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Hagel
Hagel
Entstehung, Verbreitung, Schäden, Abwehr und Vorhersage
Marco Kaschuba 2005, 2006
Einführung
Hagel, gefürchtet seit Menschen gedenken. Im Mittelalter als
Gottes Strafe angesehen (u.a. Johannes Brenz, 1562), lösten
Hagelstürme Hexenverfolgungen und Verfluchungen aus. Die bekannten
württembergischen Hagelzüge waren nichts anderes als
Hexenverfolgungen im frühen Württemberg, die Aufgrund heftiger
Hagelstürme eingeleitet wurden. Auch Hungersnot und
Völkerwanderungen waren die Folge.
Was ist Hagel überhaupt? Wie entstehen die teils faustgroßen
Schlossen, die millardenschweren Schaden verursachen können? Gibt
es besonders betroffene Gebiete? Kann man Hagelstürme vorhersagen?
Welchen Schaden kann ein Hagelschlag anrichten?
Die allgemeine Definition (Standard nach WMO) sagt aus, das Körner
kleiner als 0,5 cm im Durchmesser als Graupel, grösser als 0,5 cm
im Durchmesser als Hagel bezeichnet werden. Physikalisch gesehen
könnte man aber auch anhand der Entstehungsphase oder des Aufbaus
eines Hagelkorns und eines Graupelkorns unterscheiden. Hagel ist
zumeist ein sogenannter Embryo mit einer harten Eisschicht umsehen,
während Graupel (abgesehen von Frostgraupel) zumeist
ausschliesslich aus Schneekristallen besteht, und daher auch eine
deutlich weichere Konstistenz aufweist. Weitere Formen dazu sind
u.a. Schneegriesel, Frostgraupel oder Reifgraupel.
Folgend kann man sagen, Hagel kann demnach auch kleiner als 0,5 cm
im Durchmesser sein, Graupel aber auch größer als 0,5 cm im
Durchmesser. Offiziell wird aber die oben genannte, einheitliche
Definition benutzt.
Hagelgröße
Bild – Faustgroβe Hagelkörner (© Marco Kaschuba). Zum Vergrößern
anklicken.
Wie groß ein Hagelkorn maximal werden kann, ist nicht wirklich
bekannt. Jedoch lassen einige Meldungen über extrem große
Hagelschlossen erahnen, was praktisch an unglaublicher Größe
möglich ist.
Das größte Hagelkorn in Nordamerika wurde am 22.Juni 2003 in
Aurora, Nebraska USA gefunden. Es hatte einen Durchmesser von 17,8
cm und einen Umfang von 47,6 cm mit einem Gewicht von knapp 758 g.
Das bekannte und teuerste Hagelunwetter am 12. Juli 1984 in
München brachte Hagel bis 9,5 cm im Durchmesser mit einem Gewicht
von über 300 g, wobei in Richtung Landsberg angeblich noch größere
Hagelkörner gefunden wurden. Am 01. August 1958 fielen 972 g
schwere Hagelbrocken über Straßburg in Frankreich vom Himmel. In
Bangladesh wurden am 14. April 1986 1 kg schwere Hagelkörner
beobachtet und angeblich gab es in Kasachstan einen Hagelfund mit
einem Gewicht von 1,9 kg. Auch in chinesischen oder indischen
Regionen gibt es angeblich Meldungen von kiloschweren Hagelbrocken.
So etwa 1939 in Hyderabad, Indien oder 1902 in Yuwu, China, wo 3,4
kg schwere Hagelschlossen beobachte wurden. Tatsächlich sind alte
Schriften aus Württemberg bekannt, das es im August 1648 über der
Schwäbischen Alb 1,6 - 2,4 kg (5 Pfund nach der damaligen Zeit)
schwere Hagelschloßen gab. Auch 1854 fielen über der Schwäbischen
Alb kindskopfgroße Hagelbrocken. Auch wenn die ein oder andere
Meldung klar in Frage gestellt werden darf, sind fußballgroße
Hagelkörner keine Fantasie?!
Bild – Hagelkorn vs. Hühnerei (© Marco Kaschuba) Zum Vergrößern
anklicken.
Ein aktueller Fall aus Villingen-Schwenningen in Baden-Württemberg
am 28.06.2006 brachte Hagel von bis zu 12 cm im Durchmesser.
Nicht nur die Hagelgröße ist entscheidend, sondern auch die
Intensität und der dabei auftretende Wind. Je stärker und je
dichter der Hagel fällt, und je stärker der Wind dabei weht, desto
heftiger können die Schäden ausfallen, auch wenn die Hagelkörner
ansich nicht sehr groß sind.
Im August 1980 fiel in Orient, Iowa USA der Hagel so dicht und
langanhaltend, das er bis zu 2 m hoch zusammen gespült wurde.
Anfang der 80er Jahre fiel entlang der Nordkante der Schwäbischen
Alb so viel Hagel, das er als Lawine einen Hang nieder kam und
Straßen meterhoch bedeckte. Selbst in der Stuttgarter Innenstadt
im Sommer 1972 lag der Hagel bis zu einem Meter hoch.
Die Hagelgröße wird grundsätzlich anhand des maximalen
Durchmessers eines Hagelkorns gemessen, wobei durch die
unterschiedlichsten Formen und der ungleichen Eisdichte, nicht
immer das gleiche Volumen erreicht wird. Die Gewichtsangabe kann
hierfür sehr hilfreich sein. Stehen keine Messinstrumente zu
Verfügung, so wird die Hagelgröße mit der eines bekannten
Gegenstandes verglichen. Folgend eine Übersicht dazu.
0,5 – 1,0 cm Ø Erbse, Kirschkern, Murmel, 1 Cent-Stück
1,0 – 2,0 cm Ø Haselnuβ, 2 Cent-Stück
2,0 – 3,0 cm Ø 5 Cent-Stück,, 1-2 Euro-Stück, Kirsche
3,0 – 4,0 cm Ø Walnuβ, Taubenei, Tischtennisball
4,0 – 5,0 cm Ø Golfball
5,0 – 6,0 cm Ø Hühnerei, Billardkugel
6,0 – 7,0 cm Ø Tennisball
7,0 – 8,0 cm Ø Baseball
8,0 – 9,0 cm Ø Gänseei, Faust
9,0 – 10,0 cm Ø Faust, Grapefruit
10,0 – 12,0 cm Ø Grapefruit, Softball
12,0 – 16,0 cm Ø Handball, Strauβenei
16,0 + cm Ø Football (amer.) etc.
Hagelform
Die Form und das Volumen eines Hagelkorns sind sehr verschieden
und können innerhalb eines Hagelschlags völlig unterschiedlich
sein. Es scheint so als ob große Hagelschloßen eine
unregelmässigere Form haben als kleinere, eher runde Hagelkörner.
Dies ist zwar nicht die Regel, wird aber in dieser Annahme oft
beobachtet. Warum es solch unterschiedliche Formen gibt, ist nicht
ganz klar. Gründe für unterschiedliche Formen sind unter anderem
die unterschiedlichen Entstehungsphasen und der Aufbau eines
Hagelkorns. Turbulente Winde, unterschiedliche Temperaturen,
Reibung und Zusammenstoss, das An- und Abschmelzen im
Entstehungsprozess (teils auch das Zusammenschmelzen von mehreren
Hagelkörnern), das Auseinanderbrechen durch Kollisionen mit
anderen Hagelkörnern, aber auch der Feuchtegehalt innerhalb der
Gewitterzelle, können die entgültige Form eines Hagelkorns, wenn
es den Boden erreicht, ständig beeinflussen.
