinen, kurzlebigen overshooting top. Wenn Sie ein Gewitter beobachten, das einen großen, kuppelartigen overshooting top hat, der für eine längere Zeit (mehr als 10 Minuten) existiert, besteht die Möglichkeit, daß der Aufwind des Gewitter stark genug ist, um gefährliche Wettererscheinungen zu erzeugen.

Der Amboß selbst gibt einen Hinweis auf die Stärke des Gewitters und seiner Dauer. Wenn der Amboß dick ist, eine glatte Oberfläche aufweist und cumuliartig ( blasenartig, wie der Aufwind-Turm) ist, dann hat das Gewitter höchstwahrscheinlich einen starken Aufwind und ist ein Kandidat für ein schweres Gewitter.

Wenn der Amboß fransig und cirrusartig ist, dann ist der Aufwind wahrscheinlich nicht so stark und die Wahrscheinlichkeit für gefährliche Wettererscheinungen ist gering.

Wenn der Amboß sehr groß ist und von dem eigentlichen Gewitterturm in eine bestimmte Richtung wegstrebt, dann deutet dies auf starke Winde in der oberen Schicht hin. Das Gewitter wird gut belüftet, so daß der Niederschlag aus dem Aufwindbereich herausgeblasen wird, anstatt durch den Aufwind hindurchzufallen und ihn damit abzuschwächen.

Kennzeichen in mittlerer Höhe
Die meisten Kennzeichen in mittlerer Höhe stehen im Zusammenhang mit dem eigentlichen Aufwind-Turm des Gewitters. Wenn die Wolken am Turm klar begrenzt sind und ein blumenkohlartiges Aussehen haben, dann ist es ein Zeichen für starken Aufwind, der gefährliche Wettererscheinungen erzeugen kann.
Haben die Wolken ein fransiges, weiches Aussehen, dann ist der Aufwind wahrscheinlich nicht so stark.
Gewitter mit einer guten Organisation haben typischerweise eine Aneinanderreihung von kleineren Wolkentürmen südlich oder südwestlich von dem eigentlichen Gewitterturm. Diese kleineren Türme werden flanking line genannt und haben meist ein treppenstufenartiges Aussehen, wobei die Türme in Richtung des eigentlichen Gewitterturms größer werden.

Einige Superzellen zeigen bei Entwicklung des Mesozyklons Anzeichen von Rotation am Gewitterturm. Sie können unter Umständen Streifenbildung an den Seiten des Turmes sehen. Diese Streifen sind Streifen von Wolkenmaterial, die dem Gewitterturm ein korkenzieherartiges oder lockenwicklerartiges Aussehen geben und ein klarer Hinweis auf Rotation. Manchmal ist auch ein Wolkenband in mittlerer Höhe sichtbar. Dabei handelt es sich um einen Ring aus Wolkenmaterial, der den Gewitterturm umgibt, wie der Ring um einen Planeten. Dies ist ebenfalls ein Anzeichen von möglicher Rotation innerhalb des Gewitters.

Wenn das Gewitter in Größe und Stärke anwächst, beginnt es seine Umgebung zu beeinflussen. Wenn Cumulus-Wolken im Abstand von 8-25km zum Gewitter verschwinden, dann ist das ein Zeichen dafür, daß das Gewitter die Regie in der Region übernommen hat. Absinkende Luft an den Rändern des Gewitters kann die Entstehung von naheliegenden Gewitter unterdrücken. Die ganze Energie und Labilität der Umgebung kann in dem einen Gewitter konzentriert werden und seine Weiterentwicklung ermöglichen.

Kennzeichen im unteren Bereich
Einige der besonders wichtigen Wolkenformationen, um die Stärke und das Tornado-Potential eines Gewitters zu bestimmen, befinden sich an oder unterhalb der Wolkenbasis. Die meiste Verwirrung und Enttäuschung beim Storm-Chasing und Spotting entsteht bei der Fehlinterpretation dieser sehr ähnlichen, aber doch meteorologisch strikt zu unterscheidenden Wolkenformationen.

