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Satellitenmeteorologie (Teil 2) – Bunte Bilder für die Wetteranalyse

11. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetterlexikon/von WINDINFO

Wettersatelliten sind in der heutigen modernen Meteorologie nicht mehr wegzudenken. Mit ihrem Blick aus dem Weltall auf unsere Erde leisten sie unter anderem unschätzbare Dienste bei der Wetteranalyse. Im ersten Teil dieser Reihe (Thema des Tages vom 7. Mai 2024) haben wir die Funktionsweise des Radiometers erklärt, das Herzstück eines jeden Wettersatelliten. Es blickt mit 12 „Augen“, den sogenannten Kanälen, auf unsere Erde, wobei jeder dieser Kanäle einen gewissen Spektralbereich der von der Erde abgegebenen Strahlung „sieht“. Drei der Kanäle empfangen Strahlung im solaren (sichtbaren) und acht im infraroten (thermischen) Bereich. Der 12. Kanal (HRV), das Adlerauge unter den Kanälen, besitzt eine besonders hohe Auflösung. Jeder Kanal sieht für sich betrachtet zwar weniger als unser Auge, in der Kombination aller Kanäle erfasst ein Radiometer aber weitaus mehr Informationen von der Erde als wir Menschen sehen könnten.

Jeder Kanal liefert den Meteorologen ganz individuelle Informationen. Jedoch stoßen die Kanäle auch an ihre Grenzen und manchmal ist eine eindeutige Interpretation der Bilder schwierig. Die Kanäle im sichtbaren Bereich sind nur tagsüber hilfreich, da die Erde nachts keine kurzwellige Sonnenstrahlung reflektiert. Auch kann man manchmal schwer zwischen Wolkenfeldern und Schneeflächen unterscheiden, da beide weiß erscheinen, also ähnliche Reflexionseigenschaften besitzen. Die Zuordnung der erfassten Strahlungstemperaturen der infraroten Kanäle ist auch nicht immer eindeutig. So können niedrige Temperaturen entweder von Wolken in höheren Atmosphärenschichten oder von einer stark ausgekühlten Erdoberfläche emittiert werden.

Um eindeutige Interpretationen der Satellitenbilder zu bekommen, müssen Informationen verschiedener Kanäle kombiniert werden. Eine besonders komfortable Möglichkeit bietet die sogenannte „RGB-Bildauswertetechnik“. Dabei werden die Signale von drei verschiedenen Kanälen mit den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) eingefärbt. Fügt man die eingefärbten Bilder zu einem mehrfarbigen Bild zusammen, erhält man bunte Bilder – die sogenannten „RGB-Komposits“. Die hierbei entstandenen Mischfarben können nun vom Meteorologen interpretiert werden. Bei der Zusammenstellung eines RGB-Komposits kann man übrigens sowohl die reflektierte Darstellung (hohe Werte der reflektierten Strahlung entsprechen hellen Pixeln) als auch die invertierte Darstellung (geringe Werte emittierter Strahlung entsprechen hellen Pixeln) miteinander mischen.

Einige RGB-Komposits haben sich besonders bewährt, von denen wir hier zwei näher erläutern. Abbildung 1 zeigt das Komposit „Luftmasse“. Hierbei handelt es sich um vielmehr als nur ein farbenprächtiges Kunstwerk. Neben den weißlich erscheinenden Wolkenbändern geben uns die unterschiedlichen Farben Auskunft über die Herkunft und die Eigenschaften verschiedener Luftmassen. Mit grünen Farben können warme Luftmassen mit einer hohen Tropopause (Oberrand der Troposphäre), also tropische oder subtropische Luftmassen detektiert werden. Polare oder arktische Kaltluft mit einer niedrigen Troposphäre erscheint hingegen bläulich. Sinkt trockene Stratosphärenluft in die Troposphäre (untere Atmosphäre) ab, erkennt man dies anhand von rötlichen Farben, oft in Form rötlicher Schlieren.

Im dargestellten Beispiel befindet sich über dem Nordatlantik ein kräftiges Tiefdruckgebiet mit seinen charakteristischen Wolkenbändern. Die grünen Farben über Nordafrika, Spanien und der Biskaya (I) zeigen den mit subtropischer Warmluft angereicherten Warmsektor des Tiefs zwischen der Warmfront (Wolkenband über England und Frankreich) und der Kaltfront (Wolkenband über dem Atlantik). Nordwestlich davon sowie über dem Nordpolarmeer befindet sich polare Kaltluft (II), zu sehen an den blauen Farben. An den rötlichen Schlieren (IIIa) erkennt man, dass sich trockene Stratosphärenluft in das Tief einkringelt, welche zu einer Verstärkung des Tiefs beiträgt. Ebenso ist trockene Stratosphärenluft (IIIb) dafür verantwortlich, dass sich über dem Norden Deutschlands Gewitter (Kreuze) bilden.

Für uns Warnmeteorologen ist das Satellitenkomposit „Nacht“ (Abbildung 2) eine große Hilfe. Er liefert uns eine Fülle von Informationen über Wolken in unterschiedlichen Höhen und zur Beschaffenheit der Erdoberfläche. Neben den Sichtweitenmessungen der Wetterstationen zeigen uns rötliche Farben Regionen mit Nebel- und Hochnebelfeldern (also sehr tiefliegende Wolken) und helfen uns dabei, auch nachts so gut wie möglich vor dichtem Nebel zu warnen. Höhere kompakte Wolkenfelder erscheinen hingegen weißlich, während dünne Eiswolken (Cirren) cyan-farben aussehen. Zudem kann man sogar Schneeflächen erkennen, da diese heller erscheinen als schneefreie Landoberflächen.

