18.8.2020: Basler Split und Linksläufer-Superbabyzelle

Der Linksläufer im Abendlicht
Foto: Mike Tscharner

Am Abend des 18.8.2020 teilte sich eine Gewitterzelle, welche knapp südwestlich von Basel entstanden ist. Die eine Zelle wich dem mittleren Höhenwind nach rechts, die andere nach links aus. Der Rechtsläufer zerfiel nach 1 3/4 Std., der Linksläufer überlebte länger, ca. 2.5 Stunden. Dieses Verhalten ist unüblich, meistens ist es umgekehrt. Dies ist Grund genug, den Linksläufer genauer unter die Lupe zu nehmen. Der Zufall wollte es, dass die Zelle ziemlich nahe am Feldberg Radar vorbeizog. Damit kann mit Hilfe der Dopplerwindmessungen des Radars untersucht werden, ob der Aufwind der Zelle rotierte oder nicht. In unserem Vorgängerblog („Ausbruch von Superzellen?“) hatten wir darauf hingewiesen, dass die Umgebungsbedingungen für Rotation bei den Linksläufern in der Regel weniger günstig sind als bei Rechtsläufern.

Die folgende gif-Animation zeigt die Zellteilung und die unterschiedlichen Zugbahnen der beiden Split-Zellen zwischen 1810 und 21 Uhr. Die Wolkentops erreichten ca. eine Höhe von 10 km über Meer, und die Hagelcores (rote Säulen) stiegen auf maximal 6 km. Die Zellen entstanden in einer vom Nordatlantik stammenden, mässig instabilen Luftmasse auf der Rückseite eines abziehenden Höhentroges und erreichten nicht die Ausdehnung und Stärke von hochsommerlichen Gewittertürmen.

Radar-Animation des Basler Splits.

Wir untersuchen im folgenden den Linksläufer um 21 Uhr, der Zeitpunkt, zu welchem die Zelle im Süden des Feldberg Radars vorbeizog. Wir zeigen vier vergrösserte Radarbild-Ausschnitte: die Doppler-Geschwindigkeit auf 2.6 km Höhe über Meer (Elevation 2.5 Grad), ungefiltert und gefiltert, und die Radarreflektivität auf 2.6 km und 5 km Höhe über Meer.

Das untenstehende Bild der Doppler-Geschwindigkeit zeigt einen Vortex moderater Stärke. Im ungefilterten Bild (links) sind eine grössere Zahl von Fehlmessungen erkennbar. Diese sind kleinräumig und sehr variabel. Mit einem Median-Filter kann das Doppler-Bild in der Regel recht gut von Fehlmessungen gesäubert werden. Eine Beurteilung der Wirkung eines Filters von Auge ist aber immer empfehlenswert. In diesem Beispiel (Bild rechts) bleibt nach der Filterung genau ein offensichtlicher Fehlwert übrig. Dieser kann vernachlässigt werden, und der Doppler-Vortex wird bestätigt. Der Wirbel rotiert antizyklonal (also im Uhrzeigersinn), genauso wie es sich für einen Linksläufer gehört. Die Rotation ist in den Radarbildern mehrerer benachbarter Elevationen über einen Höhenbereich von 2.5 – 5 km über Meer nachweisbar. Allerdings ist die Wirbelstärke nicht besonders berauschend.

Die Doppler-Geschwindigkeit auf 2.6 km Höhe (Elevation 2.5 Grad), gemessen mit dem Feldberg Radar um 19:00 Uhr. Das Bild links ist ungefiltert, im Bild rechts wurde auf die Daten ein 3×3 Punkte Medianfilter angewendet. Grüne Farben bedeuten Bewegung aufs Radar zu, die braun-roten Farben weisen auf Bewegung vom Radar weg hin. Datenquelle: DWD Wetterradar Feldberg

In den folgenden Figur wird die Radarreflektivität auf 2.6 km (Elevation 2.5 Grad) und auf 5 km (Elevation 8 Grad) angezeigt. Im Bild links ist eine für Superzellen charakteristische Struktur erkennbar: ein Haken („Hook“), eine (durch den Haken begrenzte) Schwachechozone („weak echo region“ oder „WER“) und hohe Gradienten der Radarreflektivität auf der Nordseite der Zelle. Die Grenze der Schwachechozone ist mit einer schwarzen Linie markiert, diese Linie wurde in das auf 5 km Höhe aufgenommene Radarbild übertragen (rechts). In diesem Bild begrenzt diese Linie eine Zone mit markant höheren Radarreflektivitätswerten, man spricht deshalb von einem Überhang. Die „weak echo region“ markiert die Lage des Aufwindes: in diesem werden die Wolkenpartikel in die Höhe transportiert, bevor sie an Volumen zulegen und, im Überhang und seitlich angrenzend, allenfalls Hagelkorngrösse erreichen. In der Grafik links ist auch die Position des Dopplerwirbels eingetragen, wie er in der vorangehenden Figur identifiert worden ist. Man kann hieraus schliessen, dass der Aufwind rotiert, und zwar, wie schon beschrieben, antizyklonal, d.h. im Uhrzeigersinn. Mit der Rotation werden die Niederschlagsteilchen um das Aufwindzentrum herumgeführt, und es kommt zur Bildung des charakteristischen „Hook“-Echos.

Die Radarreflektivität auf 2.6 km Höhe (links) und auf 5 km Höhe (rechts). Typische Merkmale werden in weisser Schrift markiert, der/die geneigte Leser/in möge verzeihen, dass wir z.T. auf die im englischen Sprachgebrauch üblichen Begriffe zurückgreifen. Datenquelle: DWD-Wetterradar Feldberg.

Der Linksläufer kann also zum untersuchten Zeitpunkt (21 Uhr) als Superzelle klassiert werden. Die beschriebene Struktur kann in vier aufeinanderfolgenden Messzyklen (20:55 – 21:10) Uhr mehr oder weniger deutlich nachgewiesen werden. Vorher und nachher sind die Merkmale einer Superzelle weniger klar. Allerdings müssten die Messdaten durchgehend analysiert werden, um die effektive Dauer dieser superzellulären Phase zu bestimmen. Ab 21:15 Uhr schwächelte die Zelle zunehmend und verschwand eine halbe Stunde später aus dem Radarbild.

Die in den Radarbildern sichtbaren und beschriebenen Merkmale sind ein Spiegelbild der weitaus häufigeren rechtsziehenden Superzellen. Allerdings ist die Zelle markant kleiner als ihre grossen, ausgewachsenen Gegenspieler, welche typischerweise lange Schadenspuren durch Hagel, Sturm und schlimmstenfalls Tornados generieren. Man könnte in diesem Fall von einer Superbabyzelle oder, offizieller, von einer Mini-Superzelle sprechen. Der Vollständigkeit halber wird in der folgenden Figur ein stark vereinfachter Hodograf wiedergegeben (beruhend auf der Payerne-Sondierung vom 19.8.2020 00z), mit welchem die SREH 0-3 km abgeschätzt werden kann (vgl. hierzu unseren Vorgängerblog „Ausbruch von Superzellen“). Der gefundene Wert (37 m2/s2) ist wenig berauschend und liegt deutlich unter der Schwelle (100-150 m2/s2), ab welcher gemeinhin Superzellen erwartet werden. Es muss deshalb davon ausgegangen werden, dass die Windverhältnisse nur lokal die Entstehung der beobachteten Superzellenstruktur begünstigt haben. Dafür spricht auch die möglicherweise nur kurze Dauer der superzellulären Phase.

Vereinfachter Hodograph, beruhend auf der Payerne-Sondierung vom 19.8.2020 00Z und der berechneten Zugrichtung und Geschwindigkeit des Linksläufers.

Falls jedoch der Aufwind des Linksläufers vor 20:55 Uhr (noch) nicht rotierte, dann wäre die Zelle erst 1.5 Stunden nach ihrer Entstehung in eine Superzelle mutiert. Die Zellenbewegung blieb über die gesamte Lebensdauer etwa die gleiche. Es ist also möglich, dass der Aufwind eines Linksläufers manchmal rotiert, manchmal nicht, ohne dass dies aus der Zugbewegung direkt erkennbar wäre. Ein schlecht aufgelöstes Kompositbild hilft da wenig, erst mit Hilfe eines vollständigen Volumendatensatzes und mit qualitativ guten Doppler-Messungen gelingt es, den Status eines Linksläufers (Superzelle oder nicht) zuverlässig zu bestimmen. Diese Erkenntnis ist keineswegs neu und gilt auch für Rechtsläufer.

 

28.7.2020: Ausbruch von Superzellen?