Andere Gründe für ovale Formen eines Hagelkorns könnte ein
unregelmässiges Abschmelzen bei hoher Fallgeschwindigkeit sein.
Die dadurch entstandene aerodynamisch gute Eigenschaft wird beim
Fall eingehalten.
Es gibt sehr unterschiedliche Formen. Kugelrund, oval, gezackt bis
hin zu stark mutierenden Abstraktformen. Teilweise sind viele
kleine Hagelkörner zu einer großen Hagelschloße zusammengefroren.
Je nach Form und Dichte kann ein Hagelkorn trotz großem
Durchmesser ein kleines Volumen besitzen, das sich wieder auf die
Fallgeschwindigkeit und Aufprallenergie auswirkt (und somit auch
auf den Hagelschaden).
Eine typische Begleiterscheinung von Hagelgewittern ist ein weiβes,
oft auch gelblich oder grünliches Schimmern der Niederschlagszone.
Man nimmt an, das die Hagelkörner wie etwa auch Schneeflocken, das
Licht brechen und es die Wellenlängen verschieden stark
reflektieren.
Entstehung
Embryo
Ein Hagel besteht aus einem, meist kleiner als 0,5 cm großen
Embryo, umgeben von einer mehr oder weniger dicken und dichten
Eisschicht. Die Eigenschaft, der Ort und die Flugbahn eines
Hagelembryos sind wichtige Faktoren für die Hagelentstehung im
weiteren Verlauf.
Ein Embryo besteht aus einem Graupelkorn, einem kleinen gefrorenen
Regentropfen, oder aus einem runden, graupelähnlichen Eiskern,
versehen mit unzähligen und winzigen Luftbläschen (bubble).
Letztere Form zeigt sich oft bei sehr großen Hagelschloßen. So
etwa bei 8 cm großen Hagelbrocken die beim Villingen-Schwenningen
Hagelsturm am 28.06.2006 niedergingen. Der genaue
Entstehungsprozess dieser Embryoform ist nicht bekannt. Die
Eisdichte variiert stark von 1% bis über 50% (bezogen auf die
Dichte von reinem Eis).
Bild - Hagelkorn mit „bubble“ Embryo (© Marco Kaschuba) Zum
Vergrößern anklicken.
Graupelkörner entstehen durch das Vergraupeln von Eiskristallen
und kleinen Regen- Wolkentropfen. Je nach Zusammensetzung von
Eiskristallen – auch Schneeflocken – und gefrorenen Tropfen,
erreichen Graupel eine Eisdichte von 30-70% (bezogen auf die
Dichte von reinem Eis).
Gefrorene Wolken- und Regentropfen besitzen eine Eisdichte von 80
bis nahe 100% (bezogen auf die Dichte von reinem Eis) und
entstehen durch das Kondensieren von Wasserdampf zu Wolkentropfen,
oder durch das Absetzen von Wassertropfen und das Abschmelzen von
schon vorhandenen Hagel- und Graupelkörnern.
Tatsächlich gibt es eine Art Embryo-Klimatologie. Studien zeigen
lokale und sogar globale Unterschiede der hervorragenden
Embryoformen bei schweren Hagelunwettern. Eine belegte Erklärung
dieser Feststellung gibt es derzeit noch nicht, weshalb eine Regel
dazu, bislang in Frage gestellt werden kann. Zumindest zeigten
Vergleichsmessungen aus Oklahoma USA, dass die meisten (60-70%)
aller Hagelkörner mit einer Grösse von mindestens 2,5 cm im
Durchmesser einen gefrorenen Regentropfen als Embryo besitzen. Ein
wesentlich kleinerer Prozentsatz (10-20%) entstand aus
Graupelembryonen. Ähnliche Werte fand man in Mitteleuropa. In den
High Plains gab es eine Überzahl an Graupelembryonen, genauso wie
in Südafrika und Australien.
Auch die Grösse der Hagelkörner scheint von der Embryoform in
gewisser Weise abhängig zu sein. Warum und weshalb ist nicht ganz
geklärt - auch nicht - ob diese Beobachtung in dieser Form
festzulegen ist.
Gefrierkern
Damit Wassermoleküle im unteren Frostbereich innerhalb der Wolke
gefrieren können, benötigen sie einen so genannten Gefrierkern. In
der freien Atmosphäre gibt es aber nur eine gewisse Anzahl von
Gefrierkernen, so dass die Mehrzahl der Wassertropfen zunächst
stark unterkühlt, bevor sie gefrieren. Dabei können sie in einer
Umgebung von bis zu -40 C im flüssigen Zustand verweilen. Die
Anzahl der Gefrierkerne im Inflowbereich einer Gewitterzelle
scheint deshalb die Hagelproduktion (zumindest teilweise)
beeinflussen zu können, da diese wiederum mit der Entstehung von
möglichen Embryonen zusammenhängt.
Wachstum
Damit ein Hagelkorn entsteht, müssen viele Bedingungen aufeinander
treffen. Somit ist der schnelle und gewaltige Hydrometeor-Wachstum
vom Wolkentröpfchen über den Embryo bis zur großen Hagelschlosse
von vielen Faktoren abhängig.
Damit ein Hagel (Embryo) an Größe und Volumen zunimmt, müssen sich
nach und nach Eisschichten um den Embryo bilden. Diese
Eisschichten können unterschiedlicher Dichte sein, was auf das so
genannte „wet growth“ und das „dry growth“ zurückzuführen ist.
Dies ist wiederum abhängig von der Temperatur und dem
Feuchtegehalt der Luftmassen innerhalb der Wachstumszone.
Der Feuchtegehalt oder auch der potentielle Wassergehalt in einer
Gewitterzelle ist ein Bestandteil der Hagelproduktion. Dieser
liefert den Hagelembryos die nötige Zutat, um in kalten Zonen
durch Eiskristalle oder unterkühlte Wassertropfen, Eisschichten zu
bilden.
Der sogenannte „dry growth“ (Trockenzuwachs) geschieht in einer
sehr kalten und eher „trockenen“ Umgebung innerhalb der
Gewitterzelle. Trotz Gefrierwärme darf die Oberflächentemperatur
des Hagelkorns nicht zu ”warm“ werden. Das Anfieren der
Eiskristalle oder der stark unterkühlten Wassertropfen muss
plötzlich geschehen, sodass die Oberfläche „trocken“ verbleibt.
Durch das plötzliche Anfrieren der gesamten Feuchtigkeit können
Zwischenräume der Eiskristalle nicht vollkommen ausgefüllt werden,
was zu einem mehr oder weniger milchigen Ausehen führt (weisse
Schicht). Teilsweise verbleiben viele kleine Luftblässchen. Die
Eisdichte varriert in dieser Schicht sehr stark und kann sehr
niedrig liegen.
Der sogenannte „wet growth“ (Feuchtzuwachs) geschieht in einer
relativ „warmen“ (meist oberhalb von -25 C) und sehr feuchten
Umgebung innerhalb einer Gewitterzelle. Der Überschuss an
unterkühlten Wassertropfen in einer vielleicht noch zusätzlich „warmen“
Umgebung führt dazu, dass die Gefrierwärme an der Hageloberfläche
bis Nahe dem Gefrierpunkt (0 C) ansteigt. Die Wassertropfen (zumindest
ein Teil davon) gefrieren nicht sofort. Das Wasser hat die Zeit,
hohle Lufträume auszufüllen. Teilweise entsteht der sogenannte
„spongy hail“ (schwammig, aufgeweicht). Luftbläschen innerhalb der
Eisschicht sind selten oder gröβer als beim Trockenzuwachs. Ein
Teil der Wassertropfen kann sogar abgesetzt werden (s.o.), wenn
der Gesamtwasseranteil zu hoch ist, um in einer bestimmten Zeit
vom Hagelkorn eingesaugt oder am Hagelkorn angefroren zu werden.