Neben diesen beiden RGB-Komposits gibt es noch eine Reihe weiterer bunter Satellitenbilder für unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten, die an dieser Stelle aber nicht näher erläutert werden. Zu nennen sind beispielsweise das „Echtfarben“-Komposit, der den Farben sehr nahekommt, die das menschliche Auge sehen würde. Das „Konvektion“-Komposit macht sich die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften großer und kleiner Hydrometeore zu Hilfe, mit der man das Entwicklungsstadium von Gewitterwolken abschätzen kann. Wieder andere Komposits unterstützen uns bei der Detektion von Sandstürmen, Nebel oder Schnee. Aktuelle Satellitenbilder mit kurzen Erklärungen zu deren Interpretation erhalten Sie auf der Homepage der EUMETSAT .

Im dritten Teil wird der Unterschied zwischen geostationären und polarumlaufenden Satelliten erklärt.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 11.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Was bringt Hoch THOMAS neben Sonne und frühsommerlichen Temperaturen noch?

10. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Hoch THOMAS ist derzeit in aller Munde! Nach dem grauen Winter und dem nassen Frühjahr ist die Sonne mehr als willkommen. Die Menschen wollen raus in die Natur und die Biergärten gerade an einem für viele verlängerten Wochenende genießen. Daher wird derzeit auch viel über das sonnige und frühsommerliche Wetter berichtet. THOMAS hat es sich über der Nordsee bequem gemacht und zapft aus dem südöstlichen Mittelmeerraum sowie der Schwarzmeerregion warme Luft an. Im Norden hat sich THOMAS auch noch mit Hoch UWE über Norwegen verbündet und auch über dem westlichen Mittelmeerraum dreht ein Hoch seine Kreise. Entsprechend stehen gefühlt in weiten Teilen Europas die Zeichen auf „freundlich“. Nur hier und da können sich mal Schauer und Gewitter entladen. Über Nordosteuropa und dem östlichen Mittelmeerraum wirbeln dagegen Tiefs, die einerseits den Urlaubern in Griechenland, der Türkei und dem Nahen Osten trübe Aussichten bescheren und auch den Bürgern von Finnland, Nordwestrussland und dem östlichen Mitteleuropa unbeständiges Wetter bringen.

In den kommenden Tagen zieht es Hoch THOMAS aber zunehmend Richtung Skandinavien, um dort mit UWE gemeinsame Sache zu machen. Zudem kann sich über dem westlichen und zentralen Mittelmeerraum schwacher Hochdruckeinfluss halten. Von den Britischen Inseln und Frankreich versuchen nun aber Tiefs vehement nach Osten vorzustoßen, sodass auch hierzulande in der Westhälfte der Luftdruck ab Sonntag sinkt. Zwar schaffen es noch keine Tiefausläufer bis nach Deutschland, aber in der warmen Luft können sich eingebettet in Tiefdruckschneisen konvergente Strömungen ausbilden und konvektive Umlagerungen in Gang setzen. Die Folge sind Schauer und Gewitter. Zum Dienstag soll es nach aktuellem Stand auch ein Frontenzug nach Deutschland schaffen, dessen Kaltfront im Tagesverlauf von Westen für Abkühlung sorgen soll. Schauen wir mal…

Mit der Sonne wirkt jedoch auch die UV-Strahlung ordentlich auf den Körper. Dies ist eine elektromagnetische Strahlung, die an der Erdoberfläche nur wenige Prozent der gesamten solaren Strahlung ausmacht. Die Haut unterliegt als Grenz- und Kontaktorgan in besonderem Maße dem Einfluss von Umweltfaktoren und somit auch der UV-Strahlung. Zahlreiche Hautkrankheiten finden ihren Ursprung in dieser Strahlungsart oder werden von ihr verstärkt. Am bekanntesten ist in diesem Sinne wohl der Sonnenbrand. Schwerwiegende Folgen für die menschliche Gesundheit haben Hautreaktionen, die nach einem jahre- oder jahrzehntelangen Zeitraum der UV-Bestrahlung auftreten. Daher ist es sinnvoll, die Haut vor dieser ausreichend zu schützen.

Vor allem im Westen und Süden sowie Teilen der Mitte wird bis einschließlich Sonntag ein hoher UV-Index mit entsprechender, gesundheitlicher Gefährdung erwartet (siehe Link). Positiv ist jedoch anzuführen, dass die UV-Strahlung hauptverantwortlich für die Bildung von Vitamin D in der Haut ist. Allerdings wird die notwendige Vitamin-D-Dosis in Deutschland im Sommer bei wolkenlosen Bedingungen gegen Mittag bereits innerhalb von etwa 15 Minuten durch die Sonnenexposition von Händen, Armen und Gesicht erreicht.

Nicht nur die Temperaturen erreichen derzeit wieder regional die Sommerschwelle von 25 Grad, auch bei der Phänologie stehen die Zeichen nun schon nahezu landesweit auf Frühsommer. Als Maß für den Beginn des Frühsommers dient die Holunderblüte, die im vieljährigen Mittel ab der letzten Maidekade zu beobachten ist. Die Lehre der periodischen Wachstums- und Entwicklungserscheinungen aller pflanzlichen und tierischen Lebewesen in ihren zeitlichen Abhängigkeiten bezeichnet man als Phänologie. Diese untersucht die Entwicklung der Pflanzen und Tiere im Jahresablauf, indem sie die Eintrittszeiten auffälliger Erscheinungen notiert. Dabei beschreibt die phänologische Uhr die natürlichen Jahreszeiten – und somit den zeitlichen Vegetationsablauf.

Dieses Jahr konnten auch die zwei kalten Aprilwochen die Natur nicht ausbremsen, die durch den milden Winter schon recht schnell die ersten phänologischen Jahreszeiten überwand. Der Vollfrühling mit der Apfelblüte ist in Deutschland etwa seit der zweiten Aprildekade in vollem Gange. Der Bote für den Frühsommer, die Holunderblüte, wurde ebenfalls erstmals schon am Anfang April (7. April) festgestellt. Spätestens mit der letzten April- und der ersten Maidekade steht der Holunder mit wenigen Ausnahmen in voller Blüte (siehe Link).

