Hagel ist immer mit kräftigen Schauern und Gewittern verbunden. In diesen herrschen starke Aufwinde, die sogar Geschwindigkeiten von über 30 m/s (ca. 110 km/h) erreichen können. In diesen Aufwinden findet die Hagelbildung in der Regel in den mittleren Bereichen der Gewitterwolken zwischen etwa 3 und 7 km statt. Dort herrschen Temperaturen von -10 bis -30 °C. Bei diesen Temperaturen gibt es in der Gewitterwolke eine Koexistenz von Wassertröpfchen, die ohne Vorhandensein von Kristallisationskeimen bis zu einer Temperatur von -40 °C im flüssigen Zustand verbleiben können, und Eiskristallen, die sich an Kristallisationskeimen, sogenannten Aerosolen (meist Staubpartikel), bilden (Kontaktgefrieren). Diese Eiskristalle wachsen zum einen durch Sublimation von Wasserdampf auf ihrer Oberfläche (trockenes Wachstum), zum andern gefrieren weitere unterkühlte Wassertropfen an den Eiskristallen fest (nasses Wachstum). Es bilden sich zunächst Graupelkörner, die als Hagelembryos fungieren. Mit wachsendem Radius gefrieren durch das größere Volumen immer mehr unterkühlte Wassertropfen an diesen Hagelembryos, sodass sich eine immer schnellere Wachstumsrate ergibt und sich aus den Graupelkörnern größere Eiskörner bilden. Diese Eiskörner nehmen irgendwann so stark an Gewicht zu, dass sie vom Aufwind nicht mehr in der Schwebe gehalten werden können und zu fallen beginnen. Oder sie werden durch den Wind aus dem Aufwindbereich des Gewitters geweht. Beim Fallen durch die Wolke können dann weitere Wolkentropfen festfrieren.

Wie groß also ein Hagelkorn wird, hängt maßgeblich von der Stärke des Aufwindbereiches ab. Dieser ist in rotierenden Gewitterzellen, sogenannten Superzellen, besonders stark. Da durch die Rotation der Aufwindbereich ständig vom Abwind getrennt wird, fließt permanent feuchte Luft in das Gewitter ein und erhält den Aufwind lange Zeit stabil. Nahezu alle großen Hagelkörner mit Korngrößen über 4 cm stammen aus Superzellen. Eine weitere wichtige Rolle spielt die Feuchteversorgung des Gewitters. Je feuchter die Luft in einer Höhe von etwa 1,5 bis 2,5 km ist, desto mehr Wasser (in flüssiger Form oder als Wasserdampf) steht dem Hagelwachstum zur Verfügung. Bei bis zu 2 cm Korndurchmesser verursacht Hagel nur leichte Schäden und das meist an Pflanzen. Hagelgrößen von über 2 cm können Früchte beschädigen und Risse in den Glasscheiben von Gewächshäusern verursachen. Ab etwa 3 cm Größe entstehen Schäden an Autos und kleinere Äste und Laub werden von Bäumen abgeschlagen. Ab 6 cm Korndurchmesser können Dachschindeln durchschlagen werden und es besteht ernsthafte Verletzungsgefahr.

Das größte in Deutschland registrierte Hagelkorn hatte einen Durchmesser von 14 cm und wurde am 6. August 2013 bei Undingen auf der Schwäbischen Alb gefunden. Es hatte ein Gewicht von 360 g. Doch es geht noch größer. Das größte Hagelkorn der Welt wurde mit 20 cm Korngröße am 23. Juli 2010 in Vivian, South Dakota gefunden.

