Gewitter- und Hagelstürme nach Hitzewelle in Deutschland

Schwere Unwetter haben große Schäden in Deutschland angerichtet. Wissenschaftler versuchen, die Wahrscheinlichkeit von Hagelereignissen abzuschätzen.

Begleitet von schweren Gewittern endete am Abend des 7. Juli 2015 durch einen markanten Luftmassenwechsel die über eine Woche andauernde Hitzewelle. Sie führte zu Rekordtemperaturen von bis zu 40,3°C (Station Kitzingen, 5. Juli 2015). Auch an den Tagen zuvor bildeten sich in den subtropischen Luftmassen an vielen Orten Deutschlands starke Gewittersysteme, die mit Starkniederschlägen, Hagel und Starkwindböen begleitet waren und zu erheblichen Schäden führten. Am 5. Juli beispielsweise kam es über dem Raum Köln-Bonn durch eine Superzelle ( großes rotierendes Gewittersystem) zu Hagel. Die Körner hatten einen Durchmesser von bis zu 8 cm. Am 7. Juli wurden im rheinhessischen Ort Framersheim zahlreiche Gebäude durch hohe Windgeschwindigkeiten als Folge einer starken Fallböe beschädigt.

Derartige schwere Gewittersysteme entstehen dann, wenn die vorherrschenden Luftmassen labil geschichtet sind, wenn also die Temperatur rasch mit der Höhe abnimmt, und ein Hebungsmechanismus, beispielsweise durch ein Tiefdruckgebiet, für die Auslösung der Konvektion sorgt. Zusätzlich ist eine Änderung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung – als Windscherung bezeichnet – notwendig. Diese Bedingungen waren am 5. Juli über Nordrhein-Westfalen oder am 7. Juli über dem nördlichen Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz  gegeben. Wo und wann dann aber tatsächlich bei günstigen Umgebungsbedingungen schwere Gewitter entstehen, lässt sich aufgrund des teils stochastischen (vom Zufall abhängigen) Charakters von Gewittern nicht zuverlässig prognostizieren.

Am Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-TRO) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) versuchen Wissenschaftler im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte in Kooperation mit Versicherungen die Wahrscheinlichkeit und Schadenwirkung von Hagelereignissen abzuschätzen. Aufgrund der geringen räumlichen Ausdehnung und kurzen Lebensdauer können Hagelstürme allerdings nicht zuverlässig aus den sehr verteilten konventionellen Beobachtungsstationen bestimmt werden. Daher kombinieren die Forscher verschiedene Fernerkundungsdatensätze (Radar, Satellit, Blitz) mit Schadensdaten von Versicherungen, um daraus einzelne Hagelzüge (Hagelstriche) zu bestimmen.

Eines der am KIT entwickelten Hagelschadenmodelle für den Süddeutschen Raum (Projekt HARIS-SCM) basiert auf dreidimensionalen Radardaten des deutschen Radarverbunds, der vom Deutschen Wetterdienst betrieben wird. Niederschlagsradare sind aufgrund ihrer hohen räumlichen (bis 0,5 km) und zeitlichen (bis 5 min) Auflösung am besten geeignet, um Hagelstürme zu identifizieren. Allerdings ist die vom Radar gemessene Intensität, die sogenannte Radarreflektivität, von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der Größenverteilung der Niederschlagsteilchen oder der Höhe des Radarstrahls zum Boden abhängig. Daher wird für die Detektion von Hagelsignalen die dreidimensionale Struktur der Gewitterzellen genutzt, um daraus verlässlichere Informationen über das Auftreten von Hagel zu generieren. Die für die Jahre 2005 bis 2011 aus den Radardaten abgeleitete Hagelgefährdungskarte (Abb.1) zeigt eine sehr hohe räumliche Variabilität der Hagelereignisse. Es sind aber auch einige systematische Strukturen zu erkennen. Hierzu zählen die Zunahme der Hageltage von Norden nach Süden und die Lage der Maxima vornehmlich im Lee der Mittelgebirge als Folge der vorherrschenden Strömungsverhältnisse über den Bergen.

Aus der Statistik der knapp 3.000 detektierten Hagelereignisse lassen sich mit Hilfe der stochastischen Modellierung und Koppelung an ein Schadenmodul, Schadensummen für eine bestimmte Wahrscheinlichkeit schätzen. Es ist aber auch möglich, Gesamtschäden direkt nach einem schweren Hagelereignis zu quantifizieren. Für die Versicherungswirtschaft sind diese zeitnahen Informationen sehr wichtig, um die Schäden rasch regulieren zu können. Das entwickelte Hagelschadenmodell wurde in einem ersten Test erfolgreich für das schwere Hagelereignis vom 28.07.2013 angewendet, das zu Schäden in Milliardenhöhe am Rande der Schwäbischen Alb (Baden-Württemberg) führte (Abb. 2).

Literatur:
Puskeiler M. (2013): Radarbasierte Analyse der Hagelgefährdung in Deutschland. Wiss. Berichte d. Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie, Band 59, Karlsruhe, Germany.

SV (2014): Ein Jahr nach dem Hagelschlag, Pressemitteilung vom 21.07.2014 , SV Sparkassenversicherung, Stuttgart.

Das Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology, CEDIM, ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

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