Viel Sonne und trockene Verhältnisse bringen trotz recht feuchter Vormonate schnell das Thema „Waldbrände“ wieder auf die Agenda. Im besonderen Fokus stehen dabei der Norden und Osten, wo sich abgesehen von anfänglichen lokalen Schauern, die trockene Festlandsluft noch länger hält. Neben der Sonne kann auch ein teils mäßiger Ostwind die Vegetation und oberen Bodenschichten durch Verdunstung weiter austrocknen. Somit soll sich die Waldbrandgefahr in den genannten Regionen weiter verstärken.

Ab Montag ist vom östlichen Niedersachsen bis zur Oder und Neiße verbreitet mit einer hohen bis sehr hohen Waldbrandgefahr zu rechnen (siehe Link). Der Waldbrandgefahrenindex (WBI) dient den für die Waldbrandvorsorge verantwortlichen Landesbehörden zur Einschätzung der Waldbrandgefahr und zur Herausgabe von Warnungen. Die Waldbrandgefahrenstufen des DWD bilden somit die Grundlage für eine auf Landesebene harmonisierte Waldbrandgefahrendarstellung. Die örtliche Einschätzung der Gefahr kann vom DWD-Produkt abweichen.

Dipl. Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 10.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Auf Frühsommer folgen kräftige Gewitter und Starkregen

9. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Im gestrigen Thema des Tages wurde bereits über das oft sonnige und teilweise frühsommerlich warme Wetter an diesem verlängerten Wochenende berichtet. Damit beweist das Wetter ein gutes Gespür für das richtige Timing und ermöglicht allerlei Freizeitaktivitäten an der frischen Luft. Doch wer jetzt auf beständiges Frühsommerwetter hofft, muss an dieser Stelle enttäuscht werden. Was gestern bereits angedeutet wurde, soll heute nochmal präzisiert werden: Das jähe Ende des Frühsommers mit zum Teil kräftigen Gewittern und Starkregen!

Das sonnige Wetter haben wir im Wesentlichen Hoch THOMAS zu verdanken. Innerhalb des Hochdruckgebietes sinken die Luftmassen großräumig ab und erwärmen sich, auch in der Höhe! Dadurch stellen sich stabile Verhältnisse ein, was die Bildung hochreichender Wolken unterbindet. Zudem ist die Luft, die in der meist östlichen Strömung bodennah zu uns gelenkt wird, verhältnismäßig trocken. Es fehlt also schon am Nährboden für Schauer- und Gewitterwolken.

Das ändert sich im Laufe des Sonntags, insbesondere aber zu Wochenbeginn (siehe Abbildung 1). Zwischen dem nach Nordosten abziehenden Hoch THOMAS und mehreren Tiefdruckgebieten, die sich über Westeuropa in Position bringen, dreht die Strömung langsam auf Südost bis Süd. Damit kommt zwar immer noch warme, aber zunehmend feuchte und instabile Mittelmeerluft zu uns. Zudem nähert sich von Frankreich her eine sogenannte „Konvergenzlinie“. Anstatt großräumig abzusinken, strömt die Luft entlang dieser Linie zusammen und wird zum Aufsteigen gezwungen. Was folgt, sind mächtige Quellwolken, die zu Schauern und Gewittern heranreifen. Wir Meteorologen nennen das „Konvektion“.

Ob die Luft potenziell förderlich für Konvektion ist, kann man unter anderem an der Größe „CAPE“ ablesen (Convective Available Potential Energy). Sie ist ein Maß für die potenziell für Konvektion zur Verfügung stehende Energie. In der Animation (Abbildung 2) ist eine CAPE-Prognose vom DWD-Modell ICON exemplarisch dargestellt. Man erkennt gut, wie sich die konvektions-förderliche Luft mit erhöhten CAPE-Werten von Frankreich her zu uns nach Deutschland ausbreitet. Am Sonntag wären zunächst nur der äußerste Südwesten und Westen betroffen, am Montag dann bereits weite Bereiche der Südwest- und Westhälfte. Am Dienstag wäre nur noch der äußerste Osten außen vor.

Wo genau sich die Schauer und Gewitter entwickeln bzw. wo die Schwerpunkte der Niederschläge liegen werden, kann naturgemäß erst zeitnah abgeschätzt werden. Jedenfalls lassen die Bedingungen Gewitter vermuten, die räumlich eng begrenzt mitunter heftigen Starkregen bringen. Dabei können durchaus 20 bis 40 l/m² binnen einer oder mehrerer Stunden zusammenkommen, was mitunter zu Überflutungen und vollgelaufenen Kellern führen kann. Auch Hagel und Sturmböen können in den kräftigeren Entwicklungen nicht ausgeschlossen werden.

Mit den Gewittern gehen im Laufe der nächsten Woche auch die Temperaturen langsam zurück. Wie lange diese neuerliche Frühsommerpause andauert, lässt sich noch nicht abschätzen. Also gilt es umso mehr, die kommenden sonnig-warmen Tage zu genießen.

Dipl.-Met. Adrian Leyser
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 09.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Langes Eltern-Wochenende

8. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Nachdem in den letzten Tagen und Wochen vermehrt Tiefdruckgebiete das Wetter in Deutschland beeinflusst haben, setzt sich nun Hochdruckgebiet THOMAS durch. Es sorgt für zunehmend trockenes und sonniges Wetter. In der Höhe fließt auch deutlich mildere Luft ins Land, die sich durch Absinkprozesse im Hoch allmählich in tiefere Lagen durchsetzt. Bis Samstag liegt THOMAS über Deutschland, verlagert sich aber mehr und mehr in den Norden Europas. Am Sonntag weicht der Hochdruckeinfluss allmählich zunehmendem Tiefdruckeinfluss von Westen her.