Blick von Sellenbüren in Richtung SW auf eine der zahlreichen Superzellen des Tages

Nein, Superzellen haben nichts mit Superspreader zu tun, und noch viel weniger mit Superviren. Superzellen sind eine spezielle Klasse von Gewittern, nämlich solche, bei welchen der Aufwind rotiert. Dieser rotierende Aufwind wird auch als „Mesozyklone“ (oder „Mesoantizyklone“) bezeichnet, je nach dem Drehsinn der Rotation (im Gegenuhrzeigersinn bei den Mesozyklonen). Superzellengewitter sind gefürchtet, weil sie gerne von Hagel, Sturmböen, Sturzfluten und Tornados begleitet sind. In der Schweiz sind Superzellen in den letzten Jahren, mindestens nördlich der Alpen, seltener geworden. Das hängt mit der Stärke des Höhenjets im mäandrierenden Westwindgürtel der mittleren Breiten zusammen. Wird der Höhenjet schwächer (als Folge der Klimaerwärmung), dann werden die Scherzonen seltener, welche für den Aufbau von Rotation in der Aufwindzone von Gewitterzellen nötig sind.

Ganz im Gegensatz zum beschriebenen Trend der letzten Jahre war der Hochsommer 2020 bislang durch eine länger dauernde und nur schwach mäandrierende Westwindströmung geprägt. In dieser Strömung eingebettet sind in den letzten Wochen eine Serie von Kurzwellentrögen schleifend vorbeigezogen. Der Höhenjet des letzten Troges hat den Alpenraum am 28.7.2020 jedoch voll erfasst. Vom Boden bis in 3 km Höhe nahm die Windstärke um über 60 km/h zu. Dadurch entstand eine ideale Scherung für den Aufbau von rotierenden Aufwinden und von Superzellen. Ab dem Mittag bis weit in die Nacht bildeten sich vor allem in der Ostschweiz und den Alpen entlang eine Vielzahl von Gewitterzellen, welche rasch nordostwärts und ostwärts weiterzogen und vielerorts für heftige Hagelschläge sorgten. Der von Christian Matthys im Sturmforum bereitgestellte Radarloop vom 28.7.2020 (vielen Dank!) gibt einen guten Überblick über das Geschehen während der 14-stündigen Gewitterperiode.

Aber waren die zahlreichen Gewitterzellen dieses Tages auch Superzellen?
Über diese Frage wurde im Sturmforum bereits ausgiebig diskutiert. Vortex-Signaturen von Dopplerwindmessungen in mittleren Höhen (typischerweise 5 km) könnten die Existenz von Mesozyklonen belegen. Solche Daten sind leider nicht verfügbar, der Feldberg-Radar als mögliche Datenquelle ist zu weit weg. Aus diesem Grund behelfen wir uns mit einer Analyse des Umgebungswindes. Für diese stark vereinfachte Betrachtung nutzen wir die Erfahrung, dass die Geschwindigkeit von Gewitterzellen etwa der Windgeschwindigkeit in 3 km Höhe (700 hPa) entspricht. In niedrigen Höhen ist die Windstärke in der Regel geringer, also kriegt die Gewitterzelle ihr „Futter“ (= energiereiche Bodenluft) aus einer Schicht vom Boden bis ca. 3 km Höhe. Rotiert die einfliessende bodennahe Luftschicht (der Fachmann spricht von „streamwise Vorticity“), dann wird die Rotationsachse von der Horizontalen in die Vertikale gekippt, und die einfliessende Luft wird als Mesozyklone (= rotierender Aufwind) zum Zentrum der Gewitterzelle.

Werte von über 150 m2s-2 der sog. „storm-relative“ Helicity (auch „SREH“ genannt) sind ein guter Indikator für Mesozyklonen. Diese Grösse kann aus dem Vertikalprofil (0 – 3 km Höhe) des Horizontalwindes und dem Bewegungsvektor der Gewitterzellen ermittelt werden. Das entscheidende Hilfsmittel hierzu ist der Hodograph: eine Darstellung, in welcher die Vektorspitzen der Windvektoren und des Bewegungsvektors der Gewitterzelle mit einer Linie verbunden werden. Die dabei umschlossene Fläche, multipliziert mit dem Faktor 2, ergibt dann die SREH.

Wir haben die Zugrichtung und die Zuggeschwindigkeit von neun besonders langlebigen (> 60 min) Gewitterzellen ausgewertet. Die Zugbahnen sind in der folgenden Abbildung eingetragen. Es zeigt sich ein für solche Wetterlagen typisches bimodales Muster der Bewegungsrichtung. Dementsprechend können die neun Zellen in 5 „Rechtsläufer“ („right mover“) und 4 „Linksläufer“ („left mover“) aufgeteilt werden.

Die Zugbanen von 9 besonders langlebigen Gewitterzellen, 5 „right mover“ (rot) und 4 „left mover“ (gelb).

Und dies sind die Mittelwerte der Bewegungsvektoren (Azimuth 0 Grad bedeutet Bewegung in nördliche Richtung, 90 Grad in östliche Richtung usf.):

Right mover (Mittelwerte von 5 Zellen)
Azimuth/Geschwindigkeit:  95 Grad/56 km/h

Left mover (Mittelwerte von 4 Zellen)
Azimuth/Geschwindigkeit:  63 Grad/64 km/h

Zur Charakterisierung des Umgebungswindes in der freien Atmosphäre verwenden wir die Radiosondierungen von Payerne, wohl wissend, dass eine detaillierte Analyse der lokalen Windverhältnisse den Rahmen dieses Blogbeitrages bei weitem sprengen würde. Der Einfachheit halber werten wir nur die Höhenlevel Boden, 700 hPa und 500 hPa aus. Für eine umfassende grafische Darstellung der Sondierungsdaten (inkl. Hodographen) verweisen wir auf die Auswertungen von Bernhard Oker.

Die folgenden Diagramme zeigen die Wind-Hodographen (blaue Linie) der Payerne-Sondierungen vom Mittag des 28.7. und der kommenden Nacht. Die mittleren Bewegungsvektoren der Gewitterzellen sind mit blauen Kreuzen markiert. Die Berechnung der SREH führt zu einem klaren Resultat:
nur die Rechtsläufer haben „superzellenfördernde“ Werte der SREH von über 150 m2s-2.

Entscheidend für die Umsetzung einer hohen Windscherung in eine hohe SREH ist eine erhebliche Abweichung der Bewegungsrichtung einer Gewitterzelle von der Windrichtung in 700 hPa.

Dies ist eine einfache Regel, welche rasch und unkompliziert geprüft werden kann, sobald die Bewegungsrichtung einer Gewitterzelle klar erkennbar ist. Zusammengefasst bedeutet dies, dass am 28.7.2020 nur die Rechtsläufer mit guter Gewissheit als Superzellen angesehen werden können.

Wind-Hodograph des Payerne-Sondierungen vom 28.7.2020 12z und 29.7.2020 00z. Zusätzlich sind die gemittelten Bewegungsvektoren der right-mover und left-mover eingetragen. Aus den farbigen Flächen wurde die SREH berechnet. Die SREH der right-mover entspricht selbstversändlich der roten + der orangenen Fläche.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bei den Linksläufern ist zumindest ein Fragezeichen zu setzen. Beim Betrachten der Zugbahnen der 9 untersuchten Gewitterzellen (siehe oben) fällt auf, dass die Linksläufer bis auf eine Ausnahme entlang der Voralpen entstanden sind. Es wäre denkbar, dass die Payerne-Sondierung die Windverhältnisse in den Voralpen nicht realistisch wiedergibt, dass, zum Beispiel, der Wind in 700 hPa mehr aus nördlicher Richtung in die Zellen einfliesst und die SREH höher ist als berechnet. Die Windmessung auf dem Titlis (3100müM) spricht eher dagegen. Bis ca. 16 Uhr stimmt die Windrichtung gut mit der Payerne-Sondierung überein. Danach dreht zwar der Wind stufenweise etwas mehr in westliche Richtung, aber der Titlis war nach 16 Uhr voll im Einfluss durchziehender Gewitterzellen. Die Winddrehung könnte sich outflowbedingt geändert haben, zudem kann das Gelände die Windmessung beeinflussen.

In einer Studie  von Houze et al. (1993) wurden die Linksläufer im Alpenraum im Detail untersucht. Dabei wurde die folgende Schlussfolgerung gezogen:

„However, the left-moving members of the splits are not similar to … . They are not ordinary cells, nor are they classic supercells, but rather of some intermediary structure.“

Ob Superzelle oder nicht – Fact ist, dass die Linksläufer am 28.7.2020 den Rechtsläufern betr. Stärke und Lebensdauer ebenbürtig waren. Auch grosser Hagel konnte den Linksläufern zugeordnet werden. Linksläufer können also genauso gefährlich sein wie die Rechtsläufer, welche hierzulande in der Regel die grössten Alphatiere im Haifischbecken der Gewitterzellen hervorbringen. Die Frage ob Superzelle oder nicht ist, im Hinblick auf Hagel, Starkniederschlag oder Sturmböen, eher von untergeordneter Bedeutung. Dies gilt aber nicht im Hinblick auf das Tornadorisiko. Hohe Werte der SREH weisen auf ein erhebliches Tornadorisiko hin, und dieses Risiko scheint den Rechtsläufern vorbehalten. In der Tat können nordhemisphärenweit nur sehr wenige Tornadoereignisse den Linksläufern zugeordnet werden.