Das wohl am leichtesten zu identifizierende Kennzeichen im unteren Teil des Gewitters ist die regenfreie Basis. Wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um eine glatte, flache Wolkenbasis unterhalb des eigentlichen Gewitterturms, aus der wenig oder kein Niederschlag fällt. Die regenfreie Basis befindet sich gewöhnlich an der Rückseite der Niederschlagszone (meist im Süden oder Südwesten). Die regenfreie Bais kennzeichnet den hauptsächlichen Einströmungsbereich, wo warme, feuchte Luft aus der unteren Luftschicht in das Gewitter eintritt. Einige nennen die regenfreie Basis auch das Einsauggebiet des Gewitters.

Wir haben schon davon gesprochen, daß ein Gewitter seine Umgebung beeinflussen kann. Neben der Unterdrückung von benachbarten Gewittern oder Wolken, kann sich diese Dominierung eines Gewitters auch durch Einströmungs-Bänder (inflow bands) zeigen. Das sind zottige Bänder von tiefen Cumulus-Wolken die sich vom eigentlichen Gewitterturm in den Südosten oder Süden erstrecken. Die Gegenwart von Einströmungs-Bändern weist darauf hin, daß das Gewitter tiefe Luftmassen aus vielen Kilometern Entfernung zu sich heranführt. Die Einströmungs-Bänder können auch spiralartig zum Gewitter hinführen, was auf einen Mesocyclone hindeutet.

Der Biberschwanz (beavers tail) ist eine weitere bedeutende Art von Wolkenband. Der Biberschwanz ist ein glattes, flaches Wolkenband, das sich vom östlichen Rand der regenfreien Basis in den Osten oder Nordosten erstreckt. Es führt meist um den südlichen Rand der Niederschlagszone herum. Der Biberschwanz kann meist bei niederschlagsreichen Superzellen gesehen werden und ist ein Hinweis auf Rotation innerhalb des Gewitters.

Absenkungen der regenfreien Basis und "Zubehörwolken" wie Shelf-Clouds und Böenwalzen kennzeichnen wichtige Bereiche eines Gewitters.

Wallclouds und andere Absenkungen
Die Wallcloud wird definiert als eine isolierte Wolkenabsenkung unterhalb der regenfreien Basis. Die Wallcloud befindet sich meist an der Rückseite (südlich oder südwestlich) der Niederschlagszone. Dennoch ist die Wallcloud manchmal an der östlichen oder südöstlichen Seite des Niederschlagsgebietes. Das ist meist bei niederschlagsreichen Superzellen der Fall, wo sich das Niederschlagsgebiet um das westliche Ende des Aufwindbereiches herumgewickelt hat. Wallclouds haben meist einen Durchmesser von etwa 3km und kennzeichnen das Gebiet des stärksten Aufwindes.

Wenn sich das Gewitter verstärkt, zieht der Aufwind tiefe Luft aus mehreren Kilometern Entfernung zu sich heran. Ein Teil der tiefen Luft wird aus dem Bereich des Regens in den Aufwind gesogen. Diese durch Regen abgekühlte Luft hat eine sehr große Luftfeuchtigkeit, so daß diese Luft schon unterhalb der Basis kondensiert und so die Wallcloud formt.

Foto: Moller

Ungefähr 5 Minuten nach der oberen Aufnahme gelangte die Scud-Cloud in die Aufwindzone und wurde nach oben zur Wolkenbasis gehoben. Das war der Beginn einer Wallcloud und einer Tail-Cloud, die für mehr als 30 Minuten bestehen blieb. Achten Sie auf die Mitte des Fotos und auf das nördliche Ende der Tail-Cloud. Ein kleiner tornadoartiger Staubwirbel ist sichtbar. Diese Tornado-Zirkulation war relativ schwach, aber stark genug, um ein Wohnwagenhaus umzuwerfen. Die Zirkulation war unterhalb der Tail-Cloud, nicht unter der Wallcloud! Solche Ereignisse wurde mehr als einmal beobachtet.

