Neues satellitengebundenes Blitzmesssystem hilfreich für Wetterwarnungen?

Die konvektive Saison mit Gewittern jeglicher Intensität hat bereits begonnen. Vom vergangenen Sonntag bis Dienstag gab es die ersten, teils intensiven Gewitter in diesem Frühling. Die meisten Gewitter treten in Deutschland zwischen Mai und August auf. Eines können wir Vorhersagemeteorologen des Deutschen Wetterdienstes kaum erwarten: die Nutzung der Satellitenbilder und der Blitzdaten der neuen Satellitengeneration Meteosat Third Generation (MTG). Voraussichtlich wird diese Satellitengeneration unsere Gewittervorhersagen und -warnungen in Zukunft verändern. 

Mammatuswolken und Blitz an einer Superzelle bei Sanderson/Texas, USA im Mai 2023. Quelle: Felix Dietzsch  

MTG ist ein geostationäres Satellitensystem, das – an einem festen Punkt über dem Äquator positioniert – aus 36.000 km Höhe über der Erde Europa, Afrika und deren angrenzende Regionen kontinuierlich im Blick behält. Zwar sind die Produkte des MTG noch nicht operationell im Einsatz, stehen aber für die Evaluierung bei den Wetterdiensten zur Verfügung.
Auf die neuen Satellitenprodukte wurde Mitte Februar in einem Tagesthema unseres Kollegen Christian Herold genauer eingegangen. Mit diesen Bildern ist unter anderem das Verfolgen von Gewittern nahezu in Echtzeit und mit deutlich höherer Genauigkeit möglich. Im heutigen Tagesthema soll aber ein Blick auf das neue Blitzmesssystem geworfen werden.
Mit dem Lightning Imager an Bord von MTG werden seit vergangenem Jahr über Europa und Afrika bis nach Südamerika und in den Nahen Osten Blitzdaten gesammelt. Dies geschieht über vier hochfrequente und sehr empfindliche Kameras. Diese detektieren Blitze als optische Lichtimpulse. Im Grunde „sieht“ der Lightning Imager von oben, dass eine Wolke hell wird und flackert. So können Anzahl, aber auch räumliche und zeitliche Ausdehnung sowie die Intensität der Blitze gemessen werden. Eine solche Art der Detektion ist bereits seit Jahren unter anderem über Nord-, Mittel- und Südamerika und den angrenzenden Ozeanen im Einsatz. Nun gibt es solch ein System auf für diese Seite der Erdkugel.
 

In Europa waren bisher nur bodengebundene Messsysteme im Einsatz. Über zahlreiche Antennen, die in bestimmten Abständen über Europa verteilt stehen, können die elektromagnetischen Impulse der Blitze registriert und über die Laufzeitunterschiede deren Position auf wenige 100 Meter Genauigkeit bestimmt werden. Die gefährlichen Boden-Wolken-Blitze als auch die Blitze innerhalb und zwischen den Wolken können so gut erfasst werden. Nur wenige Blitze werden verpasst. Der satellitengebundene Lightning Imager erfasst ebenfalls alle Blitzarten. Zudem kann die Blitzaktivität von Gewittern nun aber auch über Ozeanen als auch über weite Strecken über Land kontinuierlich überwacht werden, während die Detektion über bodengebundene Messsysteme von der Dichte und Verteilung der Sensoren abhängig ist. Mit dem Lightning Imager kann es allerdings auch passieren, dass Blitze verpasst werden, da die Blitzmessung von einem Satelliten aus von der optischen Dicke der Wolken abhängig ist. Sind Gewitterwolken zu mächtig, kann der Lightning Imager unter Umständen Blitze übersehen. Des Weiteren ist die Detektion der Blitze der Parallaxe unterworfen. Gemeint ist, dass der Lightning Imager an Bord des fest über dem Äquator stehenden Satelliten in höheren Breiten – also unter anderem in Mittel- und Nordeuropa – schräg auf die Erde schaut, wodurch die Position der Blitze dort ungenauer wird. Die Kombination von bodengebundenen und satellitengestützten Blitzmesssystemen ermöglicht eine höhere Effizienz und ist von großem Nutzen. 

Gewitterkomplex im Mai 2023, aufgenommen in Roy/New Mexico, USA. Quelle: Felix Dietzsch 

Wie kann dieses Blitzmesssystem unsere Vorhersagen und Warnungen unterstützen oder verbessern?

Der Umstand, dass nun auch von einem Satelliten aus Blitze erfasst werden, erlaubt uns Vorhersagemeteorologen Gewitter noch umfassender zu erkennen. Zudem ergeben erste Studien folgende Erkenntnisse:
 

In einem sich intensivierenden Gewitter treten in Aufwindregionen sehr viele und insbesondere kurze Blitze auf. Der Lightning Imager kann nicht nur die Anzahl, sondern auch die räumliche Ausdehnung (lange/kurze Blitze) messen. Darüber hinaus kann eine ringförmige Ansammlung von Blitzen um den Aufwindkern in der Nähe von sogenannten „overshooting tops“ (also ein Durchbruch des Aufwinds durch die Tropopause) ein Zeichen für einen extrem starken Aufwind mit einem hohen Potential für großen Hagel und heftigen Starkregen sein. Auch wurde herausgefunden, dass bei in sich zusammenfallenden Gewittern die Blitzlänge zunimmt. Ob uns diese Erkenntnis bei der Erstellung von Warnungen helfen kann, wird die Evaluierung zeigen. 

Forschung wird ebenso hinsichtlich sogenannter „lightning jumps“ (engl. für „Blitzsprünge“) betrieben. Diese beschreiben eine rasche Zunahme der Blitzintensität bzw. der Anzahl an Blitzen und tragen zur Bewertung der Schwere eines Gewitters bei. Solche Blitzsprünge kommen nämlich häufig in schweren Gewittern vor und werden vor allem kurz vor dem Auftreten von (großem) Hagel beobachtet. Unsere Hoffnung ist, dass solche lightning jumps mit dem satellitengebundenen Messsystem noch zuverlässiger detektiert werden können. 

Forschende fanden heraus, dass sich Aufwinde in Gewittern verstärken und auch im Umfang wachsen, kurz bevor die Anzahl an Hagelkörnern innerhalb des Aufwinds sowie die Blitzanzahl zunehmen. Außerdem können in schweren Gewittern mit hohem Schadenspotential häufig mehrere Blitzsprünge beobachtet werden. Also auch die Anzahl an Blitzsprüngen kann einen Hinweis auf die Schwere eines Gewitters geben.
 

Bis es zur operationellen Anwendung der neuen Blitzdaten des Lightning Imagers auf MTG kommt, werden noch einige Monate vergehen. Mit der pre-operationellen Nutzung können wir die neuen Daten aber schon auf Herz und Nieren prüfen. 

Diplom-Meteorologin Julia Tuschy
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.03.2025
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