Das „langsame“ anfrieren erlaubt somit ein Zuwachs einer klaren
und harten Eisschicht.
Die verschiedenen Zuwachsprozesse lassen also die im Hagel
unterschiedlichen Eisschichten (Hagelringe) erklären.
Bild – Hagelringe eines Hagelkorns (© Marco Kaschuba) Zum
Vergrößern anklicken.
Entscheidend für den Zuwachs ist nicht nur die Luftschichtung
innerhalb der Gewitterzelle, sondern auch der Weg, den ein
Hagelkorn durch das Gewitter nimmt. Diese Wegstrecken bezeichnet
man auch als Trajektorien. Innerhalb eines Gewittersystems kann es
viele unterschiedliche Trajektorien geben. Manche führen einmalig
durch oder um den Aufwindbereich herum, manche erlauben ein
mehrmaliges Durchführen innerhalb des selben Systems (Recycling)
oder durch verschiedene Zellblöcke. Zudem kann ein Gewitter
mehrere Aufwindbereiche beeinhalten, die zusammen eine gewaltige
Wachstumszone ausmachen. Das einmalige Auf und Ab innerhalb der
Gewitterzelle scheint nach heutigen Erkenntnissen der
Hauptwachstumsprozess zu sein.
Die Embryonen können verschiedene Anfangs- oder Quellbereiche
haben, teils werden diese durch eine sogenannte „feeder cloud“ (eine
Tochterzelle am Rande der Mutterzelle) produziert. Diese gelangen
nach und nach in den Inflowbereich der Hauptzelle. Teilweise
werden aber auch Embryonen (oft Graupel) – die sich aus
Randaufwindzonen oder alten Aufwindschüben gebildet haben – aus
dem mittleren Randbereich der Gewitterzelle durch schwache
horizontale und vertikale Winde herangeführt. Auch durch
abgesetzte Wassertropfen, die wieder in den Aufwindbereich
gelangen, können Embryonen zur Verfügung gestellt werden.
Schon im unteren Randbereich der Hauptaufwindzone beginnt nun das
Wachstum, denn hier befinden sich meist der höchste Wassergehalt.
Die Embyonen wachsen zum Hagelkorn heran und befinden sich nun in
der Hauptwachtumszone des Gewitters. Im weiteren Verlauf
durchqueren sie den Aufwindschlauch und werden vertikal nach oben
befördert. Dabei treffen Unmengen an unterkühlten Wassertropfen
auf die stets anwachsenden Hagelkörner.
Beim Durchqueren des Aufwindschlauchs spielen weitere Faktoren
eine Rolle, ob das Hagelkorn weiter anwächst oder nicht. Ist der
Aufwind zu stark und sind die Hagelkörner zu klein, werden diese
zu schnell nach oben befördert. Sie werden somit aus der
Hauptwachstumszone (etwa zwischen -10 C und -30 C) gehoben und
werden nicht bedeutend an Umfang zunehmen können. Ist der Aufwind
zu schwach und sind die Hagelkörner zu groβ, können diese nicht
mehr ”gehalten“ werden und fallen zur Erde.
Nur bei richtigen Bedingungen können also die Hagelkörner lang
genug in der Hauptwachstumszone verweilen, um bedeutend
heranzuwachsen. Teils werden die schon groβen Hagelkörner vom
Aufwind in der Schwebe gehalten, bis sie zu schwer werden und nach
unten fallen. Der im vertikalen Radarschnitt erkennbare (B)WER
Bereich einer Gewitterzelle deutet u.a. auf einen starken
Aufwindbereich, der im „Überhangbereich“ zum Teil groβe
Hagelschlossen in der Schwebe halten kann. In dieser Höhe können
starke Winde einzelne Hagelbrocken (teils aus Eigengewicht fallend)
aus dieser Region herauswehen, die dann als Hagelgeschosse
ausserhalb des Hauptniederschlagkerns zu Boden fallen. Diese sind
zum Teil die oft unerwarteten groβen Hagelschlossen, die
vereinzelt in der regenfreien Zone herunterkommen.
Studien haben gezeigt, das ein einmaliges Durchqueren der
Hauptzone ausreicht, um riesige Hagelbrocken zu produzieren. Die
weit verbreitete Theorie des Karussels, in denen die Hagelkörner
immer wieder nach oben befördert werden, ist somit nicht primar.
Wie weiter oben schon angedeutet, gibt es wohl in der Realität
viele verschiedene Prozesse die vielleicht sogar innerhalb einer
Gewitterzelle zusammen agieren.
Wichtig ist die Zeit oder die Dauer, in der ein Hagelkorn in der
Wachstumszone verweilt. Umso länger, umso gröβer kann es
heranwachsen. Diese Hauptwachstumszone wird nicht nur beim
Aufsteigen (Aufwindbereich) durchquert, sondern auch beim Fall
(Auf- oder Abwindbereich). Dies führt dazu, das der fallende Hagel
weiter anwächst, bis er in eine Umgebung gelangt, die wärmer ist
als WBZ (wet bulb zero = Feuchttemperatur bei 0 C).
In manchen Fällen kann ein Hagelkorn auch von einer Gewitterzelle
zur anderen weitergereicht werden. Dieser Prozess betriftt
hauptsächlich Multizellengewitter oder Hybridzellen (Superzelle –
Multizelle) und kommt dem Recycling-Prozess sehr Nahe. Dabei
gelangt ein fallendes Hagelkorn in den Aufwindbereich einer
nebenstehenden (zumeist neuen) Zelle. Durch das Weiterreichen
verweilt das Hagelkorn sehr lange in verschiedenen Wachstumszonen
und kann somit stark anwachsen.
Zusammenfassend kann man folgende Faktoren aufzählen, die für
einen signifikanten Hagelwachstum verantwortlich sind.
Aufwind – Ein starker und breiter Aufwindbereich innerhalb der
Gewitterzelle. Speziell im Hauptwachtumsbereich (-10 C bis -30 C).
Besonders Superzellen weisen einen derart idealen Aufwindschlauch
auf. Superzellen sind Gewitterzellen mit einem rotierenden
Aufwindbereich. Dieser konzentriert sich zumeist (es gibt auch
LLM’s) in mittleren Höhen der Gewitterzelle. Dieser Bereich nennt
man die Meso(anti)zyklone. Ein dynamisch ausgelöster Druckfall (Tiefdruck)
zeigt sich im Zentrum dieser Rotation. Dieses „Mesotief“
verursacht einen vertikalen Druckgratienten, der durch
Aufwärtsbewegung der Luftmasse darunter, ausgeglichen wird. Dieser
Prozess erlaubt eine unglaubliche Aufwärtsbeschleunigung innerhalb
des Aufwindschlauches, die in dieser Stärke nur von solch einem
Prozess (Superzelle, Hybridzelle) hervorgerufen werden kann.
Trajektorien – Je nach atmosphärischer Bedingung und Schichtung
müssen die Trajektorien die richtige Lage aufweisen. Diese können
durch oder um einen Aufwindbereich herum führen. Auch Recycling-Trajektorien
sind möglich.
Embryo – Diese müssen in einer bestimmten und ausreichender Anzahl
zur Verfügung stehen. Je gröβer die Embryos, desto gröβer die
Wahrscheinlichkeit das sich daraus groβe Hagelkörner bilden.