Foto: Moller

Shelf-Clouds und Böenwalzen
Shelf-Clouds und Böenwalzen sind Beispiele für Zubehörwolken, die man unterhalb der Wolkenbasis eines Gewitters sieht. Shelf-Clouds sind lange, keilförmige Wolken, die mit der Böenlinie in Verbindung stehen. Böenwalzen haben ein röhrenartiges Aussehen und können ebenfalls in der Nähe der Böenfront gefunden werden.
Shelf-Clouds und Böenwalzen können überall dort auftreten, wo sich ein Abwindgebiet befindet. Shelf-Clouds treten typischerweise nahe der vorderen Seite eines Gewitters oder einer Squall-Line auf. Eine Shelf-Cloud kann sich aber auch unter der regenfreien Baisis bilden und einer Wallcloud sehr ähnlich sehen. Darüber hinaus kann eine Shelf-Cloud im Zusammenhang mit einem Phänomen namens "rear flank downdraft" (RFD) auch südwestlich einer Wallcloud erscheinen (RFD).
Shelf-Clouds gegenüber Wallclouds

Die wohl größte Herausforderung für einen Spotter ist es, zwischen Shelf-Clouds unter einer regenfreien Basis und einer echten Wallcloud zu unterscheiden. Erinnern wir uns daran, daß eine Shelf-Cloud eine Abwind- und Niederschlagszone markiert, eine Wallcloud dagegen ein Gebiet des Aufwindes und einströmender Luft. Wenn eine Shelf-Cloud für mehrere Minuten beobachtet wird, wird sie dazu tendieren, sich vom Niederschlag wegzubewegen. Eine Wallcloud dagegen tendiert dazu, ihre Position relativ zum Niederschlagsgebiet beizubehalten. Shelf-Clouds tendieren dazu, sich weg vom Niederschlag abwärts zu neigen, während Wallclouds tendieren, sich weg vom Niederschlagbereich aufwärts zu neigen.

Nur wenige der Absenkungen, die man beim Spotting/Chasing sieht, sind Wallclouds und nur wenige davon erzeugen Tornados. Wenn eine Wallcloud als solche positiv erkannt ist, gilt es als nächstes das Tornado-Potential abzuschätzen. Es gibt vier hauptsächliche Eigenschaften einer Wallcloud, die Tornados erzeugen kann. Erstens wird die Wallcloud beständig sein. Es ist möglich, daß sich ihr Aussehen verändert, aber sie wird für mindestens 10-20 Minuten vorhanden sein, bevor ein Tornado auftritt. Zweitens wird die Wallcloud DAUERHAFTE Rotation zeigen. Manchmal ist die Rotation sehr gut sichtbar und gewaltig, bevor sich ein Tornado entwickelt. Drittens werden starke Oberflächenwinde vom Osten und Südosten (Inflow) in die Wallcloud hereinwehen. Gewöhnlich werden nahe einer Wallcloud, die später einen Tornado erzeugt, Oberflächenwinde von 40-55 km/h beobachtet Viertens weist die Wallcloud Anzeichen von schneller vertikaler Bewegung auf. Zuminstest kleinere Wolkenteile in oder nahe der Wallcloud werden diese Anzeichen aufweisen bevor ein Tornado entsteht und obwohl es auch Tornados gibt, die sich nicht aus einer Wallcloud bilden, sind die genannten vier Anzeichen doch eine gute Daumenregel, um abzuschätzen, ob sich ein Tornado entwickelt.