Dipl.-Met. Christian Herold

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 16.08.2021

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Nachdem Hoch ELFI dem Tiefdruckeinfluss nicht mehr standhalten konnte und sich nach Osten abdrängen ließ, liegt Deutschland derzeit zwischen den Stühlen. Eine Hochdruckbrücke, die das Azorenhoch mit Hoch ELFI über Osteuropa verbindet, steht tiefem Luftdruck über Nord- und Nordwesteuropa gegenüber. In der Tiefdruckzone übernimmt dabei zunehmend das kräftige Tief LUCIANO das Wetterzepter und wandert allmählich Richtung Nordsee. Auf der Westflanke von Hoch ELFI sickerte schon seit ein paar Tagen warme bis sehr warme Luft aus Südeuropa ein. Somit konnten die Temperaturen vor allem in der Südhälfte gebietsweise sogar in den heißen Temperaturbereich über 30 Grad ansteigen. Auf der Vorderseite von LUCIANO nimmt die Zufuhr von der sehr warmen, teils heißen subtropischen Luft nun nochmals Fahrt auf. Allerdings ist die Luft auch mit ordentlich Feuchte angereichert, sodass diese im Süden auch schon schwül daherkommt. Am heutigen Samstag sowie am morgigen Sonntag stellt sich eine Wetter-Dreiteilung in Deutschland ein. Der Norden kommt leicht unbeständig und windig daher, der Süden schaurig, teils gewittrig und heiß und die Mitte freundlich und sommerlich. Bei dem bisherigen, eher typisch mitteleuropäischen Sommer aus der Vergangenheit kann in größeren Teilen des Landes zumindest von einem heißen sommerlichen Intermezzo gesprochen werden. Mit der heißen und teils feuchten Luft wird aber nun auch der Körper wieder deutlich stärker beansprucht. Aber auch die Sonne hat im eigentlichen Hochsommermonat August noch richtig Kraft.

Besonders deutlich merkt man die Kraft der Sonne auf der Haut oder an seiner Kleidung. Aber auch die Umgebung kann das Empfinden der Sonnenstrahlung stark beeinflussen (z.B. die Stadt als Wärmeinsel).

Von wesentlicher Bedeutung für den Wärmehaushalt ist die sogenannte „Albedo“ (v. lat. albus „weiß“). Sie ist ein Maß für das Rückstrahlvermögen von diffus reflektierenden, also nicht selbst leuchtenden Oberflächen, angegeben als das Verhältnis von reflektierter zu einfallender Lichtmenge. Eine Oberfläche mit einer Albedo von z.B. 0,3 reflektiert 30% der einfallenden Strahlung und absorbiert 70%. Je heller die Oberfläche, desto größer ist ihre Albedo.

Die höchsten Albedo-Werte bis 0,95 werden bei (Neu-) Schnee erreicht. Trockener heller Sand verfügt über eine Albedo zwischen 0,30 bis 0,45 und strahlt entsprechend bis zu 45% der kurzwelligen Sonnenstrahlung zurück. Allerdings werden über 55% der Strahlung absorbiert, sodass sich der Sand soweit aufheizen kann, dass man am Strand teilweise das Gefühl hat sich die Füße zu verbrennen. Der etwas dunklere Sand der Wüsten liegt nur geringfügig unter diesen Werten. Bei Grasflächen oder Waldgebieten werden noch bis zu 20% der einfallenden Strahlung reflektiert. Die geringste Reflektion und somit die größten Absorptionswerte weisen Wasser (kleiner 0,1) und durch das vorherrschende „dunkle“ Mauerwerk auch Straßen und Städte (0,1-0,18) auf.

Kleidung kann je nach Farbe und Stoff mehr oder weniger viel Wärme speichern. So absorbiert dunkle Kleidung die Sonnenstrahlen sehr stark und wandelt sie in langwellige Wärmestrahlung um, was wir dann direkt auf der Haut spüren können. Während dieser Effekt vor allem in den noch kühleren Frühlingsmonaten als angenehm empfunden wird, kann er im heißen Hochsommer doch eher zur Qual werden. Dann sind leichte helle Stoffe sowie generell kurzärmlige Bekleidung optimal. Helle Kleidung (weiß, gelb, etc.) heizt sich nicht so stark auf und reflektiert stattdessen einen großen Anteil der kurzwelligen Sonnenstrahlung. Doch sollten unbedeckte Hautflächen auch bei einem kurzen Hitzeintermezzo dringend durch Sonnencreme geschützt werden.