Wachstumszone – Je länger ein Hagelkorn in dieser Zone verweilt,
desto gröβer kann dieses heranwachsen. Dabei ist egal ob es sich
in einer Aufwärts- oder Abwärtsbewegung, oder gar in der Schwebe
befindet.
Feuchtegehalt – Je mehr Feuchtegehalt innerhalb oder unterhalb der
Wachstumszone, desto gröβer die vorhandene Menge an unterkühlten
Wassertropfen.
Hagelschichtung – Auch die richtige Hagelschichtung (Eisschicht)
kann den Wachstum beinflussen. Relativ groβe Hagelkörner mit einer
(zunächst) geringen Eisdichte können längere Zeit – da weniger
Gewicht – in der Wachstumszone verbringen als ein gleichgroβes
Hagelkorn mit einer höheren Eisdichte.
Windscherung – Die Windscherung sollte signifikant genug für eine
Superzellenbildung sein, jedoch nicht zu stark. Durch zu kräftige
Winde könnten die heranwachsenden Hagelkörner fruhzeitig aus dem
Aufwindbereich herausgeweht werden. Somit benötigt es einen „schwachen“
Wind relativ zum Hauptaufwindbereich (storm updraft relative
flow).
Hagelschmelze
Jedes Hagelkorn auf seinem Weg zum Erdboden schmelzt mehr oder
weniger ab. Hagel die vollkommen abschmelzen, erreichen den
Erdboden als Regentropfen (teils groβtröpfig). Der Hagel beginnt
theoretisch abzuschmelzen, sobald er in eine Umgebung fällt, bei
der die Temperatur über dem Gefrierpunkt (0 C) liegt. Tatsächlich
aber verdunstet ein winziger Teil der Oberfläche des Hagelkorns,
was zu einer lokalen Verdunstungskälte führt. Dieser Effekt
bewirkt, das ein Hagelkorn erst signifikant abzuschmelzen beginnt,
wenn es in eine Umgebungstemperatur von wärmer gleich +5 C
erreicht. Dieser Effekt ist in einer trockenen Umgebungsluft noch
wirksamer. Eine trockene Luftschicht kann im Abwindbereich durch
groβräumige Verdunstungskälte ein zusätzliches Absinken der
eigentlichen 0 C-Marke hervorrufen. Ein in solch einem
Abwindbereich fallendes Hagelkorn beginnt also viel weiter unten
abzuschmelzen als zuvor angenommen (bezogen auf die allgemeine
Nullgradgrenze). Zudem können dadurch zusätzlich Gewitterfallwinde
entstehen (downbursts), die den Hagelschlag verstärken und die
Abschmelzzeit verkürzen können.
Die durch die Verdunstungskälte niedriger liegende Nullgradgrenze
kann man berechnen. Diese „neue“ Höhe der Nullgradmarke nennt man
den Gefrierpunkt der Feuchttemperatur oder kurz WBZ (wet bulb
zero). In der Höhe wo eine gesättigte Luftmasse, gemessen an der
Feuchttemperatur, 0 C beträgt, liegt der WBZ (also tiefer als der
eigentliche Gefrierpunkt). Im Winter kann dieser Effekt dazu
führen, das es bei +5 C Lufttemperatur trotzdem schneit, da die
Feuchttemperatur eventuell Nahe dem Gefrierpunkt liegt.
Je gröβer der Abstand zwischen der „Schmelzhöhe“ und dem Erdboden,
desto länger die Zeit in der ein Hagelkorn fällt und dabei
abschmelzen wird. Höher gelegene Regionen haben deshalb eine
gröβere Chance, das der Hagel den Erdboden erreichen wird bevor er
vollständig abschmelzen kann. Beispiel: Schwarzwald vs.
Küstenregionen.
Auch die Umgebungseigenschaft bis zum Erdboden ist entscheidend.
In einer trockenen Luftmasse schmelzt der Hagel nicht so schnell
ab als in einer feuchten, eventuell sogar regendurchsetzen
Umgebung.
Selbst die Hagelform und die Eisdichte spielen eine wichtige Rolle.
Je dichter die Eisschicht der Hagelschlossen, desto langsamer kann
diese abschmelzen.
Die Hagelgröβe ist aber einer der entscheidensten Faktoren. Auch
wenn es auf den ersten Blick unlogisch erscheinen mag –Hagelkörner
haben eine proportional gröβer werdende Oberfläche gegenüber ihrem
Gesamtvolumen, je kleiner sie werden. Diese Tatsache ist der Grund,
warum kleinere Hagelkörner proportional schneller abschmelzen als
groβe Hagelbrocken. Zusätzlich befinden sich kleinere Hagelkörner
länger in der Abschmelzzone, da die reine Fallgeschwindigkeit
langsamer ist.
Folgend kann man dazu sagen, der Abschmelzprozess ist ein
wichtiger Faktor in Bezug auf die Hagelgröβe die am Boden gemessen
wird. Als Vorhersageparamter ist der WBZ aber hauptsächlich für
kleineren bis mittleren Hagel geeignet, nicht aber für Starkhagel,
da hier der Abschmelzprozess eine nur untergeordnete Rolle spielt.
Vorhersage
Es gibt eine Reihe von bekannter Vorhersageparameter, die in
Zusammenhang auf eine typische Hagelwetterlage hindeuten können.
Solange es um die Vorhersage von kleinen bis mittleren Hagel geht,
sind diese auch ganz hilfreich. Um groβen Hagel vorherzusagen,
bedarf es eine Analyse der Wetterlage nach Anzeichen oder
Bedingungen für Superzellen. In diesem Fall nützen die typischen
Hagelparameter nur wenig. Ebenfalls ist es wichtig, sich nicht auf
einzelne Parameter zu konzentieren, sondern diese in Zusammenhang
untereinander und mit weiteren Faktoren der allgemeinen Wetterlage
zu vergleichen.
Wichtig für die Vorhersage von Hagel sind folgende Faktoren und
Paramater, die unter anderem aus einem Radiosondenaufstieg oder
Vorhersagetemp (vg. Skew-T-Diagramm) ausgelesen werden können:
Feuchtegehalt – Ein Hoher Wassergehalt (flüssig) oberhalb der
Nullgradgrenze oder in der Wachstumszone zwischen -10 C und -30 C.
Ein hoher Feuchtegehalt in der Grundschicht ist nicht immer von
Bedeutung!
CAPE - Starker und groβflächiger Aufwindbereich = hohe CAPE-Werte,
speziell in der Wachstumszone zwischen -10 C und -30 C. Durch CAPE
läβt sich auf die Intensität des Aufwindes ableiten. v(m/s) =
√CAPE x 2 berechnet die mogliche Aufwindgeschwindigkeit anhand von
CAPE.
Steep Lapse Rates - Labile Luftschichtung durch starke vertikale
Temperturabnahme, speziell im unteren Bereich der Gewitterzelle
und in der Wachstumszone zwischen -10 C und -30 C.
Nullgradgrenze und WBZ - Niedrige Nullgradgrenze bzw.
tiefliegender WBZ. Je kürzer die Strecke zwischen Nullgradgrenze
bzw. WBZ und dem Erdboden, desto weniger Zeit hat ein Hagelkorn
abzuschmelzen.
Trockenschicht – Durch eine Trockenschicht oberhalb der
Grundschicht oder nicht zwingend im mittleren Bereich der
Gewitterzelle, begünstigt dies durch Verdunstungskälte das
Absinken der Gefrierpunkthöhe (vg. WBZ) und fördert die Entstehung
von Gewitterfallwinde.