Andere gefährliche Wettererscheinungen

Downbursts

Erinnern wir uns, daß ein Downburst definiert ist als starker Abwind mit einem Auseinanderfließen von zerstörerischen Winden am oder nahe des Bodens. Downbursts sind in ihre Größe unterteilt. Wenn die Fläche der zerstörerischen Winde größer als 4km im Durchmesser ist, dann wird es Macroburst genannt. Wenn die Fläche kleiner als 4km ist, dann Microburst. Meist treten Microbursts urplötzlich auf und sind sehr gefährlich für die Luftfahrt. Mircroburst sind nochmals unterteilt ind trockene und nasse Microbursts, abhängig davon, wie viel oder wie wenig Regen zusammen mit dem Microburst zum Boden gelangt.

Hier sehen wir den Lebenszyklus eines Microbursts. Die Formierungs-Phase des Microbursts tritt auf, wenn der Abwind seinen Abstieg von der Wolkenbasis beginnt. Der Microburst beschleunigt sich nach unten hin und erreicht einen kurzen Moment später den Boden. Die höchsten Windgeschwindigkeiten können kurz nach dem Auftreffen des Microbursts auf dem Boden erwartet werden, so wie im zweiten Bild dargestellt. Wenn die kalte Luft des Microbursts sich vom Einschlagspunkt wegbewegt, entsteht ein sich zusammenrollender Wind, wie im dritten Bild gezeigt. Winde in dieser Rolle beschleunigen sich noch weiter, was eine noch größere Gefahr für Flugzeuge in der Gegend bedeutet. Nach einigen Minuten verschwindet dann der Microburst, aber weitere Microburst können eine kurze Zeit später folgen.

Obwohl sich die Beobachtung von Micruburst nicht so dramatisch anhört wie die Sichtung eines Tornados, ist es wichtig für die Interessen des Nationalen Wetterdienstes der USA, der Öffentlichkeit und der Luftfahrt, daß solche Microburst identifiziert und deren Sichtung weitergeleitet wird.

Einige Hinweise darauf, daß sich ein Microburst bildet sind:

  • Teile von Virga kennzeichnen mögliche Microburst-Gebiete. Wenn der Niederschlag verdunstet, kühlt er die Luft und erzeugt den Abwind. Unter den richtigen Bedingungen beschleunigt sich der Abwind und erreicht den Boden als Microburst. Örtliche Gebiete oder Ringe, an denen Staub vom Boden hochgewirbelt wird, kennzeichnen meist den Einschlagspunkt eines trockenen Microbursts.
  • Eine kleiner, intensiver kugelförmiger Regenbereich mit einem Gebiet schwächeren Regens in seiner Spur kann auf einen nassen Microburst hinweisen. Ein Regenfuß, gekennzeichnet durch eine Verzerrung des äußeren Regenbereiches, ist meist ein Hinweis auf einen nassen Microburst. Wenn der Microburst den Boden erreicht und sich von seinem Einschlagspunkt wegbewegt, kann eine Wolke aus Staub vom Boden aufsteigen. Diese Staubwolke wird Staubfuß genannt.
Überschwemmungen

Für viele Jahre waren Überschwemmungen die Ursache für die meisten Toten und Verletzten im Zusammenhang mit Wettererscheinungen. Obwohl sich die Todesraten verringern, werden immer noch Menschen Opfer von Überschwemmungen.

Die Bedingungen für Überschwemmungen sind etwas verschiedenen von denen, die schwere Gewitter erzeugen. Die typische Situation, in der Überschwemmungen auftreten, ist eine hohe Luftfeuchtigkeit über eine große Tiefe der Atmosphäre. Geringe Werte von veritkaler Windscherung sind dabei meistens vorhanden. Überschwemmungen treten häufig in der Nacht auf, weniger am späten Nachmittag oder Abend. Überschwemmungen werden entweder von großen, sich langsam bewegenden Gewittern erzeugt oder durch den Zug-Effekt. Der Zug-Effekt entsteht, wenn mehrere Gewitter nacheinander ihren Regen im selben Gebiet fallen lassen. Dies kann bei Mehrfachzellen-Gewittern oder Squall-Lines auftreten.