Es vergeht kein Sommer ohne Gewitter. Sie treten in ganz unterschiedlichen Erscheinungsformen auf. Im heutigen Thema des Tages wird die Einzelzelle, die einfachste Gewitterform, vorgestellt.
Kein Sommer ohne Gewitter! Dabei gleicht keines dem anderen; vielmehr kommen sie in den verschiedensten Ausprägungen vor. Während eine präzise Gewittervorhersage für einen bestimmten Ort nahezu unmöglich ist, werden die für Gewitter benötigten atmosphärischen "Zutaten" (z.B. Feuchte, Temperatur und Wind in unterschiedlichen Höhen) von den Wettermodellen heutzutage gut erfasst. Sie entscheiden über die zu erwartenden Gewittertypen und ermöglichen es den Meteorologen, vorab Areale einzugrenzen, in denen mit Gewittern zu rechnen ist und welche Wettererscheinungen damit verbunden sein können.
Grundvoraussetzung für Gewitter ist eine rasche Abnahme der Temperatur mit der Höhe. Man spricht dann von einer "labilen" Atmosphärenschichtung. Im Sommer wird dieser Temperaturunterschied üblicherweise durch die starke Sonneneinstrahlung verursacht, die im Laufe eines Tages den Erdboden sowie die darüber liegende Luft erwärmt. Im Winter ist es genau umgekehrt. Nicht die starke Erwärmung am Boden, sondern einfließende Kaltluft in der Höhe ist der Grund für den starken vertikalen Temperaturunterschied und die dadurch verursachten Kaltluftgewitter. Ganz egal, wodurch diese Temperaturgegensätze entstanden sind, die Atmosphäre ist danach bestrebt, diese mithilfe von Gewittern auszugleichen. Zunächst beginnt die warme bis heiße Luft, ausgehend von bodennahen Atmosphärenschichten, in große Höhen aufzusteigen. Ein sogenannter Aufwindbereich (engl. Updraft) als Ausgangspunkt einer jeden Gewitterzelle entsteht. Als Ausgleichsbewegung bildet sich im weiteren Verlauf ein Abwindbereich (engl. Downdraft), in dem die kühlere und damit schwerere Luft aus der oberen Atmosphäre mit Regen im Gepäck Richtung Boden strömt. Diese beiden vertikalen Luftbewegungen (Updraft und Downdraft) haben alle Gewitter gemeinsam.
Die sogenannte "Einzelzelle" ist die einfachste Gewitterform. Sie besteht nur aus einem einzigen Auf- und Abwindbereich und hat eine horizontale Ausdehnung von etwa zehn Kilometern. Einzelzellen entstehen meist in einem Bereich mit geringen horizontalen Luftdruck- und Temperaturunterschieden, also fernab von jeglichen Frontensystemen innerhalb einer homogenen Luftmasse. Daher bezeichnet man sie (im Sommer) in der Fachsprache auch als "Luftmassengewitter". Entscheidend ist dabei, dass der Wind in allen Höhen relativ schwach ist, sodass sich Einzelzellen nur sehr langsam bewegen oder sogar nahezu an Ort und Stelle verweilen.
Zunächst erwärmt die Sonne den Erdboden, der in der Folge auch die bodennahe Luft immer weiter aufheizt. Er fungiert ähnlich einer Herdplatte, die von unten das Wasser in einem Kochtopf erwärmt. Angenommen, wir befinden uns über flachem Terrain, dann steigen ab einer gewissen Temperatur, der sogenannten Auslösetemperatur, Warmluftblasen auf, vergleichbar mit den Luftbläschen des zu kochen beginnenden Wassers. Wie im Kochtopf ist es quasi unmöglich, vorherzusagen, wo die ersten Luftblasen aufsteigen. Solange die Atmosphäre labil geschichtet ist, erfährt die aufsteigende Luft immer weiteren Auftrieb und durch deren Sogwirkung kann immer weiter Warmluft von unten nachströmen. Beim Aufstieg kühlt sich die Luft ab. Da kalte Luft weniger Wasser speichern kann als warme Luft, kondensiert der unsichtbare Wasserdampf zu Wassertropfen, wodurch anfangs eine noch harmlose Blumenkohl-förmige Cumuluswolke entsteht. Innerhalb von recht kurzer Zeit wächst diese aber weiter in die Höhe zu einer klassischen Gewitterwolke (Cumulonimbus) heran. Im Aufbaustadium fällt noch kein Niederschlag und die Gewitterwolke besteht nur aus dem Aufwindbereich (Updraft, siehe Abbildung), in dem die Warmluft mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich 40 bis 80 km/h in die Höhe schießt. Im Reifestadium ist der Updraft voll entwickelt und die Wolke erreicht eine Höhe von mehr als acht Kilometern. Am Oberrand strömt die Luft horizontal aus, wodurch die Gewitterwolke ihre typische Ambossform (siehe Fotos) erhält. Nach einer gewissen Zeit kann der Updraft die Niederschlagsteilchen nicht mehr schwebend halten, sodass sie zu Boden fallen und dabei die Luft mit nach unten reißen. Es formiert sich so der Abwindbereich (Downdraft), in dem auch der Regen fällt. Erreicht die Kaltluft des Downdrafts den Boden, fließt sie horizontal und symmetrisch zu allen Seiten aus. So schneidet die Kaltluft den Aufwindbereich vom Zustrom weiterer Warmluft am Boden ab, wodurch der Updraft zum Erliegen kommt. Damit schaufelt sich die Einzelzelle ihr eigenes Grab, weshalb sie nur eine Lebensdauer von weniger als einer Stunde besitzt. Im Auflösestadium existiert dann nur noch der Downdraft.
Sommerliche Einzelzellen sind meist klassische Wärme- oder Hitzegewitter. Auch die im Winterhalbjahr beobachteten kurzen Kaltluftgewitter sind diesem Gewittertyp zuzuordnen. Sie sind unregelmäßig in der Landschaft verteilt und treten bevorzugt am Nachmittag und Abend auf. Da sich die Luft entlang von Berghängen schneller aufheizen kann als über dem Flachland, kann die Luft entlang der Berghänge besonders leicht und frühzeitig aufzusteigen. Daher bilden sich im Sommer die ersten Gewitter häufig über den (Mittel-)Gebirgen. Einzelzellen sind lokal eng begrenzt von Starkregen begleitet. In kräftigen Zellen kann es auch zu kleinkörnigem Hagel und kräftigen Böen kommen.
Welche weiteren Gewitterformen es noch gibt, erfahren Sie demnächst an dieser Stelle.
Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 04.07.2019
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