Hebung – Dynamisch oder thermisch bedingter Hebeprozess der
Luftmasse vom LCL zum LFC, um Feuchtkonvektion überhaupt zu
ermöglichen.
Windscherung und Verweilzeit - Signifikante, vertikale
Windscherung, speziell in den Bereichen 0-2 km und 0-6 km (Superzellen).
Die Windscherung erzeugt zum einen das Kippen des Aufwindschlauchs,
und erzeugt dadurch einen klar getrennten Auf- und Abwindbereich
der Gewitterzelle. Zum anderen kann durch die Windveränderung mit
steigender Höhe die Bildung einer Mesozyklone eingeleitet werden.
Beide Faktoren fördern eine langlebige und starke Gewitterzelle.
Somit besitzt der Hagel (ist moglich) mehr Verweilzeit in der
Wachtumszone um heranzuwachsen.
VIL / VIL Density - Ein paar kurze Worte zu VIL (Vertically
Integrated Liquid) oder VIL Density. VIL ist eine Einheit für die
enthaltende Flüssigkeitsmenge in einem vom Radar bestimmten
vertikalen Luftpaket. Anhand dieser Werte sollte man die
Hagelgröße bestimmen können. Studien zu diesem Angehen belegten
aber mehrfach das Gegenteil. S.A. Amburn 1996 berichtet über die
Gleichung in dem man den VIL Wert mit dem entsprechendem Radarecho
der oberen Grenzhöhe des Luftpaketes dividiert. Dieser Wert (VIL
Density) zeigte deutlich bessere Ergebnisse. Besonders hohe Werte
zusammen mit weiterer Radarauswertung lassen auf etwaige
Hagelangaben schließen.
Desweiteren gibt es viele verschiedene Parameter und Berechnungen,
die mehr oder weniger nützlich sein können, um die Gefahr von
Hagel vorherzusagen. Der ESI „energy shear index“ beinhaltet
Parameter wie CAPE und SHEAR (0-6 km) um auf die Dauer von
Superzellen-Aufwinde abzuleiten. Auch für die Berechnung der Gröβe
von Hagel gibt es mehrere Anwendungen. Eine alte und bekannte
Methode ist die Fawbush-Miller Rechnung, die anhand von einem
thermodynamischen Diagramm und einem Gleichungsdiagramm
durchgeführt wird. Sämtliche Softwarelösungen im Kurzfristbereich
und im Nowcastbereich erlauben heutzutage eine relativ gute
Einschätzung der Hagelgefahr. Insbesondere der Einsazt von
spezieller Radar- und Satellitenanwendung, erlaubt es eine genaue
Analyse der Gewitterzellen. Besondere Hinweise geben die
Radarauswertungen des Vertikalschnitts RHI (hot tower) oder der
radialen Dopplerwinden (mesozyklone), sowie spezielle
Radarvorhersagen von schon bestehenden Zellen. Im Satellitenbild
sind besonders die Neuentwicklungen, die noch nicht auf dem Radar
erscheinen, sehr nützliche Hinweise. Der Infrarotscan (Temperturauswertung)
der Wolkenoberfläche gibt Hinweise auf die Höhe und die Tempertur
der Gewitterzellen.
Einige Studien zeigten eine Verbindung von besonders kalten (hohen)
Wolkentops und der Hagelkorngröβe innerhalb der Gewitterzelle. Je
höher und kälter die Wolketops, desto gröβere Hagelbrocken wurden
beobachtet. Eine festlegende Regel kann bislang aber nicht
abgeleitet werden.
Selbst spezielle Wettermodelle wurden entwickelt, um Hagelunwetter
besser vorherszusagen. Mit „hailcast“ (J.C. Brimelow) wurden
einige interessante Punkte dazu vorgestellt.
Eine weitere und genaue Auflistung der neuen
Vorhersagemöglichkeiten erfolgt bis Anfang 2007 (Vorstellung zum
Extremwetterkongress 2007).
Hagelschäden
Hagelstürme richten jedes Jahr weltweit einen enormen Schaden an.
In Deutschland sind es rund 20% (in Suddeutschland sogar bis zu
25%) aller versicherten Schäden, die aufgrund von Wetter- und
Naturkatastrophen hervorgerufen werden. Damit liegt der Hagel auf
Platz Nr. 2 hinter den Winter- und Herbststürmen, die durch ihre
großskaligen Auswirkungen meist weite Teile des Landes betreffen.
Das resultierende Schadenspotential eines Hagelschlags hängt von
vielen Faktoren ab. Insbesondere die großen Ballungsräume und
Wirtschaftszentren in Mitteleuropa sind sehr gefährdete Gebiete.
Den größten Schaden findet man in der Agrarwirtschaft, denn
besonders hier können schon relativ schwache Hagelschläge große
und nachhaltige Auswirkungen zeigen.
Es hängt also primär vom Gegenstand (potentielle Schadensgüter) ab,
wie stark ein gewisser Hagelschlag Auswirkungen haben wird. Dabei
unterscheiden wir zwischen dem volkswirtschaftlichen Gesamtschaden
und dem Einzelschaden, vom dem sich eine Einteilung der
eigentlichen Hagelstärke ableiten läβt.
Ein weiterer Faktor ist der Hagel selbst. Nicht nur die Gröβe
spielt dabei eine entscheidende Rolle, sondern auch das Volumen (abl.
Gewicht und Eisdichte) und die Strukturform eines Hagelkorns. Je
gröβer, schwerer und härter das Hagelkorn, desto gröβer das
Schadenspotential. Gezackte Hagelschlossen neigen etwa schon bei
geringer Eigengröβe dazu, besonders im Agrarbereich (z.B. Obst und
Gemüse) deutlich mehr Schaden anzurichten als kugelrunde
Hagelkörner.
Insbesondere die Dichte des Hagelfalls ist ein weiterer, wichtiger
Faktor. Je dichter und langanhaltend der Hagel fällt, desto mehr
Schaden kann dieser anrichten. Die Chance das potentielle
Schadensgüter getroffen werden, ist somit deutlich höher. Im
Agrarbereich kann eine geschlossene Hagelschicht am Boden durch
schon kleine Hagelkörner einen groβen Verlust der Ernte bedeuten.
Die Windgeschwindigkeit während des Hagelfalls kann zusätzlich die
Aufprallenergie erhöhen und den Aufprallwinkel entsprechend
verändern. Durch starke Winde können die Hagelschlossen seitlich
an Hauswände prallen, und dort z.B. Fensterscheiben zerschlagen.
Nicht nur die horizontale Windrichtung und Windgeschwindigkeit
beeinflussen den Hagelschlag, sondern auch die vertikalen
Windwerte. Folgend wirken sich diese auf die Fallgeschwindigkeit
der Hagelkörner aus. Je größer oder schwerer ein Hagelkorn ist,
desto höher die Geschwindigkeit mit der es am Boden ankommt. Oft
wird diese Geschwindigkeit noch erhöht, wenn der Hagel in einem
kräftigen Gewitterabwind fällt.
Man beachte, die Fallgeschwindigkeit ändert sich ständig, da ein
Hagelkorn während des Falls abschmelzt, auf turbulente
Windströmungen trifft, gegen viele andere Hagelkörner oder
Regentropfen brallt, in Auf- und Abwinde gerät etc. All diese
Einflüße verändern die Geschwindigkeit ständig.
Fur eine Berechnung der theoretischen Fallgeschwindigkeit wird nur
die Größenangabe mit einbezogen - um genauere Werte zu bekommen,
müsste man Werte der Form und des Volumens (Gewicht) mit
einbeziehen. Man könnte zwar eine rein theoretische und maximale
Aufprallgeschwindigkeit der Kugelform eines Hagelkorns berechnen,
etwa durch eine „terminal velocity “ Gleichung...