Zurück zur Titel: dieser sollte korrekterweise in „Ausbruch von rechtsziehenden Superzellen“ abgeändert werden.

 

 

 

 

 

Gewitterrückblick 01.07.2020

Eine sehr dankbare Zeit für die Blitzfotographie ist die Abenddämmerung. Dieser Schnappschuss gelang von Sellenbüren Richtung Süden, kurz bevor es komplett dunkel wurde.

Wir möchten Fabienne’s Gewittervorschau vermehrt mit einem Gewitterrückblick ergänzen. Der erste Tag des zweiten Sommermonats war ein sehr ausgiebiger Gewittertag. Auf der Vorderseite eines flachen Gewittertroges war es eher schwachwindig. Trotzdem gab es einige gut organisierte Gewittersysteme, welche da und dort auch mittelgrossen Hagel im Gepäck hatten. Die Orographie war einmal mehr prägend für die Gewitterentwicklung. Dank klarer Luft war die Beobachtung der Gewitter für Sturmjäger und weitere Interessierte ein Genuss. Die Resultate, zahlreiche Fotos und auch Videos werden jeweils im Sturmforum (sturmforum.ch) publiziert.

Die Regensummenkarten (meteoradar.ch/regenkarten) zeigen exemplarisch die für instabile Sommertage charakteristische Gewitterentwicklung: zuerst im Jura, gefolgt von den Voralpen und schliesslich am Abend im Mittelland. Aufgrund dieser Karten können auch gleich drei massgebende Gewitterzüge identifiziert werden:

– im Jura (13 – 16 Uhr) von Tavannes bis Breitenbach
– in den Voralpen (16 – 19 Uhr) vom Entlebuch zum oberen Zürichsee
– im Mittelland (19 – 02 Uhr) von Fribourg zum oberen Zürichsee

Die Regensumme überschritt vielerorts 20 mm in kurzer Zeit, vereinzelt gab es auch mehr als 40 mm. Das Maximum des SMN Messnetzes der Meteoschweiz wurde mit 40 mm in Engelberg registriert. Das sind keineswegs ungewöhnliche Werte für Sommergewitter, grössere Schäden durch Überflutungen sind unseres Wissens zum Glück weitgehend ausgeblieben. Etwas weniger günstig dürfte die Bilanz bei den Hagelschäden aussehen. Das Voralpengewitter (16 – 19 Uhr) war für die stärksten Hagelsignaturen des Tages verantwortlich. Dabei waren 3 Zentren auszumachen: etwa bei Büren (Nidwalden), Sattel (Schwyz) und Schmerikon (St. Gallen). Aus diesen Gegenden liegen Hagelmeldungen mit Korndurchmesser im Bereich von 2-4 cm vor. Das entspricht etwa den Schätzwerten aufgrund der Radarmessdaten. Es ist zur Zeit offen, ob dieses linkssziehende Voralpengewitter Merkmale einer Superzelle aufwies. Hierzu müssten Dopplerwinddaten nachgeprüft werden. Abgesehen von diesem Gewitter gab es kaum Hinweise auf Superzellen an diesem Tag.

Regensummenkarte 3 Std., 1.7.2020, 13 – 16 UhrRegensummenkarte 3 Std., 1.7.2020, 16 – 19 Uhr Regensummenkarte 3 Std., 1.7.2020 19 Uhr – 2.7.2020 2 UhrRegensummenkarte 24 Std., 1.7.2020 0730 Uhr – 2.7.2020 0730 UhrDie Panorama-Webcam in Sellenbüren gibt, dank der Ausrichtung nach SW, einen umfassenden Überblick über das Geschehen am Himmel vom Jura bis zu den Alpen. Der folgende Ausschnitt aus dem Tageszeitraffer zeigt exemplarisch die Entwicklung der drei aufgelisteten Gewitterzüge über dem Jura, den Voralpen und dem Mittelland. Beeindruckend vor allem, wie sich das Geschehen am Himmel nach dem Abzug der Voralpengewitter scheinbar beruhigt und der blaue Himmel wieder dominiert. Dann plötzlich, wie aus der Feder geschossen, steigen ganz rechts im Bild die ersten Hungertürmchen hoch. Die folgende Entwicklung ist dann nicht mehr aufzuhalten. Leider wird der Fluss des Zeitrafferfilms durch kurze UPC-bedingte Netzausfälle etwas gestört. Das Flackern am Filmende hat nichts mit Blitzen zu tun, sondern vielmehr mit dem mehrmaligen Versuch der Kamera, vom Tages- auf den Nachtmodus umzuschalten.

Zum Schluss der Radarfim des Tages, in welchem die Gewitterentwicklung für Interessierte im 5-Minuten Schritten aufgezeichnet ist. Die Tagesfilme sind für die User des kostengünstigen 3D-Radars von meteoradar für alle Tage der vergangenen 9 Monate verfügbar.

Zoomradar 2020

Vollbild-Anzeige des neuen Zoomradar 2020 bei einem starken Gewitter über dem Bodensee

Der neue Zoomradar 2020 ist online. Damit steigt die beliebte simultane Darstellung von Radarbildern, Blitzentladungen, Bodendaten, Höhenprofilen und Webcambildern ein in die Welt der (fast) unlimitiert zoombaren Karten im Stil der Google Maps und Derivate. Entstanden ist ein einzigartiges, äusserst flexibles Tool zur Beurteilung des aktuellen Wetters und dessen kurzfristige Entwicklung. Gleich zwei Webseiten von meteoradar werden mit der neuen Zoom-Darstellung ausgestattet:

metradar.ch
meteoradar.ch

Nur über metradar.ch kann, mit einem Abo Zoomradar Pro, die volle Funktionalität des neuen Produktes für die aktuelle Wetterbeurteilung genutzt werden. Diese kann jedoch in einer Demo getestet werden:

metradar.ch/2020_demo


Highlights des neuen Zoomradar 2020

Grosser Zoombereich, Zoomfaktor 1000

Karten-Hintergrund in Graustufen, unscharfe Niederschlagsechos

Stark durchschimmernder Karten-Hintergrund

Scharfe Niederschlagsechos

Farbiger Karten-Hintergrund

Anzeige der Blitzdaten bei starkem Zoomen

Anzeige nur Blitze und Gebiete mit Blitzschlagrisiko kommende Stunde

Anzeige Profildaten Temperatur/Taupunkt, Schneefallgrenze etc.

Anzeige Bodendaten mit Diagramm Verlauf letzte 24 Std, Auflösung 10 min

Anzeige aktuelle Wetter-Webcambilder

Anzeige Lokalprognose Wiewirds bis 2 Std.

News von meteoradar

Stahlblauer Himmel

Stahlblauer Himmel gestern über Sellenbüren. Die Corona-Krise verbessert nachhaltig die Luftqualität.
Aufnahme der Webcam Sellenbüren

An dieser Stelle erschienen auch schon datumsgerechte Fake-News. Uns ist momentan nicht zum Scherzen zumute. Aber wir nutzen den Corona-geprägten Quartalsbeginn für einen Statusbericht von meteoradar. Wir versichern: in diesen Infoblog ist kein Aprilscherz eingebettet!

Für die User unseres Donnerradars haben wir gute Neuigkeiten. In einigen Wochen werden wir eine neue, komplett überarbeitete Version des Zoomradar Pro online stellen. Freuen Sie sich auf die neue dynamische interaktive Zoomdarstellung im Stil der Google Maps und Derivate, und auf die geballte Ladung an Informationen zum aktuellen Wetter. Mehr möchten wir an dieser Stelle nicht verraten. Alle Abonnenten des Zoomradars Pro haben ab sofort die Möglichkeit, die Beta Version ausgiebig zu testen. Mailen Sie an support@meteoradar.ch, falls Sie von dieser Möglichkeit Gebrauch machen wollen. Wir versichern nochmals: dies ist kein Aprilscherz!

Neuer Zoomradar Pro

Darstellung des neuen Zoomradar Pro bei Blitz und Donner

Im Übrigen ist die Geschäftstätigkeit von meteoradar durch die Corona-Krise stark behindert. Die Zugriffsraten auf die Webseiten von meteoradar sind im März eingebrochen. Der Vergleich mit den Zahlen der Vormonate und Vorjahre belegt, dass dieser Rückgang nur mit einem einmaligen, bisher nie dagewesenen Ereignis erklärt werden kann. Die Aktivitäten im Freien wurden auf ein Minimum beschränkt. Damit sinkt auch der Bedarf an kurzfristigen Wetterinformationen, um im Freien vor witterungsbedingten Überraschungen gefeit zu sein. Für unser Sommergeschäft verheisst das nichts Gutes. Viele Veranstaltungen sind abgesagt oder verschoben. Aufenthalte im Freien werden zunehmend uncool. Jeder Jogger, Biker oder Töfffahrer muss damit rechnen, als Virenschleuder verunglimpft und beschimpft zu werden, ob zu recht oder nicht, sei dahingestellt. Wer weiss, vielleicht kommt auch noch die Quarantäne für alle, dann können wir das Witterungsgeschehen noch durchs Fenster oder vom Balkon bewundern.