Am Donnerstag (Vatertag, Christi Himmelfahrt) liegt THOMAS mit einem Druck von etwas über 1025 Hektopascal über dem Norden Deutschlands. Sein Einfluss reicht allerdings über die Nordsee bis kurz vor Island, über die Britischen Inseln bis zum nahen Atlantik, über Osteuropa bis nach Russland und nach Süden bis ans Mittelmeer. Es ist also ein recht ausgedehntes Hochdruckgebiet. Auch am Freitag reicht der Hochdruck von Skandinavien bis nach Mallorca und von Irland bis nach Südrussland. Das Zentrum mit mehr als 1025 Hektopascal wird dann über der Nordsee und den Niederlanden liegen. Um das Hoch herum strömt die Luft im Uhrzeigersinn, das heißt bodennah wird die Luft zunächst nicht wärmer. Allerdings spannt sich in der Höhe ein Keil ausgehend von Nordafrika auf. Er führt in höheren Luftschichten zunehmend warme Luft nach Deutschland. Da im Hochdruckgebiet die Luft absinkt, wird es so von Tag zu Tag trotz nördlichen Windes etwas wärmer bei uns.

Am Donnerstag (oben in obiger Grafik) erreicht die Temperatur Höchstwerte um 22 Grad, lediglich im äußersten Norden mit auflandigem Wind und unter dichteren Wolken ganz im Süden ist es etwas kühler. Dort ist zeitweise und örtlich auch etwas Regen möglich, der aber insgesamt nur sehr gering ausfällt. Die Sonne scheint vor allem in einem Streifen von der Oder bis an die Saar über längere Zeit. In der Nacht geht die Temperatur meist auf 9 bis 6 Grad zurück. Im Südosten kann es vor allem in geschützten Lagen kühler werden. Frost oder Frost in Bodennähe ist aber nicht wahrscheinlich.

Am Freitag (unten in obiger Grafik) erwärmt sich die Luft verbreitet auf über 20 Grad. Im Südwesten sind teilweise Höchstwerte um 25 Grad möglich. Nur an den Küstenabschnitten mit auflandigem Wind ist es weiterhin kühler, da die Nord- und auch Ostsee derzeit noch frisch sind. Niederschläge sind am Freitag selten. Lediglich im äußersten Norden und Nordosten sind im Zusammenhang mit der schwachen Front eines Tiefs über Nordrussland vereinzelt ein paar Spritzer Regen oder schwache Schauer möglich. Am meisten Sonne gibt es am Freitag im Westen und Süden des Landes.

Am Samstag schwächt sich das Hochdruckgebiet langsam ab. Es erstreckt sich aber weiterhin über weite Teile Nord- und Mitteleuropas. Im Nordosten und Osten liegen noch Frontenreste eines Tiefs über Russland. Am Sonntag zieht sich der hohe Luftdruck weiter nach Nordeuropa zurück. Von Westen her rückt allmählich tieferer Luftdruck näher. Die Strömung dreht auf östliche Richtung. In der Höhe fließt weiterhin warme Luft zu uns, in 850 Hektopascal (also etwa 1400 Metern Höhe über Meer) erreichen den Süden und Südwesten am Sonntag 10 bis 12 Grad.

Die Frontenreste im Nordosten und Osten sorgen am Samstag für zahlreiche Wolken, Regen fällt aber nur zeit- und gebietsweise und in geringer Menge. Durch die Wolken ist die Sonnenausbeute im Osten geringer und liegt teils nur bei 7 von rund 15 möglichen Stunden. Dennoch wird es mit 20 bis 23 Grad angenehm warm. Im Westen und Südwesten erreicht die Temperatur bei 10 bis 12 Stunden Sonne häufig mehr als 25 Grad. Somit stellt sich im Westen und Südwesten am Samstag oft ein Sommertag ein. Bei anhaltend nördlichem Wind sind die Küstenabschnitte temperaturmäßig die „Verlierer“. Über die 10 bis 13 Grad kühle Ostsee wird beständig kühle Luft an Land geführt. Auch die Nordsee ist nicht wärmer und so gilt für die Küsten und Inseln dort das Gleiche.

Am Sonntag (Muttertag) ist die Front abgezogen und auch im Osten setzt sich wieder häufiger die Sonne durch. Insgesamt gibt es aber im Tagesverlauf mehr Quellwolken und vor allem über dem Bergland sind Schauer oder einzelne Gewitter möglich. Sie sorgen in einer eher undynamischen Lage für Hebung und lösen so möglicherweise Regenfälle aus. Nach Norden und Osten hin ist die Schauerneigung gering, es gibt dort weniger hohe Berge. Die Niederschlagsmengen sind in der Fläche betrachtet gering und es wird auch im Süden und Westen bei weitem nicht jeden treffen. Aber die Neigung zu Schauern steigt und der potentiell niederschlagbare Wasseranteil liegt bei 20 bis 25 Litern pro Quadratmeter. Wo es also schauert oder gewittert, kann in kurzer Zeit Starkregen auftreten. Mit der warmen Höhenluft geht auch die Temperatur noch etwas nach oben und so sind am Sonntag im Westen teils bis zu 27 Grad möglich. Nach Osten hin werden nach derzeitigem Stand bis zu 24 Grad erreicht. Durch den nachlassenden Nordwind profitieren auch einige Küstenabschnitte von zunehmender Milderung.

Alles in allem stehen uns wettertechnisch ein paar ruhige Tage ins Haus. Die Sonne scheint recht häufig und es wird zunehmend wärmer. Dabei fällt nur zeit- und gebietsweise wenig Regen. Am Sonntag ist die Schauer- und Gewitterneigung vor allem im Bergland erhöht, bis dahin besteht jedoch keine Wettergefahr.