Vt/cm/s=(0.2222*g*(dh-da)*(r²)/n
Vt = Maximalgeschwindigkeit / Aufprallgeschwindigkeit (terminal
velocity); g = Erdbeschleunigung 980 cm/s²; dh = reine Eisdichte
(0,917 g/cm³); da = Luftdichte (etwa 0,0012923 g/cm³); r = Radius;
n = kinematische Viskosität nahe dem Erdboden (etwa 0,00018
g/cm/s). Prinzipiell kann man somit sagen, das die
durchschnittliche Fallgeschwindigkeit eines Hagelkorns primär
abhängig ist von der Form und des Volumens, sowie von der Größe
und der Luftdichte.
...doch auch diese Werte sollten aus oben genannten Gründen in der
Realtität kaum oder nicht vorkommen. Trotzdem benutzt man diese um
auf die sogenannte Aufprallenergie umzuleiten. Nach E.G. Bilham
und E.F. Relf „Die Dynamik von Starkhagel“ 1937 und J. Laurie 1964
lassen sich folgende theoretischen kinematischen Energiewerte
aufzeichnen:
Hageldurchmesser (cm) / Theor. Fallgeschwindigkeit (km/h) / Theor.
Aufprallenergie (J)
2,5 / 80 / 1,3
3,2 / 90 / 5,4
3,8 / 100 / 10,8
4,5 / 107 / 19,0
5,1 / 115 / 29,8
6,4 / 129 / 71,9
7,0 / 136 / 109,8
7,6 / 143 / 162,7
Man erkennt, wie die Aufprallenergie gegenüber der
Fallgeschwindigkeit, somit gegenüber dem Hageldurchmesser deutlich
stärker ansteigt, dies besonders ab einem Hageldurchmesser von 5
cm. Das bedeutet, das ein nur wesentlich größeres Hagelkorn (volumen-
und formabhängig) eine viel größere Aufprallenergie erzeugen wird
und deshalb auch einen größeren Primärschaden verursachen kann (s.o.
weitere Faktoren).
Zusammengefasst beeinflussen folgende Faktoren einen Hagelschaden:
Hagelgröβe, Eisdichte, Hagelform, Intensität des Hagelschlags,
Fallgeschwindigkeit (res. Aufprallenergie), Aufprallwinkel,
horizontale und vertikale Windgeschwindigkeit (zgl. Windrichtung)
und die Eigenschaft der potentiellen Schadensgüter.
Für eine Einteilung der Hagelschäden anhand der Hagelgröβe, hat
man (u.a. TORRO) eine Hagel-Intensitätsskala entwickelt, die grob
eine Einstufung der Schäden wiedergibt. Da die Skala nur von einem
Faktor (Hagelgröβe) ausgeht und damit nur einen groben Überblick
verschafft, kann diese jedoch ohne die Berücksichtigung der
weiteren o.g. Faktoren nicht für eine vollständige Hagelanalyse
herangezogen werden.
Bild – Hagelschäden im Maisfeld (© Marco Kaschuba) Zum Vergrößern
anklicken.
Desweiteren muss eine Hagelskala der entsprechenden Region
angepasst werden, da die Eigenschaft der potentiellen
Schadensgüter – wie etwa Bauweise und Qualität – von Region zu
Region unterschiedlich sein können. Folgend eine Hagelskala,
angepasst für den mitteleuropäischen Raum.
Kleiner Hagel von 0,5 cm bis 1,0 cm im Durchmesser
Hagel von dieser Gröβe richtet im Allgemeinen keinen Schaden an.
Im Agrarbereich können kleinere Schäden auftreten, meist durch
angeschlagene Früchte die dadurch einen Wertverlust erhalten. Bei
groβen Hagelmassen (geschlossene Hagelschicht am Erdboden) können
Erfrierungen an Pflanzen auftreten. Auch das Niederdrücken durch
schwere Hagelmassen kann im Extremfall einen hohen Verlust im
Agrarbereich bedeuten.
Kleiner bis mittelgroβer Hagel von 1,0 cm bis 2,0 cm im
Durchmesser
Auch dieser Hagel richtet im Allgemeinen keinen Schaden an. Im
Agrarbereich kann es jedoch zu gröβeren Schäden kommen,
insbesondere wenn der Hagelfall sehr intensiv ausfällt, und von
starkem Wind begleitet ist. Besonders betroffen sind stets die
Wein- und Obstkulturen. Hier kann es im Extremfall zu
Totalverlusten kommen. Erste signifikante Entlaubungen können
eintreten. Offiziell beginnt ab einem Hageldurchmesser von 2,0 cm
(US 1,9 cm) das Kriterium für Unwetter. Bei Skywarn Deutschland
beginnt ab einem Hageldurchmesser von 1,5 cm die Melderichtlinie
für Hagel (Stand: 2005).
Mittelgroβer Hagel von 2,0 cm bis 3,5 cm im Durchmesser
Je nach Härte und Form der Hagelkörner treten erste bedeutende
Schäden auf. Kleinere Dellen oder Lackdruckstellen im Autoblech
sind möglich. Gewächshäuser und allgemein entsprechende
Glasflächen drohen zu zerbrechen. Im Agrarbereich gibt es je nach
Intensität des Hagelschlags verbreitet hohe Wertverluste oder gar
Totalverluste.
Groβer Hagel von 3,5 cm bis 5,0 cm im Durchmesser
Verbreitet bedeutende Schäden. Teils tiefe Dellen und Lackschäden
am Autoblech. Gewächshäuser und allgemeine Glasflächen werden
zumeist durchschlagen (besonders im oberen Bereich, nahe 5,0 cm).
Autoscheiben sollten dieser Gröβe noch standhalten, um 5,0 cm aber
erste Schäden möglich. Je nach Intensität des Hagelschlag teils
starke Entlaubung. Kleinere bis mittlere Äste werden abgeschlagen.
Kunststoffteile werden zerschlagen. Im Agrarbereich teils schwere
Schäden und Verluste, teils nachhaltig durch Stammschädigungen.
Starkhagel von 5,0 cm bis 7,0 cm im Durchmesser
Hagel ab dieser Gröβe ist ein guter Hinweis auf eine
wahrscheinliche Superzelle. Verbreitet gibt es schwere Schäden.
Autoscheiben, Dachfenster oder Dachziegeln werden beschädigt oder
gar durchschlagen. Kunstoffteile werden zerstört. Teils gröβere
Äste werden abgeschlagen und je nach Intensität des Hagelschlags
werden Bäume stark entlaubt. Im Agrarbereich schwere Schäden, oft
nachhaltig durch Totalschaden / Stammschädigung. Vögel und andere
Kleintiere können teils schwer verletzt oder gar getötet werden.
Auch für Menschen erhebliche Gefahr - Platzwunden und Prellungen
sind möglich!
Extremhagel von 7,0 cm bis 10,0 cm im Durchmesser
Tennisball-, baseball- oder faustgroβer Hagel. In den meisten
Fällen fällt dieser nur vereinzelt auβerhalb des
Hauptniederschlagkerns. Deshalb treten schwere Schäden nur
vereinzelt auf. Im Falle von intensiven Hagelschlägen dieser Gröβe
kann es zu heftigsten Schäden führen und katastrophale
Auswirkungen haben. Tiere und Menschen (vor allem Kleinkinder)
können schwer verletzt oder in Einzelfällen gar getötet werden.