Selbstverständlich wird es auch diesen Sommer Gewitter, Hagel, Sturm und Überflutungen geben. Auch indoor ist ein Schutz vor diesen Ereignissen nicht immer gegeben. Aus diesem Grund werden wir unser Angebot weiterführen und die zu erwartenden Einnahmenausfälle in Kauf nehmen. Es gibt ja nicht nur die monetäre Seite unserer Dienstleistungen. Vielleicht können wir mit unserem breiten Angebot auch weiterhin das Interesse wecken an den unendlich zahlreichen Facetten unserer Witterung, seien dies wunderschön blaue Himmelsfarben, sternenklare Nächte, an Ort schwebende Wolkenfische, die geballte Energie von sich auftürmenden Gewitterwolken, oder die unheimliche Kraft von Blitz, Donner, Hagelschlossen.

Mit unseren Partnerfirmen Meteotest AG und fotometeo Muriset leben wir die Praxis einer harmonischen und für beide Seiten profitablen Kooperation. Die formellen Übernahmeverhandlungen von meteoradar durch Meteotest haben wir vorübergehend ausgesetzt. Wir konzentrieren uns auf die Sicherstellung unserer Dienste, und auf die Pflege und Weiterentwicklung unserer Produkte. Für letzteres bleibt viel Zeit übrig – vielleicht auch ein positiver Aspekt der Gegenwart, siehe oben…

Die Sache mit den Dezibel

Idealisierte Schallwelle. Der Schalldruck ist die Druckdifferenz zum Luftdruck und wird, wie der Luftdruck, in Pascal angegeben.

Anlass dieses Beitrages ist ein Artikel in der heutigen Ausgabe der NZZ unter dem Titel „Wie viel leiser ist Tempo 30 wirklich“. Der Baudirektor des Kantons Zürich, Martin Neukomm, äusserte sich, dass der Lärm durch die Temporeduktion von 50 auf 30 km/h halbiert wird. Wie üblich, wird er für diese Aussage kritisiert. So sei der Rückgang „lediglich“ 19 Prozent. Bundesämter gehen von einer Reduktion des sog. Schalldruckpegels um 2 bis 4.5 Dezibel aus. Damit der wahrgenommene Lärm halbiert werde, brauche es aber eine Reduktion um 10 Dezibel. Diese Zahlen sind einigermassen verwirrend. Wie steht es nun wirklich um die Dezibel und die effektive „Lärm-Reduktion“?

Die Dezibel spielen auch in der Radarmeteorologie eine grosse Rolle. Da ist die sog. Radarreflektivität, auch als „Z“ bezeichnet, eine fundamentale Grösse. Diese ist ein Mass für die Niederschlagsstärke, wenn auch kein besonders gutes, und wird in (mm6/m3) angegeben. Es ist eine Grösse, welche typischerweise zwischen 0.001 und 100 Millionen (mm6/m3) variieren kann. Zumindest sind die heutigen Radarmessgeräte in der Lage, etwa diesen Messbereich, 11 Grössenordnungen, abzudecken. Eine respektable Leistung der Radartechnik.

Das menschliche Hirn ist jedoch mit diesen elf Grössenordnungen ziemlich überfordert. Aus diesem Grund berechnet man den Zehnerlogarithmus von Z und definiert die Einheit „Dezibel“ oder „dBZ“ wie folgt:

dBZ = 10*log10(Z)

Der oben angegebene Wertebereich variiert dann zwischen -30 und 80 dBZ. Durch das Logarithmieren werden Quotienten zu Differenzen. Eine Differenz von zwei dBZ-Werten wird in dB (ohne das Z) wiedergegeben. Eine Differenz von 10 dB entspricht einem Faktor 10 Unterschied zweier Z-Werte. Und eine Differenz von 3 dB entspricht ziemlich genau einem Faktor 2 Unterschied zweier Z-Werte.

Beispiel:
Z1 = 10’000 mm6/m3 = 40 dBZ
Z2 = 1’000 mm6/m3 =30 dBZ
Z1/Z2 = 10 = 40 dBZ – 30 dBZ = 10 dB

Und nun zur Akustik. Da ist es ähnlich aber nicht genau gleich. Das physikalische Mass für die Lautstärke ist der sog. Schalldruck oder Schalldruckpegel. Dieser kann, wie der Luftdruck, als p bezeichnet werden und wird in Pascal angegeben. Wie die oben rechts wiedergegebene Abbildung zeigt, kann der Schalldruck als Abweichung vom Luftdruck durch eine Schallwelle definiert werden. Der Schalldruck umfasst typischerweise eine Spannweite von mindestens 15 (!) Grössenordnungen. Dies ist jedenfalls der Bereich, den das menschliche Ohr erfassen kann, bevor das Trommelfell reisst. Wenn man also das klobige Radargerät als eine respektable Errungenschaft der Technik bezeichnet, dann ist das Ohr ein Wunder der Natur. Dies sei nur so nebenbei festgehalten.

Aufgrund der riesigen Spannweite des Schalldrucks hat sich ebenfalls die logarithmische Einheit „Dezibel“ eingebürgert. Eigentlich müsste man, in Analogie zu dBZ, die Einheit dBp einführen. Diese Konvention hat sich jedoch nicht durchgesetzt. Man verwendet die Einheit dB sowohl für den logarithmischen Masstab des Schalldrucks als auch für den Logarithmus des Quotienten zweier Werte des Schalldrucks. Aber aufgepasst, die Definition der akustischen Einheit dB (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Schalldruckpegel) ist nicht die gleiche wie diejenige der radarmeteorologischen Einheit dBZ:

dB = 20*log10(p*50000)

Eine Abnahme um 3 dB des Schalldrucks bedeutet nun nicht mehr eine Reduktion um 50% (wie im Falle der Radarreflektivität), sondern lediglich eine solche um ca. 30%. Und 10 dB Abnahme bedeutet eine Reduktion um ca. 70%. Das rechnet sich sehr schnell, wenn man in der angegebenen Gleichung für p die Werte 1, 0.7 und 0.3 (Pascal) einsetzt:

20*log10(50000) = 93.98 dB
20*log10(35000) = 90.88 dB
20*log10(15000) = 83.52 dB

Soweit so gut. Die entscheidende Frage ist jedoch, wie der wahrgenommene Lärm vom Schalldruck abhängig ist. Diese Relation ist nichtlinear und frequenzabhängig, siehe hierzu ebenfalls den oben zitierten Artikel von Wikipedia. Die Frage nach der Lärmreduktion durch Geschwindigkeits-Beschränkungen wird so sehr schnell eine nicht-triviale Angelegenheit. Man tut also gut daran, die Botschaften der Politiker zu diesem Thema sehr kritisch zu hinterfragen.

 

Neuerungen 2020 Donnerradar

Bodenstationsdaten Delémont

Die 10-minütigen Bodenmessdaten der Station Delémont im Zoomradar. Der Verlauf der Bodentemperatur (grüne Kurve) zeigt eindrücklich die Bildung von Bodennebel frühmorgens um 02.30 Uhr.

Wir wünschen allen ein glückliches Neues Jahr.

Mit dem Jahreswechsel gibt es zwei spannende Neuerungen:

  • Im Zoomradar sind ab sofort Diagramme der Bodenmessdaten eingebettet. Die letzten 24 Stunden der verfügbaren Messreihen werden in voller 10-minütiger Auflösung wiedergegeben.
  • Mit dem Jahreswechsel erhalten wir die Blitzmessdaten von einem neuen Anbieter. Die Höhe der Wolkenblitze ist nicht mehr verfügbar, hingegen wird weiterhin zwischen Boden- und Wolkenblitzen unterschieden.

Details zu den Bodenmessdaten
Die 12 verfügbaren Messparameter werden in vier Diagrammen zusammgefasst:
Diagramm „TEMP“: Temperatur 2m, Temperatur 5cm, Taupunkt (alle in Grad C.) und Feuchte (%).
Diagramm „WIND“: Böenspitze (km/h), Windstärke (km/h), Windrichtung
Diagramm „RELD“: Niederschlag (mm/10 min), Niederschlag aufsummiert (mm), Luftdruck (hPa, reduziert auf Meereshöhe)
Diagramm „GSSD“: Globalstrahlung (Watt/m2), Sonnenscheindauer (min)

Um die Diagramme zu sehen, muss im Zoomradar rechts unten der Button „Boden an“ betätigt werden. Mit dem links angrenzenden Button kann ein Messparameter ausgewählt werden, danach wird beim Überfahren der Stationsfelder in der Karte das passende Diagramm angezeigt.