Dipl. Met. Jacqueline Kernn
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 08.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Satellitenmeteorologie (Teil 1) – Die 12 Augen der Wettersatelliten

7. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetterlexikon/von WINDINFO

Wettersatelliten sind in der heutigen modernen Meteorologie nicht mehr wegzudenken. Sie liefern zum einen wichtige Beobachtungsdaten für Wettervorhersagemodelle, die für eine präzise numerische Wettervorhersage unerlässlich sind. Mit ihrem Blick aus dem Weltall auf unsere Erde leisten sie außerdem unschätzbare Dienste bei der Wetteranalyse und der Kürzestfristvorhersage. Unter letzterem versteht man die Vorhersage des Wetters der kommenden Stunden, für die man nicht zwangsläufig Vorhersagemodelle benötigt. Die Satelliten machen alle 15 Minuten Aufnahmen von unserer Erde, die uns Meteorologen einen schnellen Überblick geben, wo sich beispielsweise aktuell in der Atmosphäre Wolken befinden. Auf einem Blick können wir so Tiefdruckgebiete identifizieren, um die sich die Wolkenbänder schlängeln. Mittels zeitlicher Abfolge vergangener Bilder können wir sogar abschätzen, in welche Richtung sich die Wolken und die dazugehörigen Tiefs bewegen werden, ob sich die Wolken auflösen oder verdichten, wo in Kürze Gewitter entstehen könnten und vieles mehr.

Im heutigen Tagesthema zeigen wir, was Wettersatelliten alles sehen bzw. messen können. (Auf die der Satellitenmeteorologie zugrunde liegenden Strahlungstransporttheorie soll an dieser Stelle bewusst verzichtet werden, damit auch Leserinnen und Leser ohne Physikstudium oder Physikleistungskurs nicht den Durchblick verlieren.) Das wichtigste Messgerät der der Wettersatelliten ist das sogenannte Radiometer, das die von der Erde zurückgesandte Strahlung misst. Ein Radiometer ist eine Art Multifunktions-Kamera, die weit mehr aufnehmen kann als unser menschliches Auge, nämlich die von der Erde abgegebene Strahlung im solaren (sichtbaren) und infraroten (thermischen) Spektralbereich.

Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Astronaut und blicken von der ISS auf die Erde. Was Sie sehen würden, ist ein Abbild unseres blauen Planeten im für das menschliche Auge sichtbaren (solaren) Spektralbereich (Wellenlängen zwischen 380 und 780 Nanometer). Unser Auge erkennt also eine ganze Bandbreite an Wellenlängen, die es unterschiedlichen Farben zuordnet. Die Radiometer der Wettersatelliten funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, nur bestehen sie nicht nur aus einem „Auge“, sondern aus gleich zwölf Augen, den sogenannten Kanälen. Jeder der zwölf Kanäle empfängt einen bestimmten von der Erde emittierten Wellenlängenbereich. Die Kanäle messen dabei die Intensität der empfangenen Strahlung, ohne diese Farben zuzuordnen. So entstehen Schwarz-Weiß-Bilder, bei denen weiß eine hohe Strahlungsintensität und schwarz eine geringe Strahlungsintensität bedeutet. Drei der zwölf Kanäle empfangen – ähnlich zum menschlichen Auge – Strahlung im solaren (kurzwelligen) Bereich, aber mit einer jeweils kleineren Bandbreite als unser Auge. Weitere acht Kanäle empfangen Strahlung im thermischen (langwelligen) Strahlungsbereich und damit Informationen, die unser Auge nicht erfassen kann. Jeder dieser elf Kanäle sieht für sich betrachtet zwar weniger als unser Auge, in der Kombination aller Kanäle erfasst ein Radiometer aber weitaus mehr Informationen von der Erde als der sehende Mensch. Das zwölfte Auge des Radiometers, der HRV-Kanal (High Resolution Visible), ist das Adlerauge unter den Kanälen, es sieht besonders scharf, also mit einer höheren Auflösung im gesamten sichtbaren Spektralbereich.

Jeder der einzelnen Kanäle liefert den Meteorologen ganz individuelle Informationen. Die sichtbaren Kanäle geben uns beispielsweise Auskunft über die räumliche Verteilung und Dicke der Wolken, sowie dort, wo keine Wolken vorhanden sind, auch über die Beschaffenheit der Erdoberfläche (Abbildung 1, HRV-Kanal). Die Kanäle im thermischen Strahlungsbereich sind hingegen sensitiv für bestimmte Strahlungstemperaturen. Da die Temperatur in der Atmosphäre gewöhnlich mit der Höhe abnimmt, kann mithilfe der erfassten Strahlungstemperaturen an den Oberkanten von Wolken auf die Wolkenhöhe geschlossen werden. Somit kann unterschieden werden, ob es sich um flache tiefe Wolken, um hohe Schleierwolken oder um mächtige hochreichende Wolken handelt (Abbildung 2, IR8.7-Kanal). Einige der infraroten Kanäle messen zudem in Absorptionsbereichen atmosphärischer Gase wie Ozon, Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Wasserdampf. So kann man die Ozonkonzentration in der Atmosphäre bestimmen oder erhält Auskunft darüber, in welchen Bereichen der Atmosphäre sich viel oder wenig Wasserdampf befindet. Zudem kann man noch eine Fülle weiterer Informationen aus den einzelnen Kanälen selbst oder aus einer Kombination verschiedener Kanäle gewinnen, was allerdings den Rahmen dieses Themas sprengen würde.

Im nächsten Teil dieser Reihe erfahren Sie, wie man mit einer geschickten Technik farbige Bilder erzeugen kann, die den Meteorologen weitere Möglichkeiten die Wetteranalyse bieten.

