Wenn die Thermik überbordet

Unten warm, oben kalt und in der Mitte eine relativ feuchte Schicht. So sieht ein charakteristisches Gewittertemp aus. Mit anderen Worten: Es fehlen stabile Schichten oder Inversionen, die die Thermik im Zaum halten.

Am Nachmittag des 5. Juni 2000 verursachten heftige Gewitter enorme Sachschäden. Hagelkörner so gross wie Tennisbälle seien gefallen, berichteten die Zeitungen. Die schweizerische Hagelversicherung hatte mit rund 2000 Schadenmeldungen gerechnet. Erdbeeren und andere Gärtnereikulturen, Getreide, Obst, Kirschen, Zuckerrüben, Mais, Weinberge und Wiesland wurden zerstört. Aber auch an Gebäuden richteten die Stürme immense Schäden an: Keller, Garagen und Strassenstücke wurden überflutet, Fahrzeuge zerschlagen, Dächer beschädigt und Treibhausdächer durchlöchert. Unerwartet kamen diese Gewitter allerdings nicht, hatten doch die Meteorologen heftige Gewitter vorausgesagt. Neben den Computermodellen, die kräftige Niederschläge prognostizierten, enthielten auch die Ballonsondierungen Hinweise auf die kommenden Unwetter.

Eine Cumuluswolke schiesst durch feuchten Dunst in die Höhe und zerfällt wieder: ein erlässliches Vorzeichen für Gewitter.

Emagramm einer Gewitterlage
Das Temp von Payerne vom 5. Juni 2000 13h ist in Abb. 1 aufgezeichnet. Die blaue Linie stellt den Verlauf der während des Ballonaufstiegs gemessenen Lufttemperatur, die grüne den gemessenen Taupunkt dar. Die Station liegt auf 490 m Höhe. In den ersten zwanzig Metern ist eine überadiabatische Schicht erkennbar, in der die Temperatur um 1.4° abnimmt. Umgerechnet ergibt das einen Temperaturgradienten von 7.8° pro 100 m. Diese extrem labile Schichtung ist durch die kräftige Sonneneinstrahlung während des Vormittags entstanden. Darüber, unterbrochen nur durch eine kleine Beinahe-Isothermie auf 2500 m, ist die Luft bis auf 4000 m hinauf recht labil geschichtet. Ab dieser Höhe gleicht der Temperaturverlauf einer Feuchtadiabaten, abgeschlossen durch die Inversion der Tropopause. Während im unteren Teil die Taupunktkurve mehr oder weniger parallel zur Temperaturkurve verlief, nähert sie sich auf 4000 m Höhe der Temperaturkurve, um sich oberhalb wieder zu entfernen.

Diese Ballonsondierung ist typisch für Gewittertage: Die Bodenschichten bis auf etwa 1500 m Höhe sind bis zu 5°C wärmer als an Tagen ohne Gewitter. Umgekehrt ist die Atmosphäre auf 5500 m Höhe etwa um 1°C kühler. Je wärmer also die unteren Schichten sind und je kühler die oberen sind, um so explosiver ist die Lage. Im Temp zeigt sich das dadurch, dass stabile Schichten und Inversionen weitgehend fehlen. Auch die feuchte Schicht auf 4000 m Höhe ist typisch für Gewitter.

Ein Hagelgewitter naht.

Auslösetemperatur
Die stark erhitzte Luft in der überadiabatischen Bodenschicht steigt in regelmässigen Abständen in die Höhe. Am Morgen geschieht dies nur vereinzelt und nicht allzu weit hinauf, denn rasch ist die Umgebungsluft wärmer. Erst mit der zunehmenden Erwärmung steigen die Thermikblasen weiter hinauf. Wenn sie das Kondensationsniveau erreichen, bilden sich die ersten Cumuli. Die Temperatur am Boden, die dafür ausreicht, wird als Auslösetemperatur bezeichnet. An schönen Sommertagen bleiben diese Schönwetterwolken klein. An Gewittertagen wachsen sie rasch in die Höhe, zerfallen wieder, um noch höher hinauf zu wachsen, bis schliesslich das Gewitter losbricht. Auffallend ist für Gewittertage, dass die Auslösetemperatur recht hoch liegt, dass es also lange dauert, bis sich die ersten Cu bilden.

Energie im Gewitter
Für den Auftrieb einer Thermikblase ist der Unterschied zwischen der Temperatur der Thermikluft und der Umgebungsluft verantwortlich. Je grösser diese Temperaturdifferenz wird, um so stärker wird die Thermikblase nach oben beschleunigt. Im trockenadiabatischen Bereich nimmt diese Differenz mit der Höhe ab. Im feuchtadiabatischen Bereich, also in der Wolke, kann diese Differenz recht gross werden, weil die Kondensationswärme die aufsteigende Luft aufheizt. Mit Hilfe der Fläche zwischen der aufsteigenden Luft (die rote Linie in Abb. 1) und der Umgebungsluft (blaue Linie) lassen sich die Vertikalgeschwindigkeiten abschätzen. Je grösser diese Fläche ist, um so kräftiger sind die Aufwinde und um so grössere Hagelkörner bilden sich. Abb. 2 zeigt einen Radar-Vertikalschnitt durch das Gewitter bei Zug. Im Zentrum, wo die stärksten Echos gemessen wurden, befinden sich die grössten Hagelkörner. Die Fläche zwischen den Temperaturkurven ist aber auch proportional zur Energie, die in einem Gewitter frei wird. Um die Energie zu gewinnen, mit der das Gewitter bei Zug tobte, müsste das Kernkraftwerk Gösgen vier Tage bei voller Leistung arbeiten.

Martin Gassner

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