In der Grafik oben rechts (aufs Bild klicken, um die vergrösserte Version zu sehen) ist als Beispiel das Temperatur/Feuchte-Diagramm der Neujahrsnacht in Delémont eingefügt. Diese Station misst auch die Temperatur auf 5 cm Höhe (grüne Kurve, auch „Grastemperatur“ genannt). Bei klaren Nächten kühlt der Boden infolge Abstrahlung aus, am Boden ist es dann ca. vier Grad kälter als in 2m Höhe. Dies ändert sich bei Bildung von Bodennebel, welche in diesem Beispiel ca. frühmorgens um 02.30 Uhr einsetzt. Die Abstrahlung wird unterbunden, und die Grastemperatur wird auf das Niveau der 2m Temperatur angehoben. Der Effekt wäre auch bei Aufkommen von höher gelegenen Wolkenschichten ähnlich. Somit ist die Grastemperatur, resp. die Differenz zur Temperatur in 2m Höhe, während der Nacht ein indirekter Hinweis auf das Vorhandensein von Wolken oder Nebel. Leider ist die Grastemperatur nicht an allen Messstationen verfügbar.

Details zu den neuen Blitzmessdaten
Wir werden später noch ausführlicher auf unseren neuen Anbieter der Blitzdaten zurückkommen. Der Anbieterwechsel bedeutet den Verzicht auf die Messhöhe der Wolkenblitze. Hingegen kann weiterhin zwischen Boden- und Wolkenblitzen unterschieden werden. Alle anderen Messparameter bleiben gleich. Wir haben vor ca. einem Jahr unsere Kunden angefragt, ob die Messhöhe der Wolkenblitze für sie eine relevante Information ist oder nicht. Die Reaktionen waren einhellig: die Messhöhe der Wolkenblitze wird zwar als hübsche, nicht aber wirklich aussagekräftige Zusatzinformation wahrgenommen. Dies entspricht unserer eigener Erfahrung. Entscheidend z.B. für Warnzwecke ist die Zahl der Wolkenblitze. Eine grosse Häufung von Wolkenblitzen kann auf die baldige Intensivierung einer Gewitterzelle hinweisen. Die zeitliche Entwicklung einer solchen Zelle ist aber im 3D-Radarprofil ebensogut, wenn nicht besser als im Profil der Wolkenblitze zu erkennen. Zudem sind Zweifel an der Präzision der registrierten Messhöhe eines Wolkenblitzes angebracht. Aufgrund dieser Überlegungen werden in Zukunft die Wolkenblitze in den Seitenrissen des 3D-Radars auf einer fixen Höhe, 8 km, wiedergegeben. Dadurch wird das Radarprofil nicht mehr wie bis anhin durch die Blitzwolke überdeckt, bleibt also, auch bei sehr blitzaktiven Gewittern, gut sicht- und interpretierbar.

Der Zoomradar/3D-Radar ist kostenpflichtig und kann in mehreren Versionen bezogen werden
(als Einzelprodukt, Kombiprodukt, mit oder ohne Archivzugang).
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Sturmvorschau 13.-17.12.2019

Zugegeben: Es gab schon heftigere Stürme als das, was uns in den nächsten Tagen bevorsteht. Da aber verschiedene Kanäle bereits vor einigen Tagen einen ganz grossen Sturm angekündigt hatten und die Wetterlage an sich sehr interessant ist, melden wir uns an dieser Stelle mal wieder mit einigen Details. Inzwischen ist sie ja schon fast zu einer Singularität geworden, diese sehr windige und milde Westwindphase Mitte Dezember nach den ersten frostigen Tagen zu Monatsbeginn, wenngleich diese heuer etwas gar lusch ausgefallen sind. Aber daran müssen wir uns wohl gewöhnen, dass der Dezember immer mehr vom Winter- zum Herbstmonat wird. Oder gar Frühlingsmonat? Zumindest die Aussichten könnten dazu verführen, in diese Richtung zu denken. Wer in diesen Tagen aufmerksamen Auges durch die Natur streift, wird die ersten blühbereiten Haselsträucher und das eine oder andere vorwitzige Weidekätzchen erspähen können.

Der Blick auf die Titelkarte, die sich mit einem Klick vergrössern lässt, zeigt die Verteilung der Windströmungen in rund 5500 m Höhe über dem Atlantik und Europa. Eine sehr gesunde Westwindströmung über dem Atlantik stösst sich die Hörner an einem blockierenden Hoch über Osteuropa ab. Am Samstag wird die Westströmung über den Alpen in zwei Teile zerrissen: Ein Teil zweigt scharf nach Norden ab (winkelförmige Westlage), der andere Teil wird nach Südosten umgelenkt und erzeugt über dem Mittelmeer ein Cut-Off-Tief. Bereits hier ist zu erkennen, dass es auf dem Nordatlantik ebenfalls auszutrogen beginnt: Der Jetstream beginnt zu schlingern, bricht als Trog vor den Westküsten Europas zu Wochenbeginn tief nach Süden aus und kommt in der Folge als Südströmung über den Alpen zurück – die nächste Südföhnlage ist geboren.

Nur der Vollständigkeit halber soll hier erwähnt werden, dass eine Föhnphase jetzt in der Nacht auf Freitag beginnt und am Freitagvormittag den ersten Höhepunkt erreicht, dabei werden wohl in den klassischen Föhntälern Böen um 100 km/h, vereinzelt vielleicht auch etwas höher, erreicht. Das ist wahrlich nichts, was die föhnerprobten Urner und Rheintaler aus der Ruhe bringt, da hatten wir in den letzten Wochen schon ganz andere Kaliber.

Bereits am Freitagnachmittag dreht der Höhenwind auf West bis Nordwest und es setzt eine kurze Nordföhnphase im Tessin ein, während die ersten stürmischen Böen ins Flachland der Alpennordseite durchgreifen. Zu dieser Zeit befindet sich auch die kälteste Höhenluft über der Schweiz, mit -32 Grad in 500 hPa und -3 Grad in 850 hPa würde es nicht erstaunen, wenn nebst kräftigen Schneeregen- und Graupelschauern auch mal Blitz und Donner mit von der Partie sind. Die Isobarendrängung nimmt in der Nacht auf Samstag noch weiter zu, sodass der Wind weiter zulegt und am Samstagmorgen in den Höhepunkt der Sturmphase münden wird:

Die exakte Anströmung aus West sowie die immer noch vorhandene Labilität durch die Höhenkaltluft lässt besonders am Hochrhein gute Durchmischung und Kanalisierung erwarten, Böen um 100 km/h sind also hier auch in den tiefsten Lagen möglich, während es in ebendiesen im Mittelland wohl bei etwa 80-90 km/h bleiben wird. Auf den Jura- und Voralpengipfeln ist von Samstagmorgen bis Samstagabend mit Spitzen von ungefähr 150 km/h aus ziemlich genau Richtung West zu rechnen. Somit darf man diesen Sturm in die Kategorie „kommt alle Jahre 2-3 mal vor“ einordnen.

Bereits Samstagmittag zieht aus Westen deutlich wärmere Luft auf, der Warmfrontregen stabilisiert und somit nimmt auch die Böigkeit in den tiefen Lagen ab, es bleibt aber nach wie vor sehr windig. Am Samstagabend dreht der Wind auf Südwest und die Schneefallgrenze steigt  von Westen her auf 1500-1800 Meter, während es in den östlichen Alpentälern gleichzeitig noch bis in die Täler schneien kann.