Dr. rer. nat. Markus Übel (Meteorologe)
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 07.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Wolkenklassifikation

6. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetterlexikon/von WINDINFO

Wolken zeigen sich in verschiedensten Gestalten: Mal als filigrane Schleier, mal als mächtige Ambosse oder bedrohliche Walzen. Eine Wolke ist eine vergleichsweise dichte Ansammlung winziger Wassertröpfchen oder Eiskristalle in der Luft. Wasser kondensiert dabei an Staubpartikeln, die als Kondensationskeime dienen, bei einer Luftfeuchtigkeit von 100 %. Die unglaubliche Vielfalt ihrer Erscheinungsformen machte es zunächst nahezu unmöglich, eine systematische Klassifikation von Wolken zu erstellen. Doch zu Beginn des 19. Jahrhunderts brachte der englische Pharmazeut und Amateurmeteorologe Luke Howard mit seinem Klassifikationsschema Ordnung in dieses Durcheinander. Er ordnete die Wolken ähnlich wie in der Biologie in Familien, Gattungen, Arten und Unterarten ein.

Seine Klassifizierung ist auch heute noch als internationales Standardwerk anerkannt und soll im Folgenden kurz erläutert werden. Die Wolkenfamilien werden zunächst nach ihrer Höhe über dem Boden (Stockwerk) klassifiziert: Es gibt hohe Wolken, die sich in mittleren Breiten in einer Höhe von 7 bis 13 km befinden, mittelhohe Wolken in einer Höhe von 2 bis 7 km und tiefe Wolken in einer Höhe von 0 bis 2 km. Zusätzlich gibt es Wolken mit großer vertikaler Ausdehnung, die sich über mehrere Stockwerke erstrecken. Pro Familie gibt es in der Regel zwei Gattungen: haufenförmige Wolken (Cumulus) und schichtförmige Wolken (Stratus). In höheren Stockwerken gibt es eine weitere Gattung, die aus reinen Eiskristallen bestehende Schleierwolken (Cirrus). In den unteren Schichten gibt es auch Mischformen zwischen Stratus und Cumulus (Stratocumulus). Insgesamt ergeben sich 10 Gattungen. Der Name einer Wolke setzt sich aus dem Namen des Stockwerks und der Gattung zusammen. Für hohe Wolken wird der Präfix „Cirro-„, für mittelhohe Wolken „Alto-“ und für vertikal mächtige Wolken „Nimbo-“ verwendet. Bei tiefen Wolken wird der Präfix weggelassen.

Die Arten beschreiben dann die Gestalt der Wolken, wie zum Beispiel, ob sie linsenförmig (lenticularis) oder schichtartig (stratiformis) sind. In den Unterarten werden weitere Eigenschaften wie Lichtdurchlässigkeit und Anordnung beschrieben. Als Beispiel einer Klassifikation sei die Wolke „Altocumulus stratiformis perlucidus“ genannt. Dabei handelt es sich um eine mittelhohe, flache Haufenwolke, die sich über eine große Fläche erstreckt und kleine Lücken zwischen den Wolkenteilen aufweist, durch die man den Himmel sieht. Umgangssprachlich sind diese als „Schäfchenwolken“ bekannt.

Diplom-Meteorologe Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Erste Höhepunkte der Tornadosaison in den USA

5. Mai 2024/in Thema des Tages/von WINDINFO

Manche würden sagen, dass es fast schon wie eine Pilgerreise anmutet: Jedes Jahr machen sich aus Deutschland – aber auch aus vielen anderen europäischen Ländern und sogar aus Australien – jede Menge Stormchaser auf den Weg in die Vereinigten Staaten, um dem Höhepunkt ihrer Leidenschaft zu frönen. Die Monate April und Mai sind in den USA Tornadozeit. Vor allem in den Bundesstaaten des mittleren Westens, hauptsächlich in Texas, Oklahoma und Kansas, aber auch in den angrenzenden Staaten, treten in dieser Jahreszeit häufig schwere Gewitter auf, die entsprechend oft mit Tornados einhergehen.

Doch warum genau in dieser Jahreszeit? Eine der speziellen Charakteristiken in den USA sind die fehlenden Gebirge in Ost-West-Ausdehnung, sodass polare Luftmassen aus Richtung Kanada direkt mit tropischen Luftmassen vom Golf von Mexiko interagieren können. Gerade in dieser Übergangsjahreszeit sind die Gegensätze dabei noch recht ausgeprägt. Das führt in der Folge oft zur Bildung dynamischer Druckgebiete in Form von Höhentrögen und Bodentiefs. Günstigerweise findet das ganze unter Beteiligung des Jetstreams statt, denn damit wird eine Gewitterzutat bereitgestellt, die unabdingbar ist für die Bildung von Superzellen und Tornados: Windscherung. Und davon gibt es dort reichlich. Dabei bezeichnet die Windscherung die Änderung des Windes mit zunehmender Höhe in Bezug auf Richtung und Geschwindigkeit. Dabei gilt grob gesagt: Je mehr Windscherung vorhanden ist, desto besser können sich strukturierte Gewitter in Form einer Superzelle bilden, die dann im Anschluss für die Tornadobildung sorgen.

Dabei zeichnet sich mittlerweile ein leichter, aber doch signifikanter klimatischer Trend ab. Mittlerweile ist immer häufiger zu beobachten, dass a) die Tornadosaison früher beginnt, oft schon Ende Februar und März und b) sich die betroffenen Gebiete zunehmend nach Osten verschieben. Oftmals werden mittlerweile auch die Bundesstaaten Arkansas, Mississippi, Tennessee, Alabama, Louisiana, Georgia und Kentucky sowie Ost-Texas von schweren Tornadolagen getroffen. Diese Region bezeichnet man dabei auch als „Dixie Alley” (siehe Abbildung 1).