Die Feuchte in Kombination mit der Hitze wirkt sich dann auch innerhalb des Körpers nachhaltig aus. Von besonderem Interesse ist dabei der thermische Wirkungskomplex. Zu diesem Wirkungsbereich gehören alle Größen, die für den Austausch von Wärme zwischen dem lebenden Organismus und der ihn umgebenden Atmosphäre von Bedeutung sind. Die wichtigsten meteorologischen Größen sind dabei Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Strahlung. Für eine zahlenmäßige Erfassung und Einordnung des Wohlbefindens, der Gesundheit und der Leistungsfähigkeit des Menschen ist es notwendig, die thermischen Umweltbedingungen des Menschen in einer physiologisch korrekten sowie wirkungsvollen und praktischen Weise aufzubereiten, darzustellen und weiterzugeben.

Damit die inneren Organe und das Gehirn eines Menschen optimal funktionieren können, muss die Körpertemperatur auf einem konstanten Niveau (~37°C) gehalten werden. Dafür sollten die Wärmeproduktion im Organismus und die Wärmeabgabe an die Umgebung über einen längeren Zeitraum im Gleichgewicht stehen. Vom Wärmegleichgewicht abweichende Bedingungen werden dem Menschen – über das Gehirn gesteuert – durch Frieren oder Schwitzen bewusst und führen so zu einer Anpassung des Verhaltens, z.B. durch Ablegen von Kleidung, Verminderung der Aktivität oder Aufsuchen von geschützten bzw. klimatisierten Räumen.

Um das thermische Empfinden auf Basis der vorgefundenen Umgebungsbedingungen zu analysieren und vorherzusagen, betreibt der Deutsche Wetterdienst aufbauend als thermisches Bewertungsverfahren das sogenannte „Klima-Michel-Modell“. Dabei greift er auf die „gefühlte Temperatur“ als eine Variante der äquivalenten Temperatur zurück, die die Anpassung der Bekleidung an die aktuellen thermischen Bedingungen berücksichtigt. Allerdings gelten die Bewertungen jeweils nur für einen aufrecht stehenden Menschen. Der Klima-Michel beschreibt bei der Bewertung einen Norm-Menschen. Dieser erbringt eine Arbeitsleistung von 172,5 Watt bzw. 135 Watt pro Quadratmeter Hautoberfläche. Dies entspricht dem Zustand „Gehen“ mit etwa 4 km/h in der Ebene.

Derzeit werden darauf aufbauend die Warnschwellen an Ober- und Hochrhein sowie in Teilen Bayerns überschritten, sodass dort eine Hitzewarnung vor starker Wärmebelastung ausgegeben wurde. Vor allem ältere und kranke Menschen sollten in diesen Gebieten viel trinken und tagsüber eher kühle Räumlichkeiten aufsuchen.

Doch schon ab Montag wird das Land auf der Rückseite von Tief LUCIANO von kühler Atlantikluft geflutet. Damit beendet LUCIANO dann auch die sommerlich warme, teils heiße Witterungsperiode und bringt einen Vorgeschmack auf den Herbst.

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 14.08.2021

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Warum wird es heute und in den kommenden Tagen in Deutschland wieder hochsommerlich warm? Und wie sieht es mit der Temperatur in anderen Teilen Europas aus? Diesen Fragen geht das heutige Thema des Tages nach.

In den Medien, aber auch in den sozialen Kanälen des DWD wurde ja schon darauf hingewiesen: Uns steht ein hochsommerlicher Witterungsabschnitt bevor. Dies bedeutet morgen im Süden, am Freitag dann im Süden, der Mitte und im Osten Höchstwerte um 30 °C.

„Unsere“ Warmluft kommt dabei, wenig überraschend, aus Südwesten. Verantwortlich dafür zeichnet das Hochdruckgebiet ELFI. Dieses ist aktuell (Mittwoch, 11.8., vormittags) über den Alpen zu finden und wandert zögerlich nach Osten. Auf der Rückseite des Hochs wird dann von Frankreich her subtropische Luft nach Mitteleuropa geführt.

Um zu charakterisieren, ob eine Luftmasse „warm“ oder „kalt“ ist, wird unter Meteorologen gerne die Temperatur in 850 hPa (Hektopascal) herangezogen. Dieser Druck entspricht etwa einer Höhe von 1,5 km. Was das Besondere an dieser Höhe ist? Der durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufene Tagesgang der Temperatur, der vor allem bodennah und in den unteren Luftschichten stark ausgeprägt ist, spielt in dieser Höhe (praktisch) keine Rolle mehr. Somit liefert die 850-hPa-Temperatur ein recht verlässliches Maß dafür, ob eine Luftmasse ein eher hohes oder niedriges Temperaturniveau aufweist.

Die beigefügte Grafik zeigt für große Teile Europas für den morgigen Donnerstag (Mittag) die Temperatur in 850 hPa. Man erkennt, dass sich über Westeuropa und dem westlichen Mitteleuropa eine „Warmluftblase“ (orange-rötliche Farben) nach Nordosten schiebt. Sie sorgt bei uns für die erwarteten sommerlichen Temperaturen, die allerdings, wie oben schon erwähnt, nicht alle gleichermaßen treffen. Insbesondere an der Nordsee bleibt es mit Höchstwerten zwischen 20 und 25 °C kühler als im Rest des Landes. Das liegt nicht nur daran, dass die Warmluft bis in den Norden einen weiteren Weg hat als in den Süden, sondern auch daran, dass der Warmluftvorstoß eher zur Ostsee als zur Nordsee gerichtet ist (vgl. Richtung des „Warmluftpfeils“ über Frankreich).

Die großräumigere Betrachtung offenbart, dass sich von West- bis nach Osteuropa Warm- und Kaltluftvorstöße abwechseln. Ins östliche Mitteleuropa und ins westliche Osteuropa strömt morgen von Skandinavien und dem Nordatlantik kühlere Luft (gelb eingefärbt). Noch weiter östlich – über dem Westen, insbesondere aber über dem Südwesten Russlands – wird dann wieder Warmluft nach Norden geschoben. Dort könnte man auch guten Gewissens von Heißluft sprechen, denn die Temperaturen in 850 hPa erreichen nördlich des Kaspischen Meeres mehr als 20 °C.

Diese Strömungsmuster zeigen sich dann auch in den morgen erwarteten Höchsttemperaturen, hier beispielhaft für die Städte Berlin, Minsk und Saratov (in der Karte von West nach Ost jeweils mit einem Stern markiert). Während die Vorhersagemodelle für Berlin als Maximaltemperatur 29 °C anpeilen, sollen es im „kalten“ Minsk nur 22 °C werden. Dagegen ist Saratov mit 37 °C im wahrsten Sinne des Wortes ein „heißes Pflaster“.

Auffällig ist über Russland auch, wie weit die Warmluft nach Norden ausgreifen kann. Die 10 °C-Isotherme, also der Übergang von gelb zu orange, schafft es bis zum Weißen Meer und zur Küste der Barentssee. Entsprechend hoch liegen dort dann auch die Tagesmaxima, Archangelsk am weißen Meer soll es immerhin auf 23 °C bringen – und damit wärmer sein als Minsk.

Ein Problem bringen die hohen Temperaturen über Russland aber mit sich. Die dortigen Waldbrände werden eher angefacht, als dass das Wetter für ein Nachlassen der Brände sorgen würde. *

Dipl.-Met. Martin Jonas

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 11.08.2021

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Bodenwetterkarten sind mit allerlei meteorologischen Informationen gespickt. Neben den visuell auffälligen Drucksystemen und Fronten liefern die Stationsmeldungen, die durch unzählige kleine Kreise, Pfeile und Zahlen gekennzeichnet sind, weitere Informationen zum Wetter. Wir geben heute eine kleine Interpretationshilfe.

Jeder hat vermutlich schon einmal eine Bodenwetterkarte gesehen, sei es auch nur eine vereinfachte oder optisch aufbereitete Karte in Print- oder Fernsehmedien. Die Bodenwetterkarte stellt im Grunde eine Landkarte dar, welche die Wetterverhältnisse in einem definierten geografischen Gebiet zu einer bestimmten Zeit wiedergibt. Anhand der in der Bodenwetterkarte eingetragenen meteorologischen Wettermeldungen lassen sich neben dem aktuellen Zustand der Luftdruckverhältnisse über einem größeren Gebiet auch Aussagen über Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie Luftmasseneigenschaften wie Temperatur oder Taupunkt sowie Niederschlag und Wolkenverhältnisse treffen. Anhand dieser Informationen können Meteorolog:innen mittels der Analyse dieser Daten einen genauen Ist- Zustand der gegenwärtigen atmosphärischen Bedingungen im Bodenniveau gewinnen und schlussendlich die Lage von Wettersystemen wie Fronten bestimmen. Die Bodenwetterkarte verschafft bei der täglichen Arbeit eine Übersicht über das aktuelle Wettergeschehen und bildet gleichermaßen auch eine Basis für die Kurzfristprognose über die nächsten Stunden.

Betrachtet man nun eine solche Bodenwetterkarte dann fallen einem neben den Isobaren (Linien gleichen Luftdrucks) und den Fronten unzählige kleine Kreise mit allerhand Zahlen und Symbolen ins Auge. Ungeübte kann dieses scheinbare Wirrwarr zunächst überfordern. Mit ein bisschen Übung vermag man jedoch rasch das zugrundeliegende System zu erfassen. Die Darstellung der Stationsmeldung fußt auf einem weltweiten Standard, dem Stationsmodell. Einige Parameter werden dabei über den Synop-Schlüssel in codierter Form wiedergegeben, um die Fülle der Informationen nicht unübersichtlich werden zu lassen. Anhand eines fiktiven Beispiels (siehe Abbildung unten) gehen wir Schritt für Schritt die einzelnen Parameter durch. Zuvor sei darauf verwiesen, dass es eine Vielzahl an Symbolen für die vielen verschiedenen Wolkenarten und Wettererscheinungen gibt. Diese erlauben eine sehr visuelle Beschreibung des Wetters am Standort der Bodenwetterstation. Zur Interpretation helfen dabei Symboltabellen und deren zugrundeliegender Codierung.
Das Stationsmodell ist in festgelegter Weise stets gleich aufgebaut. Der Stationskreis in der Mitte gibt den Bedeckungsgrad in Achtel an der Station zum Messzeitpunkt wieder. Die an den Stationskreis angebrachte Windfieder zeigt die Windrichtung und Windstärke in Knoten an. Die Symbole über dem Kreis stehen für die registrierten Wolkenarten im hohen und mittelhohen Stockwerk. Das Symbol unter dem Kreis visualisiert die tiefen Wolken. Das gegenwärtig registrierte Wetter wird von dem Symbol links, der Wetterverlauf der letzten Stunden von dem Symbol rechts des Stationskreises dargestellt. Die Zahlen rund um den Stationskreis geben dann noch Informationen (hier im Gegenuhrzeigersinn) zur Temperatur, Sicht, die Taupunktstemperatur, die Höhe der tiefsten Wolken über Grund und deren Bedeckungsgrad, die Luftdruckänderung in den letzten 3 Stunden (als Symbol) und den Betrag der Änderung sowie den Luftdruck (in 1/10 hPa).

In einem gewählten fiktiven Beispiel (siehe Abbildung) kann so aus wenigen Zahlen und Symbolen das gegenwärtige Wetter abgelesen werden. Der Himmel war zu 7/8 Achtel mit Wolken der Art (vom obersten ins tiefste Stockwerk) Cirrus und dünnen Altocumulus sowie 5 Achtel der Art Cumulonimbus mit einer Wolkenbasis von 300 bis 600 Meter über Grund bedeckt. Dazu gab es einen leichten Regenschauer bei einer Lufttemperatur von 15 Grad und einer Taupunktstemperatur von 13 Grad. Die Sichtweite betrug zum Messzeitpunkt 15 km (siehe Tabelle der Codezahlen zur Sichtweite und deren Umrechnung). Der Wind wehte mit 15 Knoten aus der Richtung Süd-Südost. Der Luftdruck lag bei 1007,8 hPa mit einer erst fallend und dann steigenden Luftdrucktendenz und einer Zunahme von 1,1 hPa. Der Wetterverlauf der letzten Stunden war durch Schauer geprägt.

Wie sie sehen, kann man aus so einer kompakten Stationsmeldung ziemlich viele meteorologische Informationen in relativ kurzer Zeit gewinnen.

M.Sc.-Met. Sebastian Altnau

Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 09.08.2021

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Irgendwie will der Sommer in Deutschland dieses Jahr gefühlt nicht so richtig in die Gänge kommen. Schaut man aber etwa 200 Jahre ins Jahr 1816 zurück, dann gab es tatsächlich ein „Jahr ohne Sommer“.