Im Lauf des Sonntags wird die Kaltluft auch in den östlichen Alpentälern ausgeräumt, denn es kommt wieder Südföhn auf. Die aktive Wetterfront wird nach Norden abgedrängt, sodass es nur noch in der Nordwestschweiz gelegentlich leicht regnet. Je mehr man sich den Alpen nähert, umso häufiger kommt man in den Genuss von sonnigen Phasen. Der Südwestwind bläst im Mittelland weiterhin zügig, stürmisch ist es allerdings nur noch in erhöhten Lagen. Und die Temperaturen? Ja, die werden vielerorts bereits wieder zweistellig…

Der Montag zeigt sich von der eher ruhigen Seite. Der Wind lässt deutlich nach, sodass es in den Niederungen etwas kühler wird. Wahrscheinlich wird es aber so viel hohe Bewölkung haben, dass die Grundschicht nicht völlig auskühlt, die Nächte auf Montag und Dienstag also weitgehend frostfrei bleiben. Etwas Nebel dürfte sich im Mittelland wohl bilden, sich aber im Tagesverlauf jeweils auflösen. In der Nacht auf Dienstag legt dann der Föhn wieder richtig los:

Dabei wird eine Luftmasse herbeigeführt, die wir im Sommer gerade als angenehm empfinden würden, die Nullgradgrenze steigt auf über 3000 Meter an. Die Höchstwerte am Dienstag dürften in den klassischen Föhntälern bei etwa 18 Grad liegen. Dabei werden erneut Böen um die 100 km/h erreicht, an den exponierten Stellen wohl etwas darüber. Diese Föhnphase soll je nach Modell bis gegen Ende der Woche anhalten, sich aufgrund einer antizyklonaleren Konstellation aber etwas abschwächen. Deutlich zu warm für die Jahreszeit bleibt es aber wohl noch länger, hier Niederschlagswahrscheinlichkeit und Nullgradgrenze in den Ensembles des amerikanischen Modells:

Das mit dem Beschneien der Skipisten fürs Weihnachtsgeschäft dürfte also etwas schwierig werden, aber wie die Unsicherheit hinten raus zeigt, ist exakt zu Weihnachten durchaus noch eine Überraschung möglich – allein, mir fehlt der Glaube.

Der Downburst über Birsfelden am 26.7.2019

Webcambild St. Chrischona

Niederschlagsvorhang der Gewitterzelle über Wyhlen, Aufnahme um ca. 20.20 Uhr der Webcam auf dem St. Chrischona, Blick Richtung Süden. Quelle: Swisscom.

Am Abend des 26.7.2019 führten Sturmböen eines starken Gewitters zu erheblichen Schäden in Birsfelden, Muttenz und Münchenstein. Bei der lokalen Polizei wurden knapp 200 Schadenmeldungen registriert. Der grösste Einzelschaden entstand durch das Kippen eines Hafenkrans in Birsfelden. Eine Dokumentation mit Bildern des Schadenereignisses findet sich im Schweizer Sturmarchiv. In diesem Beitrag wird mit Hilfe der Radarbilder und Bodenwindmessungen die Gewitterentwicklung beschrieben, welche schliesslich zur Bildung eines Downbursts führte. Dieser entstand gegen 21 Uhr über Riehen und entlud sich südwärts in Richtung der drei betroffenen Gemeinden. Die Radarsignatur des Downbursts passt sehr gut zu den Windmessungen im Bereich und der nahen Umgebung des Downbursts.

Infos zu Downbursts
Der 26.7.2019 war einer der heissesten Tage des vergangenen Sommers. Die Temperaturen stiegen da und dort nochmals auf über 35 Grad. Eine Tiefdruckrinne im Westen steuerte aber zunehmend feuchte Luftmassen Richtung Zentraleuropa. Dadurch erhöhte sich die Gewitterneigung deutlich. Im Wetterblog von Fabienne Muriset wurde auf ein hohes Sturmpotenzial durch lokale Downbursts hingewiesen. Entscheidend für die Entwicklung von Downbursts sind Einschübe von trockenen Luftmassen in Gewitterwolken. Durch die Verdampfung des Niederschlages, resp. das Schmelzen von Hagelkörnern wird der Luft Wärme entzogen, die Luft wird schwerer und beginnt mit dem Niederschlag Richtung Boden zu fallen. Der Luftstrom kann senkrecht oder schräg gerichtet sein. Am Boden kommt es zu einer Umlenkung, und die Luft breitet sich fächerförmig aus. Je nach Stärke des Luftstromes können dann am Boden lokale, teils schwere Sturmböen auftreten.

Im Gegensatz zu den Tornados sind kurzlebige, «normale» Gewitterzellen häufige Auslöser von Downbursts. Erst in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden die Downbursts von Fujita, einem Gewitterforscher an der Universität von Chicago, als eigenständige Wettererscheinung erkannt und beschrieben. Die treibende Motivation für diese Forschungsarbeit war eine Serie von Unfällen, bei welchen Flugzeuge durch die Abwinde von Downbursts auf dem Boden zerschellten. Die spannende Geschichte der Entdeckung der Downbursts kann in einem Artikel von Wilson und Wakimoto (2001) nachgelesen werden.

Vorgeschichte
Ab Mitte Nachmittag des 26.7.2019 bildeten sich, bei flacher Druckverteilung und schwachen Höhenwinden, erste Gewitter im Berner Oberland und ab ca. 18 Uhr im Jura. Diese Regionen wurden am stärksten von den Gewittern getroffen, lokal gab es bis 100 mm Niederschlag. In der Region Basel blieben die Regensummen unter 40 mm. In der Ost- und Nordschweiz östlich von Basel gewitterte es deutlich weniger, vielerorts blieb es auch komplett trocken, siehe die untenstehende Regensummenkarte des Tages. Die Region um Basel befand sich anscheinend im Grenzbereich zwischen feuchten Luftmassen im Südwesten und etwas trockeneren Luftmassen im Osten. Dieser Cocktail kann für die Entwicklung von Downbursts durchus günstige Voraussetzungen bereitstellen.

Tagessumme des Niederschlags am 26.7.2019. Quelle: www.meteoradar.ch/regenkarten

Ab 20 Uhr zog eine kompakte Gewitterzelle von Rheinfelden langsam westwärts Richtung Basel. Das um 20.20 Uhr aufgenommene Webcambild der Niederschlagskaskade (siehe rechts oben) zeigt Anzeichen einer Verwirbelung in Bodennähe an der Frontseite des Niederschlagsvorhanges. Bereits zu diesem Zeitpunkt könnte ein Vorläufer-Downburst den Boden erreicht haben. Zwanzig Minuten später wurde im Radarbild ein Neuanbau über Riehen, knapp nördlich der bestehenden Zelle sichtbar, welche sich zu diesem Zeitpunkt ziemlich exakt über Birsfelden befand. Dieses neue Zentrum blieb während der folgenden 10 Minuten über Riehen ortsfest und bewegte sich danach etwas nordwärts, bevor es sich auflöste und vom Radarbild verschwand. Das 3D-Radarbild um 20.45 Uhr (siehe nächste Abbildung) zeigt, nebst der Niederschlagskarte, zwei Seitenprojektionen, welche den Höhenbereich 0 – 18 km und damit Höhenrisse durch die projizierten Gewitterzellen wiedergeben. Nur die Seitenprojektion in W-E Richtung am rechten Bildrand ist auswertbar, da die Seitenprojektion der Basler Zelle in S-N Richtung durch eine starke Gewitterzelle über der Po-Ebene gestört wird. Im Seitenriss rechts ist die rot-rosa Starkregen- und Hagelsäule über Riehen bei y-Koordinate 270, markiert durch eine graue horizontale Linie, gut erkennbar.

Radarbild um 20.45 Uhr mit Seitenrissen rechts und oben. Für Details siehe Text. Quelle: meteoradar.ch, , Datenquelle: Meteoschweiz

Ausschnitte aus den Seitenrissen rechts der 3D-Radarbilder im Zeitbereich 20.45 –
21.00 Uhr. Die pink-rote Säule in der jeweiligen Bildmitte (bei y-Koordinate 270) zeigt die
Niederschlagskaskade der höchsten Intensitätsstufe des Gewitterzentrums über Riehen. Der
schwarze Strich markiert die maximale Höhe dieser Niederschlagssäule. Diese Höhe sinkt
innert 5 Minuten (von 20.50 bis 20.55 Uhr) von 9 auf 5 km, und nochmals 5 Minuten später
auf 3 km Höhe. Quelle: meteoradar gmbh, Datenquelle: Meteoschweiz

Bildung des Downbursts
In der Abb. oben wird ein Ausschnitt aus den West-Ost Projektionen der Riehener Zelle von 20.45 bis 21.00 Uhr wiedergegeben. Zur besseren Darstellung sind die Bildausschnitte um 90 Grad gedreht. Die maximale Höhe der pink-roten Säule (die Starkniederschlagsszone über 100 mm/h, evtl. auch begleitet von Hagel) ist mit einer schwarzen horizontalen Linie markiert. Diese Höhe sinkt ab 20.50 Uhr von zunächst 9 auf 5 km Höhe (5 Minuten später) und auf 3 km Höhe nochmals 5 Minuten später. Anscheinend kollabiert die Zelle um 20.50 Uhr, der Aufwind, welcher den Niederschlag in der Höhe hält, bricht zusammen und macht einem Abwind Platz, welcher als Quelle eines Downbursts angesehen werden kann. Die Verdampfung des Niederschlages in einem Einschub von trockener Luft gilt in der Regel als der entscheidende Prozess, welcher das betroffene Luftpaket in Bodenrichtung beschleunigt. Aus diesem Grund gehen wir davon aus, dass sich die Quelle des mutmasslichen Downbursts im Bereich oder in der Nähe des Niederschlagsmaximums befindet. Das wäre dann ebenfalls die Region über der Ortschaft Riehen.

Der Standort Riehen befindet sich im Norden der drei von den Sturmschäden betroffenen Gemeinden Muttenz, Birsfelden und Münchenstein. Damit kann das folgende Szenario formuliert werden, welches erklärt, wie es zu den Sturmschäden in den drei Gemeinden kam, vgl. hierzu untenstehende Abbildung.

Schematische Darstellung des mutmasslichen Downbursts. Quelle Kartenhintergrund: Swisstopo

Der Downburst bewegte sich auf einer schräg nach Süden gerichteten Achse in Richtung Boden und breitete sich danach in Richtung Süden aus. Das Schadengebiet umfasst etwa eine Fläche von 6×3 km. Es gibt mehrere Faktoren, welche dieses Szenario unterstützen. Der wichtigste Faktor stammt von der Windmessung des Kraftwerks Birsfelden, welche in der folgenden Abbildung wiedergegeben ist. Diese Grafik zeigt eine kurzlebige Windspitze von 85 km/h um ca. 20.50 Uhr. Die Windrichtung zu diesem Zeitpunkt ist aus Nordosten. Sowohl der Zeitpunkt der Windspitze wie auch die Windrichtung passen perfekt zum beschriebenen Szenario, siehe obenstehende Abbildung. In dieser Abbildung sind drei weitere Windmessungen eingetragen. Die stärkste Windböe (113 km/h, Quelle: Sturmarchiv) stammt vom Standort Basel St. Jakob-Park. Allerdings sind weder der Zeitpunkt dieser Messung noch die gemessene Windrichtung bekannt. Von der Meteoschweiz sind weitere Windmessungen an den Standorten Basel-Binningen und St. Chrischona-Turm verfügbar. Die dort gemessenen Böenspitzen sind geringer, aber die Windrichtungen bestätigen ein Auseinanderfliessen («divergente» Strömung) der Luftmasse zwischen den beiden Stationen, vgl. die Windvektoren in der obenstehenden Abbildung, gültig für den Zeitpunkt 20.55 Uhr.

Registrierung von meteorologischen Messdaten beim Kraftwerk Birsfelden. Zur
Bestimmung der Winddaten zum Zeitpunkt des Downbursts wurden einige Hilfslinien
eingezeichnet. Um 20.50 Uhr wird eine kräftige, kurzzeitige Böenspitze von 85 km/h
registriert. Die Windrichtung (mit einem roten Kreis markiert) ist zu diesem Zeitpunkt aus
Nordosten. Die Verläufe der Temperatur, des Luftdruckes und des Niederschlages reagieren
ebenfalls mit heftigen Ausschlägen zum gleichen Zeitpunkt.
Quelle: sturmarchiv.ch, Datenquelle: meteo.srf.ch

Windspitzen im Bereich des Downbursts
Es stellt sich die Frage, in welchem Bereich die maximalen Sturmböen des Downbursts einzuordnen sind. Die beiden Windmessungen im Schadenbereich geben nur eine sehr unvollständige Antwort. Die Böenspitzen variieren bei solch lokalen Sturmereignissen bereits auf einer Skala von 10 – 100 m. Die Schäden selbst geben mehr Aufschluss über die Sturmstärke, allerdings nur mit Hilfe von Erfahrungswerten, welche zur Definition von Schadenskalen geführt haben. Die bekannteste Skala ist die Fujita-Skala, welche im Jahr 2007 zur sog. „EF-Skala“ („enhanced Fujita-Skala“) modifiziert wurde. Aufgrund der Schadenbilder im Sturmarchiv gehen wir davon aus, dass mittelgrosse Bäume entwurzelt oder gebrochen sind. Damit liesse sich das Ereignis als EF1, vielleicht sogar als EF2 klassieren. Allerdings fehlen, nebst den gefallenen Bäumen, weitere Hinweise, welche die Stärke EF2 unterstützen. Wir gehen deshalb davon aus, dass die Spitzenböen im Bereich des Downbursts Geschwindigkeiten von ca. 150 km/h erreicht haben. Diese Werte sind wohl da und dort, aber nicht überall im Bereich des Downbursts aufgetreten. Höhere Spitzenwerte als 150 km/h (bis Stufe EF2 oder 200 km/h) würden wir nicht ausschliessen, aber von einer geringen Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens ausgehen. Diese Aussage liesse sich mit einer gründlicheren Auswertung der zahlreichen Schadenmeldungen weiter präzisieren. Hingegen kann der Kranschaden aus unserer Sicht nicht dazu verwendet werden, die Sturmstärke abzuschätzen, da es sich um ein unübliches Bauwerk handelt, für welches kaum genügend zahlreiche Schadenbeobachtungen aufgrund von Sturmböen vorliegen.

Druckminimum vor Eintreffen der Sturmböen
Zum Schluss dieses Blogs wenden wir uns nochmals der obenstehenden Messgrafik beim Kraftwerk Birsfelden zu. Nebst den Windböen und der Windrichtung sind auch die weiteren Ausschläge der Messkurven zum Zeitpunkt des mutmasslichen Downbursts bemerkenswert. In kurzer Zeit fielen etwas über 20 mm Niederschlag, und die Temperatur sank um 10 Grad. Sehr spannend ist der Druckverlauf. Ein kurzzeitiger Abfall des Luftdrucks um 6 hPa führt, vor Eintreffen der Sturmböen, zu einem Druckminimum, einer Art „Luftloch“. Wodurch wurde dieses Luftloch generiert? Wir haben eine einzige Publikation gefunden, in welcher ein mindestens qualitativ vergleichbarer Druckverlauf bei der Passage eines Downbursts gezeigt wird (Mahale und Zhang, 2016, siehe Figur 3a). In jener Studie wurde ca. 15 min vor Eintreffen der Downburst-Böen ebenfalls ein Druckminimum beobachtet. Der Druckabfall war mit 2 hPa deutlich weniger ausgeprägt als in unserem Fall. Nichtsdestotrotz könnte die bei Mahale und Zhang gegebene Interpretation des Druckminimums auch in unserem Fall zutreffen: „It is speculated that the pressure decrease ahead of the gust front was dynamically induced by converging and rising air along the leading edge of the gust front.“ Dies würde bedeuten, dass eine Aufwindzone, eine Art „Staubsauger“ über dem Standort der Druckmessung, den Druckabfall am Boden ausgelöst hat. Diese Annahme lässt sich nicht weiter verifizieren. Wir sehen sie jedoch trotzdem als plausibel an, vor allem deshalb, weil uns eine alternative Erklärung fehlt.

Wie häufig sind Downbursts?
Downbursts in der Schweiz sind keine seltenen Ereignisse. Auf jeden Fall sind sie markant häufiger als Tornados. Im Sturmarchiv sind über die letzten Jahre ca. 5 – 10 Downbursts pro Jahr dokumentiert. Aus dieser Angabe lässt sich mit einer Überschlagsrechnung die Wiederkehrperiode von Downbursts an einem festen Standort abschätzen. Für diese Milchbüechlirechnung müssen weitere Annahmen getroffen werden:
– Pro Jahr wird mit 10 Ereignissen gerechnet, unter der Annahme, dass nicht alle Ereignisse im Sturmarchiv erfasst sind.
– die unbewohnten Bergregionen werden ausgeblendet, ohne diese rechnen wir mit einer „bevölkerten Flachlandfläche“ von ca. 20’000 Quadratkilometer.
– Alle Downbursts haben eine „einheitliche“ Schadenfläche von 20 Quadratkilometern.
Mit diesen Annahmen dauert es 100 Jahre, bis die aufsummierte Schadenfläche der definierten Flachlandfläche entspricht. Die 100 Jahre können also als mittlere Wiederkehrperiode angesehen werden. Selbstverständlich gibt es markante lokale statistische Abweichungen. Wenn man ein statistisches Verteilmodell der Downburstflächen zugrundelegt, dann muss man über viele Jahrhunderte aufsummieren, bis sich die statistischen Zufallsschwankungen der Wiederkehrperiode ausgleichen. Es kommt dazu, dass sich die Wiederkehrperiode regional ändert, je nachdem, ob Gewitter mit Downburst-Potenzial häufiger oder weniger häufig sind. Und die Schadenfläche der Downbursts variiert selbstverständlich ebenfalls, wir wissen nicht, ob die angenommene mittlere Schadenfläche von 20 Quadratkilometern zutrifft oder nicht.

Gemäss den Klimaszenarien für die Zukunft wäre mit einer Zunahme von Schadenereignissen durch Downbursts in der Schweiz zu rechnen. Da sich die Polregionen stärker erwärmen als die Tropen, dürfte sich in Zukunft der Jetstream in mittleren Breiten abschwächen. Der 26.7.2019 war ein typischer Gewittertag, wie er in Zukunft öfters auftreten kann: begleitet von schwachen Höhenwinden (schwacher oder nicht existierender Jetstream) in einer Umgebung, in welcher die Luftfeuchtigkeit vielerorts, aber nicht überall für die Gewitterbildung ausreicht. Demgegenüber scheinen Gewittertage mit starken Höhenwinden (starker Jetstream) – ideal für die Bildung von Superzellen mit langen Hagelzügen und gelegentlichen Tornados – seltener zu werden. Dies war jedenfalls auch mein persönlicher Eindruck der letzten Jahre. Somit dürfte es sich lohnen, dem Phänomen der Downbursts in der Schweiz mehr Beachtung zu schenken.

Dieser Blog entstand aus einem internen Bericht zu Handen eines Kunden von meteoradar. Wir danken den Betreibern des Sturmarchivs für ihre langjährige, hartnäckige und sorgfältige Erhebung der meteorologischen Schadenereignisse in der Schweiz.

Neue Wetter-Webcams mit Nachtsicht bei meteoradar

Webcam-Blick im Dämmerlicht nach Sonnenuntergang, Aeugst, Panoramabild Richtung Süden

Wetter-Webcams gibt es wie Sand am Meer. In der Schweiz allein findet man mehrere hundert, wenn nicht über tausend Standorte, an welchen das lokale Wetter anhand eines Webcam-Bildes oder eines Zeitraffer-Filmes beurteilt werden kann. Bei den allermeisten Kameras gibt es jedoch Einschränkungen. Je nach Sonnenstand wird ein Teil des Bildes vom Sonnenlicht überstrahlt und erscheint weiss. Und in der Nacht sieht man kein vernünftiges Bild, sondern nur schwarz oder Rauschen. Aber die Bildqualität von modernen Webcams hat dank Verbesserungen der Bildsensoren und Software deutliche Fortschritte erzielt. Somit stellt sich folgende Frage: gibt es die universelle, kostengünstige Wetter-Webcam, welche
1. auch in der Nacht ein gutes Wolkenbild liefert?
2. in der Lage ist, die Überstrahlung durch das Sonnenlicht effektiv zu korrigieren?

Nach dem Defekt einer alten Kamera haben wir uns entschlossen, die Webcams in Stallikon und Aeugst zu ersetzen. Unsere Wahl fiel dabei auf die 180 Grad Panorama Cam von Milesight. Der Werbeprospekt des Modells verspricht einiges, unter anderem:
– eine gute Pixel-Auflösung (2560×1440 Pixel)
– ein verzerrungs-korrigiertes Bild
– eine Korrektur der Überstrahlung durch helle Lichtquellen
– eine hohe Empfindlichkeit bei Nachtaufnahmen
Nach der Installation wurde schnell klar, dass die beiden letztgenannten Eigenschaften – die Überstrahlungs-Korrektur und der Nachtbildmodus – die Bildqualität gegenüber den Vorgängermodellen markant verbessern. In dieser Rezension konzentrieren wir uns auf diese beiden Eigenschaften.

Überstrahlungs-Korrektur
Webcams haben in der Regel Mühe, die Details der hellsten und dunkelsten Bildstellen wiederzugeben. Zur Verbesserung der Wiedergabe stehen u.a. Techniken zur Verfügung, welche mit den Abkürzungen BLC, HLC und WDR bezeichnet werden. Wir verweisen auf die Google-Suche für eine Beschreibung dieser Techniken. Alle drei Verfahren können in der neuen Kamera konfiguriert werden. Interessant ist vor allem der Modus HLC, welcher die durch die Sonne überstrahlten Bereiche dunkler macht und so die Wolkenstrukturen in der Nachbarschaft der Sonne sichtbar machen kann. Dieser Modus bietet zwei Optionen: „General“ und „Enhanced“ sowie einen Schiebebalken. Für die Korrektur des Sonnenlichts empfehlen sich die Einstellungen „General“ und „0“ (Position ganz links) des Schiebebalkens. Wir zeigen einen Vergleich der drei Modi anhand von Bildern der Webcam Sellenbüren:

Webcam-Bild, mit dem Modus WDR generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist sehr gross. Die Helligkeitsabstufumg der Landschaft ist ausgewogen.

Webcam-Bild, mit dem Modus BLC generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist kleiner als beim Modus WDR. Aber die Landschaft ist zu dunkel.

Webcam-Bild, mit dem Modus HLC generiert. Der weisse Flärren um die Sonne ist nochmals markant kleiner geworden. Im Nachbarbereich der Sonne sind Strukturen sichtbar, welche in den oberen zwei Bildern überstrahlt werden. Die Helligkeitsabstufumg der Landschaft ist ähnlich ausgewogen wie beim Modus WDR. Das Bild wirkt etwas gelblich.

Insgesamt überzeugt der Modus HLC am meisten, was die Ausgewogenheit der Helligkeitsabstufung und die Darstellung der Feinstrukturen im Nachbarbereich der Sonne angeht. Auf der Negativseite steht eine manchmal etwas unnatürliche Veränderung des Farbspektrums, welche mehr oder weniger grosse Bildteile erfassen kann. Bei sehr niederem Sonnenstand kann ein gelblicher Farbstich auftreten, und bei höherem Sonnenstand kann die Farbgebung in Sonnennähe ins Gräuliche mutieren. Der am Wetter interessierte Betrachter wird sich an diesen Effekten kaum gross stören.

Nachtbild
Sobald die Lichtstärke einen gewissen Schwellenwert unterschreitet, wechselt der Bildmodus automatisch auf ein Graustufenbild. Bei Tagesanbruch wird wieder auf ein Farbbild umgestellt. Leider lässt sich der massgebende Schwellenwert für die Umstellung nicht einstellen, obwohl diese Option im Handbuch dokumentiert ist. Wir haben wiederum getestet, welcher der drei Bildmodi (BLC, HLC und WDR) das bestmögliche Nachtbild liefert und haben eine klare Antwort gefunden: es ist der Modus BLC, verwendet mit der Einstellung „Minimum Shutter = 1“ im Menu „Image –> Day/Night Mode“. Mit dieser Einstellung wird die maximale Belichtungszeit auf eine Sekunde eingestellt. Die beiden anderen Modi kann man vergessen, entweder ist das Bild verrauscht oder zu dunkel.

Nachtbild der Webcam Sellenbüren, erstellt mit dem Modus BLC.

Die Bildqualität des so konfigurierten Nachtbildes ist erstaunlich stabil. Auch wenn das Mondlicht fehlt, ist kaum ein Abfall der Bildqualität auszumachen. Der folgende Zeitraffervideo zeigt die nächtliche Bildung von Bodennebel, die Umstellung von Graustufen zu Farbbildern in der Morgendämmerung und die Auflösung des Nebels am Vormittag.

Installation
Die Kamera wird via PoE mit einem Router verbunden und so ins lokale Netzwerk eingebettet. Die Montage ist einfach, die Ausrichtung mit einem wenig griffigen schwarzen Drehring etwas knifflig. Wenn man diesen Ring zudreht, bewegt sich die Kamera mit, es braucht also beide Hände und etwas Fummelarbeit, auch Kontrollblicke auf das Webcam-Bild, um die gewünschte Position der Kamera zu fixieren. Am besten stellt man die Kamera so ein, dass der imaginäre Horizont auf Standorthöhe in der Bildmitte liegt. Dann erscheint er auf dem Bild gerade. Ist die Kamera schräg nach oben oder nach unten gerichtet, dann wird der imaginäre Horizont gekrümmt, was bei einem Bildwinkel von 180 Grad nicht weiter erstaunt.

Zeitrafferfilme
Ein Kleincomputer (Raspberry Pi) greift sich das Webcambild alle 10 Sekunden und erstellt aus der Bildsequenz Zeitrafferfilme, welche online auf der Webseite https://www.meteoradar.ch/webcam
angeschaut werden können. Bis anhin wurde die Anzeige des Webcambildes und der Filme eine Stunde vor Sonnenaufgang bis eine Stunde nach Sonnenuntergang aktiviert. Die aktive Aufnahmeperiode der Webcam Sellenbüren (Panorama-Modus) wurde nun auf 22 Stunden pro Tag verlängert: von 01 Uhr morgens bis 23 Uhr abends, so dass der grösste Teil der Nacht auf den Bildern und den Zeitrafferfilmen eingesehen werden kann.

Fazit
Unsere Erwartungen an die neue Webcam werden deutlich übertroffen. Die Nachtbilder und Filme geben praxisrelevante meteorologische Zusatzinformationen zur Bewölkung und zur Nebelbildung. Tagsüber kann die Bewölkung auch in Sonnenähe praktisch ungestört verfolgt werden. Damit mausert sich der Gerätetyp zu einer universellen, Tag und Nacht aktiven Beobachtungsstation des Lokalwetters. Die Möglichkeiten zur automatisierten Bildverarbeitung (z.B. Nebelerkennung) eröffnen interessante Perspektiven für die Zukunft.