In der aktuellen Saison kam es bereits schon mehrfach zu einigen recht heftigen Ausbrüchen mit zahlreichen Tornados auch abseits der bisher erwähnten Gebiete:

• 13.-15. März: Tornadoserie mit insgesamt 33 Tornados, davon acht der Stärke EF2 oder EF3. Insgesamt 4 Todesopfer in den Bundesstaaten Indiana und Ohio.
• 25.-28. April: Tornadoserie mit insgesamt 135 Tornados, davon 16 der Stärke EF2, 8 der Stärke EF3 und 1 Tornado der Stärke EF4 in Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, Iowa und Missouri. Insgesamt 6 Todesopfer. Der Ort Sulphur (Oklahoma) wurde schwer verwüstet.

Darüber hinaus gab es noch weitere, meist kleinere Ausbrüche mit einer niedrigen zweistelligen Anzahl an Tornados bis Ende April. Insgesamt zeichnet sich die Saison bisher als eher lebhaft ab. Nachfolgend noch einige Eindrücke der bisherigen Ereignisse.

M.Sc. Felix Dietzsch
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 05.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Wechselhaft und mäßig warm

4. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Zurzeit gestaltet sich das Wetter in Deutschland wechselhaft bei gemäßigten Temperaturen.

Nach dem Unwettertief FLURINA, welches am Donnerstag für schwere Gewitter in Teilen Deutschlands gesorgt hat und am Freitag noch das Wetter beeinflusst hat, nähert sich am heutigen Samstag das nächste Tief GULLA von Frankreich heran. Der Tag zeigt sich unterschiedlich bewölkt, gebietsweise scheint häufig die Sonne. Gegen Abend greift das Frontensystem von Tief GULLA auf Westdeutschland über und bringt dort gebietsweise schauerartiger, teils gewittriger Regen. Auch von Ostbayern bis nach Vorpommern können sich am späten Nachmittag und Abend einzelne starke Gewitter entwickeln. Ansonsten bleibt es meist niederschlagsfrei. Die Höchstwerte liegen zwischen 15 und 20 Grad, im Osten örtlich bis 23 Grad. Der Wind weht schwach bis mäßig aus Süd bis Südost.

In der Nacht zum Sonntag wird dann der Schwerpunkt der Niederschläge im Nordwesten und Südwesten des Landes erwartet. Auch im Osten sind anfangs einzelne Schauer und Gewitter unterwegs, bei Tiefstwerten zwischen 6 und 11 Grad.

Am Sonntag liegt Tief GULLA mit dem Kern über der Deutschen Bucht. Gebietsweise bleibt es wechselhaft mit Schauern und Gewittern. Zwischendurch zeigt sich auch mal die Sonne, bei Höchstwerten zwischen 15 und 22 Grad. Etwas kühler ist es im Nordwesten. Der Wind weht lebhaft aus westlichen Richtungen.

Auch die neue Woche beginnt wechselhaft. Dabei ist es vor allem im Süden und in der Mitte häufig nass. Im Norden hingegen mit der Winddrehung auf Nordost gelangt trockenere Luft und der Hochdruckeinfluss nimmt dabei zu. Dort bleibt es ab Dienstag auch trocken und die Sonne setzt sich auch häufiger durch. Am Temperaturniveau ändert sich dabei nur wenig. Lediglich im Norden besteht ab der Nacht zum Mittwoch örtlich Frostgefahr in Bodennähe.

Dipl.-Met. Marco Manitta
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 04.05.2024
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Gewittertief „Flurina“

3. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Am gestrigen Donnerstag, den 02. Mai 2024, bildete sich auf der Vorderseite eines Höhentroges eine Tiefdruckrinne aus, die von Baden-Württemberg über Rheinland-Pfalz und Hessen bis zum Westausgang des Ärmelkanals reichte. Eingebettet in diese Tiefdruckrinne lag das Tief „Flurina“. Dies wirkte zunächst noch recht harmlos, schien doch anfangs bei teils sommerlichen Temperaturen häufig die Sonne. Dabei konnte sich allerdings im Bereich der Tiefdruckrinne ordentlich Energie aufbauen. Zusammen mit einer ausreichend verfügbaren Feuchte bildeten sich so im Tagesverlauf zahlreiche kräftige Gewitter aus. Wegen der eher schwachen Höhenströmung ergab sich eine geringe Zuggeschwindigkeit der Gewitterzellen, was die Gefahr für Starkregen deutlich erhöhte. So blieb es nicht nur bei markanten Gewittern mit Starkregen, lokal eng begrenzt musste sogar vor extrem heftigem Starkregen gewarnt werden. Auch Hagel konnte zeitweise beobachtet werden, wie man beispielsweise den Nutzermeldungen aus der WarnWetter-App entnehmen konnte.

Im Laufe des Abends wuchsen die Gewitter immer weiter zusammen, sodass sich auch größere Bereiche mit Starkregen formierten, im Laufe der Nacht ließ die Intensität dann aber allmählich nach. Bis zum heutigen Freitagvormittag hielten die Regenfälle im Westen an, um bis zu den Mittagsstunden dann in Richtung Niederlande abzuziehen.

Besonders betroffen von den Gewittern waren Gebiete in Baden-Württemberg, Nordwest-Bayern, Rheinland-Pfalz, Hessen sowie im westlichen Nordrhein-Westfalen. Der Spitzenreiter aus dem DWD-Messnetz am gestrigen Tag war die Station in Bad-Neuenahr mit 59 Litern pro Quadratmeter (kurz: l/qm) innerhalb einer Stunde, gemessen gegen 19 Uhr. Dies entspricht ungefähr dem Niederschlag eines Monats, der dort innerhalb von einer Stunde niederging.