Autoscheiben, Dachfenster, Dachziegel, Dachlatten, Welldächer etc.
werden durchschlagen. Gröβere Äste werden abgeschlagen.
Stammschädigungen an Bäumen. Entrindung moglich. Druckstellen auf
Äcker und Wiesen. Erste Schäden die an Orkanschäden oder an
mutwillige Zerstörung erinnern.
Riesenhagel von über 10,0 cm im Durchmesser
Der „giant hail“ fällt meist nur vereinzelt und oft auβerhalb des
Hauptniederschlags, deshalb nur lokale Extremschäden. In einzelnen
Extremfällen kann es aber zu einem intensiven Hagelschlag dieser
Hagelschlossen kommen. Die Folgen sind katostrophal und bringen in
allen Bereichen schwerste Schäden mit sich. Lebensgefahr! Teils
schwere Stammschädigungen oder gar Entrindungen von Bäumen.
Folgen von Hagelbrocken über 12,0 cm weisen oft ”merkwürdige“
Schäden auf, die meist an mutwilliger Zerstörung oder gar an
Downburst- / Tornadoschäden erinnern, wie etwa: vollkommen
abgedeckte oder gar zerstörte Dächer inklusive Dachstuhl;
duchschlagene Eisenstangen; Zentimeter tiefe Einschlaglöcher im
Erdboden; durchschlagene Holzwände; Strassenschäden; etc.
Bild – Vom Hagel zerschlagene Windschutzscheibe (© Marco Kaschuba)
Zum Vergrößern anklicken.
Hagelschäden werden auch in Zukunft ein ernstes Thema bleiben,
denn die Gefahr wird weiter anwachsen. Die ständig wachsende
Bevölkerungsdichte und somit auch die ansteigende
volkswirtschafliche Wertekonzentration und Versicherungsdichte
ergeben zusammen einen unglaublichen Anstieg an Schadenspotentiale.
Etwa nach Angaben der Münchner Rück Versicherung würde das selbe
Hagelunwetter über München - wie damals von 1984, das einen
Versicherungsschaden von 0,8 Mrd. Euro und einen Gesamtschaden von
1,5 Mrd. Euro anrichtete – heutzutage einen Gesamtschaden von bis
zu 5 Mrd. Euro anrichten können. Für solche und weitere
Modellberechnungen zum Hagel-Risikomanagement, wurden spezielle
Softwarelösungen programmiert, wie unter anderem HailCalc aus der
Schweiz.
Nicht nur der Sachschaden ist ein Problem, sondern auch die Gefahr
die für den Menschen ausgeht. Im Juni 2006 wurden allein im Raum
Villingen-Schwenningen über 120 Menschen durch faustgroβe
Hagelbrocken verletzt. Auch in China und Indien gab es in den
vergangenen Jahre immer wieder Todesfälle die von Hagelschlägen
ausgingen.
Hagelabwehr
Die bis heute umstrittene Hagelabwehr wurde in Süddeutschland
schon in den 30er Jahren angewendet. Auch in der Schweiz oder in
Österreich wurden schon sehr früh Versuche gestartet, dem
Hagelschlag entgegen zu wirken.
Tatsächlich gab es aber schon im Mittelalter verschiedene Bräuche,
den Hagel zu „vertreiben“. Die Schuldigen waren nicht selten die
Hexen, die darauf hin unter brutalen Umständen hingerichtet wurden.
Ein teils bis heute verwendeter Brauch ist das Hagelläuten oder
auch Wetterläuten. Stand ein Hagelwetter unmittelbar bevor, wurden
die Kirchturmglocken geläutet. Zum einen um die Menschen im Dorf
und auf den Feldern zu warnen, zum anderen um die schreckliche
Naturgewalt zu vertreiben. Auf Letzteres hatte das Hagelläuten
wohl kaum einen Einfluss.
Schon Anfang des 20. Jahrhunderts wurden Raketen verwendet, um die
Hagelwolken zu vertreiben. Man glaubte mit dem Knall der
Schwarzpulverkanonen, den Hagel aus den Wolken zu verdammen. Das
Raketenschiessen wird auch heute – z.B. in der Schweiz – noch
angewendet, doch mit einem völlig anderen Hintergrund.
1947 wurde die Eigenschaft von Silberjodid (Silberiodid) entdeckt.
Silberjodid, zusammengestezt aus Silberkation und Jodanion, ist
ein Salz, das mit seiner kristallinen Struktur dem der
Gefierkerneigenschaften sehr ähnlich kommt und bei etwa -5 C
eiskeimbildend wirkt. Mit diesem Hintergrund versucht man also
mittels Silberjodid die schon vorhandene Anzahl an Gefrierkernen
künstlich zu vermehren.
Das Resultat der ”Wolkenimpfung“ oder des ”Übersähens“ ist eine
gröβere Menge von Eiskristallen, die wiederum für eine erhöhte und
massenhafte Vergraupelung sorgen kann. Es stehen also mehr
Embryonen zu Verfügung. Unterkühlte Wassertropfen verteilen sich
somit auf die riesige Anzahl der Embryonen, und produzieren viele
kleine Hagelkörner, anstatt weniger groβen Hagelschlossen. Teils
kommt es auch zuvor zu einem Ausregnen der Zelle.
Mit dieser Theorie wurde versucht, das Silberjodid mittels
Bodengeneratoren oder Raketen innerhalb der Aufwindzone einer
Zelle zu verteilen, um den o.g. Effekt zu erzielen. Heute werden
zum Groβteil speziell mit einem Brenner versehene Flugzeuge (Hagelflieger)
eingesetzt, um das Silberjodid an der richtigen Stelle zu
injekzieren.
Bild – Hagelflieger in Stuttgart (© Marco Kaschuba) Zum Vergrößern
anklicken.
Eine relativ einfache Methode, um dem Hagel vorzubeugen, zumindest
in der Theorie. Bis heute ist es fast unmöglich, den Erfolg dieser
Wettermanipulation oder Wettermodifizierung zu bestätigen. Studien
aus den USA oder auch aus Deutschland (wie etwa vom DLR
Oberpfaffenhofen 1993), deuten darauf hin, das diese Methode nur
eine sehr geringe oder gar keine Wirkung auf die Hagelproduktion
hat. Andere Langzeitstudien aus Südafrika, Kenya, USA oder aus
Österreich zeigen wiederum einen Rückgang der Hagelschläge in den
vorgesehenen Regionen.
Fakt ist, man ist bislang nicht in der Lage festzustellen, ob eine
bestimmte Gewitterzelle mehr oder weniger Hagel produziert hätte,
ohne den Einsatz von Hagelabwehr. In einigen Studien wurde sogar
das Gegenteil festgestellt. Trifft ein extrem hoher Wassergehalt
auf die erhöhte Menge an Eiskristallen (oder Embryonen), können
sich dadurch – auch zusätzlich durch entstandene Gefrierwärme die
eine Verstärkung des Aufwindes fördern kann – viele groβe
Hagelbrocken entwickeln. Ein weiterer Punkt ist, das ein Gewitter
zum Teil mehrere Aufwindzonen besitzt, oder sich linienhaft und
multizellular ausbreitet (Gewitterkomplex). In solch einem Fall
müβten viele Flugzeuge zur selben und richtigen Zeit an den
verschiedenen Aufwindzonen oder in den Inflowbereichen eine
Impfung vornehmen. Darüber hinaus weiss man nicht, ob die
injekzierte Menge an Silberjodid (etwa 500g) ausreichend ist.
Es ist somit wahrscheinlicher, das die Hagelabwehr in dieser Form
in der Praxis nicht erfolgsversprechend funktioniert. Die
mikropysikalischen Prozesse der Hagelproduktion innerhalb einer
Gewitterzelle ist zudem bislang nicht ausreichend erforscht.
Die Hagelabwehr in Deutschland ist in zwei Regionen vertreten. Zum
einen im oberbayrischen Rosenheim, betreffend die Landkreise
Rosenheim, Miesbach und Traunstein, zum anderen der Groβraum
Stuttgart bis hin zum Rems-Murrkreis. In Bayern sind es besonders
die Hopfenkulturen, in Baden-Württemberg besonders die
Weinkulturen, die daruch geschützt werden sollen.
Hagelnetze bieten dagegen einen wirklichen Schutz gegenüber Hagel,
zumindest in moderaten Fällen. Bei extremen Hagelstürmen oder aber
bei sehr kleinen Hagelkörnern die in groβen Massen fallen, können
die Obst- und Weinkulturen trotzdem erheblich beschädigt werden.
Hagelverbreitung
Hagel kann in allen Regionen unserer Erde auftreten, trotzdem gibt
es bestimmte Gebiete, wo es häufiger hagelt als anderswo.
Europa’s Hagelzone (hail alley) bezieht sich auf die Regionen
Süddeutschlands, Schweiz, Österreich, Norditalien und vom
französischen Jura bis zu den Vogesen – kurz: der Alpenraum. Hier
treffen viele Faktoren zusammen, die für die Hagelproduktion und
für einen Hagelschlag am Boden wichtig sind.
Der wichtigste Faktor ist die orografische Eigenschaft dieser
Region. Die durch die Alpen entstehenden lokalen Windsysteme, der
regional unterschiedliche Temperatur und Feuchtegehalt, die
orografisch bedingten Hebeprozesse und die verschiedenen
Höhenlagen, bestimmen das Wetter vor Ort und beeinflussen somit
auch die Unwetterklimatologie in diesem Gebiet.
In der Schweiz sind es besonders die Gebiete im südlichen Tessin
und die Westseiten des Berner Oberlands und der Zentralschweiz hin
zum östlichen Mittelland, die von Hagel betroffen sind.
In Österreich ist die Südsteiermark oder das Burgenland zu nennen.
In Norditalien ist die Poebene ein Gebiet das nicht selten von
schweren Hagelstürmen betroffen ist.
In Deutschland sind besonders die südlichen und westlichen
Bundesländer, vor allem aber der Süden von Baden-Württemberg und
Bayern betroffen. Auch hier haben die Alpen, der Schwarzwald und
die Schwäbische Alb einen entscheidenden Einfluss auf die Gewitter-
und Hagelbildung.
Interessant ist jedoch, nicht nur die absolute Hagelhäufigkeit –
etwa durch die Höhenlage – liegt in Süddeutschland teils 20 Mal
höher als an den Küstengebieten, sondern auch die Anzahl der Fälle
mit Starkhagel (>5 cm im Durchmesser). Somit ist anzunehmen, das
bestimmte orografische Faktoren (etwa der Einfluss auf die
Windscherung im unteren Bereich der Troposphäre) die
Superzellenformation fördern kann. Leider ist die Datenbasis dazu
noch zu jung um genaue statistische Auswertungen durchführen zu
können. Trotzdem kann man anhand von langjährigen
Versicherungsdaten und genauen Beobachtungsreihen der letzten
Jahre einen Trend in diese Richtung einschlagen. Sicherlich werden
diesbezüglich auch viele weitere Forschungsprojekte eingeleitet.
Eine genaue Auswertung der letzten Jahre folgt bis Anfang 2007 (Vorstellung
zum Extremwetterkongress in Hamburg 2007).
Weltweit die meisten Hageltage verzeichnet man in den
Kericho-Nandi-Hills in Kenya (Afrika). Die meisten Hagelstürme die
groβen Hagel mit sich bringen, werden im Norden von Indien
beobachtet. Südlich und östlich der Hochplateus im Himalayagebiet,
von Indien über Bangladesh nach China, häufen sich ebenfalls
schwere Hagelunwetter.
In Australien ist die Region New-South-Wales zu nennen, und in
Nordamerika der mittlere Westen der USA.
Das sogenannte hail-alley in den USA betrifft nahezu das selbe
Gebiet wie das der tornado-alley. Besonders die Great Plains
zwischen Texas, Oklahoma und Kansas fördern durch die hohe Anzahl
an Superzellen sehr viele schwere Hagelunwetter. Hier findet man
auch das Maximum der groβkörnigen Hagelschlägen, während man in
den High Plains (u.a. wg. Höhenlage) zwischen den Bundesstaaten
Colorado, Kansas und Nebraska die meisten Hageltage vorfindet.
Auch hier spielt die orografische Lage (Rocky Mountains – Great
Plains) die entscheidende Rolle.
Folgend kann man daraus schlieβen, das die meisten Hagelgewitter
in voralpinen und bergigen Regionen auftreten, die meisten
groβkörnigen Hagelschläge (etwa durch Superzellen) sich jedoch auf
die voralpinen Täler und Ebenen konzentrieren. Hier liegt es wohl
unter anderem an den entsprechenden Windsystemen, die Superzellen
begünstigen.
Forschung
Es gibt schon seit Jahrszehnten unzählige Forschungsgebiete die
sich mit der Entstehung, Vorhersage und Abwehr von Hagel befassen.
Trotzdem wissen wir bis heute nur sehr wenig über die
hochkomplexen, mikropysikalischen Prozesse. Da wir auch in Zukunft
immer wieder mit verheerenden Hagelstürmen rechnen müssen, die
durch die stets wachsende Bevölkerungsdichte und ansteigende
Versicherungsdichte, einen immer gröβeren Schaden anrichten werden,
müssen wir auch weiterhin versuchen, die Vorhersage- und
Warnsysteme weiter zu verbessern und die Unwetterklimatologie
weiter und intensiver zu erforschen...
Ein vom Prinzip her einfaches Forschungsprojekt wird derzeit u.a.
vom NSSL (national severe storms laboratory) durchgeführt. SHAVE
2006 (severe hail verification experiment). Dieses dient zur
Verifikation des Radars und zur besseren Früherkennung von Hagel
am Radar (vg. Schulung im Warnmanagement). Mehr dazu Ende 2006.
Referenzen
u.a.:
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Münchner Rück Versicherung – Naturkatastrophen in Deutschland,
1999, 1970-1998
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Schwergewitter auf der Alpennordseite der Schweiz, F. Muriset,
2003
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K.Franzenz Universität
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Hail Growth Mechanisms in a Colorado Storm: Part II: Hail
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Reuter, Julian C. Brimelow, 2004
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HAILCAST, Brimelow, 2002
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Hail warning decision guidance, M.A Harrold, National Weather
Service, Norman, Oklahoma
Severe hail events in eastern Australia, D. F. Tucker, 2001
Forecasting severe weather, J. Haby
Alberta hail growth model, R. Jewell, J. Brimelow
Superzellen, J. Dahl, German Severe Weather
Hailstorms, TORRO
TorDACH, Dr. Nikolai Dotzek
Meteoschweiz
Deutscher Wetterdienst
ZAMG
National Severe Storms Laboratory
Storm Prediction Center
Hagelabwehr Stuttgart, Rainer Schopf
Author
Marco Kaschuba
Meteorologe
EMail: mk@marco-kaschuba.com
Web: www.Marco-Kaschuba.com
Copyright der Texte, Bilder und Grafiken, falls nicht anders
vermerkt, liegt bei Marco Kaschuba.
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