Wie Gewitter erwachsen werden

Satellitenmessungen für künftige Kürzestfrist-Vorhersagen und Warnungen

Satellitenmessungen aus dem Weltall könnten künftig dabei helfen, zeitiger vor Starkregen, Hagel und Blitzschlägen zu warnen. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) haben dazu die Temperaturen an der Wolkenoberkante von Gewittern in Mitteleuropa während ihres Wachstums ausgewertet. Dabei zeigten sich typische Veränderungen bereits eine halbe bis eine Stunde vor der Gewitterhauptphase, schreiben die Forscher im Fachblatt Journal of Applied Meteorology and Climatology.  

Typische Kumuluswolke beim Heranwachsen zu einer Gewitterwolke. Foto: Tilo Arnhold/TROPOS

Um mehr darüber zu erfahren, wie Kumuluswolken zu ausgewachsenen Gewittern werden, wurden Daten des Wettersatelliten Meteosat-8 analysiert. Meteosat hat zwar eines der modernsten Radiometer zur Erdbeobachtung an Bord. Trotzdem wird wegen der großen Entfernung zwischen seiner geostationären Bahn und der Erde das Wettergeschehen nur mit rund 3x6 Kilometern pro Pixel aufgelöst. Ein großer Vorteil ist aber, dass die Satellitenaufnahmen, sowohl im Bereich des sichtbares Lichtes als auch für die Wärmeabstrahlung in mehreren Spektralbereichen, aller fünf Minuten zur Verfügung stehen. Sie bieten damit die einzigartige Möglichkeit die zeitliche Entwicklung von Wolken genau zu charakterisieren. Mit Hilfe der zeitlichen Veränderung der Infrarottemperatur an der Wolkenoberkante kann so das vertikale Wachstum von Kumuluswolken abgeschätzt werden.

Auf diese Weise wurden neun starke Gewitter in Mitteleuropa aus dem Sommer 2012 genauer unter die Lupe genommen, die mit Starkregen, Hagel oder heftigem Wind für erhebliche Sachschäden sorgten. „Bei der Auswertung haben wir beobachtet, dass im Schnitt zwischen dem frühest detektierbaren Stadium einer Gewitterwolke und dem Zeitpunkt des schnellsten Anwachsens eine halbe bis dreiviertel Stunde vergehen. Dann dauert es noch rund eine weitere halbe Stunde, bis die Wolke „erwachsen“ geworden ist und an der Tropopause, der Oberkante der Troposphäre, anstößt. Von da an kann das Gewitter gefährlich werden“, berichtet Dr. Fabian Senf vom TROPOS. Die Beobachtung der Ausdehnung der Wolken per Infrarot aus dem All könnte also der Schlüssel zu frühzeitigeren Warnungen vor solchen Unwettern sein.

Die jetzt veröffentlichte Studie entstand im Rahmen des OASE-Projektes, das eine Kooperation zwischen TROPOS, dem Meteorologischen Institut der Universität Bonn und dem  Deutschen Wetterdienst im Rahmen des Hans-Ertel-Zentrums für Wetterforschung ist und von Dr. Silke Trömel (Uni Bonn) und Dr. Kathrin Wapler (DWD) geleitet wurde.  Eine neuartige Analyse wurde auf das Wachstum von Gewitterwolken in Europa angewendet. Ähnliche Untersuchungen dazu gab es bisher vor allem aus Nordamerika. Beide Kontinente werden jedoch von unterschiedlichen Satelliten beobachtet. Nordamerika wird bisher nur routinemäßig im 15-Minuten-Takt abgescannt. Erst ab 2016 wird der neue amerikanische Satellit GOES-R aller fünf Minuten ein aktuelles Bild liefern wie es bereits in Europa Standard ist. Die nächste Meteosat-Generation, die ab 2020 geplant ist, soll in diesem Wettrennen den Europäern wieder einen Vorsprung verschaffen. Geplant sind dann Aufnahmen aller zweieinhalb Minuten mit einer Auflösung von 1x2 Kilometern, was wesentlich mehr Details bietet und damit die Chance, die Entstehung solcher Unwetter noch genauer zu verstehen.

Bis diese Entdeckung die Wettervorhersagen revolutioniert, wird jedoch noch einige Zeit vergehen. Vorher gilt es, verschiedene Probleme in den Griff zu bekommen. Dazu gehört unter anderem auch, dass dünne Zirruswolken über den Gewitterwolken das Signal verfälschen und die Algorithmen bisher in die Irre führen können. Die Wissenschaftler wollen in Zukunft die Entwicklung von Gewittern untersuchen, Regen- und Blitzdaten einbeziehen und hoffen so, das Verfahren optimieren zu können, damit es künftig Einzug in Kürzestfrist-Vorhersagen und Warnungen der europäischen Wetterdienste halten kann.

Tilo Arnhold

Meteosat-Aufnahme eines Gewitters über dem Westen Deutschlands am frühen Nachmittag (14 Uhr lokaler Sommerzeit am 23.05.2012). Quelle: TROPOS / EUMETSAT

Publikation:

Fabian Senf, Felix Dietzsch, Anja Hünerbein, and Hartwig Deneke (2015): Characterization of Initiation and Growth of Selected Severe Convective Storms over Central Europe with MSG-SEVIRI. J. Appl. Meteor. Climatol., 54, 207–224. http://dx.doi.org/10.1175/JAMC-D-14-0144.1

Die Studie entstand im Auftrag des Hans-Ertel-Zentrums für Wetterforschung, einer Kooperation deutscher Universitäten und Forschungsinstitute mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD), und wurde vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwickung (BMVBS) gefördert. Sie stand unter Leitung von Dr. Silke Trömel (Universität Bonn) und Dr. Kathrin Wapler (DWD). 

 

Links:

Meteosat http://www.eumetsat.int/website/home/Satellites/CurrentSatellites/Meteosat/index.html & http://www.tropos.de/entdecken/atmosphaerische-messdaten/satellitendaten/

AG Satellitenfernerkundung des TROPOS http://www.tropos.de/institut/abteilungen/fernerkundung-atmosphaerischer-prozesse-neu/ag-satellitenfernerkundung/

Hans-Ertel-Zentrum für Wetterforschung http://www.dwd.de/ertel-zentrum

Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V.