Gleichzeitig ist dies auch die Station mit dem größten Tagesniederschlag. Dort kamen innerhalb von nur 24 Stunden 89 l/qm zusammen. Auch in Bad Camberg im Hintertaunus (Hessen) fielen 86 l/qm, in Dahlem-Schmidtheim in der Eifel (NRW) kamen rund 80 l/qm zusammen. Die radarbasierte Niederschlagssummenabschätzung deutet an, dass die Mengen punktuell sogar noch etwas höher ausgefallen sein können.

Am heutigen Freitagmorgen wird auch das Ausmaß der Schäden allmählich klar. Nicht nur im bereits 2021 von einer Flutkatastrophe heimgesuchten Bad Neuenahr liefen Keller voll und wurden Straßen überflutet, in zahlreichen weiteren Orten kam es zu ebenfalls zu Überschwemmungen. Tückisch waren beispielsweise vollgelaufene Unterführungen, die mit dem Auto nicht mehr zu durchfahren waren. So mussten vereinzelt Menschen aus ihren schwimmenden Autos gerettet werden. Besonders dramatisch traf es zahlreiche Bewohner in Bad Homburg. Diese wurden in ihren Häusern eingeschlossen, weil der Wasserpegel des Eschbach rasant angestiegen war. Innerhalb von einer Stunde stieg der Pegel von 40 cm auf 254 cm an. Im baden-württembergischen Bisingen verwandelten sich hingegen die Straßen in reißende Flüsse. Dort sorgten die Unwetter ebenfalls für große Schäden.

Am heutigen Freitag zieht das Unwettertief „Flurina“ über die Nordsee in Richtung Großbritannien ab. Der Regen im Westen Deutschlands klingt dabei ab und es setzen sich einige Auflockerungen durch. Anders sieht es im Osten und Nordosten Deutschlands aus. Dort hält sich noch die wärmere und feuchtere Luft. In dieser bilden sich am Nachmittag erneut örtliche Gewitter. Lokal eng begrenzt ist auch unwetterartiger Starkregen dabei nicht ganz ausgeschlossen.

MSc.-Meteorologe Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 03.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Gewitter mit heftigem Starkregen am Donnerstag!

1. Mai 2024/in Thema des Tages, Wetter/von WINDINFO

Viel Sonnenschein nur einzelne harmlose Wolkenfelder und frühsommerliche Temperaturen. So gestaltet sich der heutige Tag der Arbeit. Lediglich im Bereich der westdeutschen Mittelgebirge sind ab dem Nachmittag einzelne Gewitter mit lokalem Starkregen, kleinem Hagel und stürmischen Böen möglich. Verantwortlich dafür ist eine über Westdeutschland, die sich im Tagesverlauf etwas nach Westen verschiebt.

Da die Luftmasse vor allem in höheren Schichten recht trocken ist und ein markanter synoptischer Hebungsimpuls zunächst fehlt, sind nur vereinzelte Gewitter im Bereich der Mittelgebirge möglich. Die Osthälfte liegt dagegen unter dem Einflussbereich einer Hochdruckzone über Nord- und Osteuropa. Deshalb sind dort in der stabil geschichteten Luftmasse keine Gewitter möglich und wir dürfen uns bei angenehmen Temperaturen häufig auf einen lupenreinen Maifeiertag freuen. Zum Donnerstag kommt die Tiefdruckrinne in Verbindung mit einem über Westeuropa liegenden nach Nordosten voran.

Dabei bildet sich eine Konvergenzlinie aus, die am Nachmittag in etwa von Schwaben über Südhessen bis nach Nordrhein-Westfalen reicht. Dadurch wird die recht feuchte Luftmasse zum Aufsteigen gezwungen und es bilden sich im Vergleich zum Vortag deutlich häufiger teils kräftige Schauer und Gewitter. Durch die relativ schwachen Höhenwinde verlagern sich diese nur langsam und können in Verbindung mit zunehmender Feuchte große Regenmengen produzieren.

Somit nimmt die Gefahr von unwetterartigem Starkregen deutlich zu. Örtlich können dabei Niederschlagsmengen um 30 Liter pro Quadratmeter innerhalb kurzer Zeit fallen. Aufgrund der zur Konvergenzlinie nahezu parallelen Verlagerung ist teils auch mehrstündiger Starkregen mit noch höheren Mengen nicht ausgeschlossen. Örtliche Überflutungen sind deshalb am Donnerstag durchaus möglich.

Zudem ist lokal auch Hagel mit von der Partie. Aufgrund der geringen vertikalen können die Gewitter am morgigen Tag nicht zu Superzellen heranwachsen. Deshalb ist großer Hagel sehr unwahrscheinlich. Größere Hagelansammlungen sind aber gerade auch aufgrund eines recht hohen Energie- und Flüssigwassergehalts dennoch lokal nicht auszuschließen. Auch der Wind wird morgen eine eher untergeordnete Rolle spielen. In kräftigeren Entwicklungen und auf der Vorderseite der Rinne im Osten sind zwar stürmische Böen, in kräftigen Gewittern auch Sturmböen mit dabei, schwere Sturmböen oder gar Orkanböen sind aber nicht zu erwarten. Somit liegt das Hauptaugenmerk eindeutig auf den Starkregen!

Das Tiefdruckzentrum (FLURINA) der Rinne verlagert bis zum Abend über Westdeutschland nach Benelux. Dadurch überquert die Kaltfront des Tiefs den Südwesten Deutschlands, weshalb eine Stabilisierung eintritt und die Schauer und Gewitter im Süden in Regen übergehen. Zudem fließt deutlich kältere Luft ein. Die Bewohner der Nordosthälfte dürfen sich dagegen auch morgen wieder über viel Sonnenschein und frühsommerliche Temperaturen freuen. Dort nimmt die Gewitterwahrscheinlichkeit erst am Freitag deutlich zu.

M.Sc. (Meteorologe) Nico Bauer
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.05.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst