Landesweite Unwetterlage vom 13. Juli 2021

Am Dienstag, den 13. Juli 2021 kam es in Sachsen, Thüringen und Sachsen-Anhalt zu teils heftigen Unwettern. Medial sind diese Gewitter eher außen vor geblieben, was u.A. an den verheerenden Fluten im Westen Deutschlands lag. Bereits einige Tage im Voraus konnte man durch die Modellvorhersagen eine entsprechende Lage in den Bereich des Möglichen einordnen. Eine ausführliche Analyse zur Gewitterlage in Mittel- und Süddeutschland.

Synoptik und Setup-Berechnungen

Schauen wir uns zunächst die Wetterlage an. In der Höhe erkennen wir deutlich einen Trog über Westeuropa, siehe auch die Europa-Analyse von GFS. Bodennah liegt ein Tiefdruckgebiet bei Island und das Subtropenhoch bei den Azoren. Unter dem Westeuropäischen Trog befindet sich, ziemlich genau über Mitteleuropa, ein Boden-Tiefdrucksystem mit dem Namen Bernd. Am Abend des 13. Juli liegt das Zentrum des Höhentiefs über Südost-Frankreich. Bodennah befindet sich das Zentrum der Tiefdruckrinne auf einer Linie von Sachsen-Anhalt bis nach Slowenien. Dadurch werden warme bis heiße, aber auch feuchte Luftmassen nach aus Südosten nach Mitteleuropa gepumpt. Um 18 Uhr UTC befindet sich im 850 hPa-Niveau über dem Balkan die 25°C-Isotherme. Über Tschechien liegt die Temperatur in ca. 1500 m Höhe zum gleichen Zeitpunkt bei max. 23°C, in Sachsen bei 15°C bis 18°C. Diese Werte sind an sich nichts ungewöhnliches, unter Hochdruck und bei voller Einstrahlung würden damit am Boden wohl 32°C bis 37°C erreicht werden. Die Tiefdruckrinne advehiert dabei Warmluft aus Südost-Europa.

Einige Stunden vorher konnte man mit den Berechnungen der Lokalmodelle (SuperHD der Kachelmann GmbH, ICON-D2 des DWD, AROME u.A.) relativ gut die voraussichtlichen Schwerpunkte einer möglichen Lage eingrenzen. Im Folgenden handelt es sich zunächst nur um Berechnungen, die tatsächlichen Messungen und Vergleich mit den Modellen schauen wir uns später mithilfe der Radiosondenaufstiege an.

CAPE (Potenziell verfügbare Energie): Die höchsten CAPE-Werte wurden knapp östlich des Bayerwald-Kammes berechnet. Die höchsten (bodennahen) Werte variierten dabei zwischen 2300 J/kg und 2900 J/kg. Bis zum Abend sollten die Werte auch in Sachsen auf teils deutlich über 1500 J/kg steigen.

CIN (der berüchtigte „Deckel“): Zunächst sehr hemmend in Bezug auf Gewitterbildung. In Tschechien wurde ein starker Deckel mit hohen CIN-Werten berechnet. Bis zum späten Nachmittag sollte der Deckel weitestgehend abgebaut und durchbrochen sein.

KO-Index: Der KO-Index wurde, schwerpunktmäßig in Tschechien, extrem niedrig berechnet. Dies deutet auf eine sehr labil geschichtete Luftmasse hin. Sowohl Lokal- als auch Globalmodelle waren sich diesbezüglich einig und berechneten einen Indexwert von deutlich unter -10.

K-Index: Auch der Konvektions-Index war extrem hoch, GFS und und das EZMW berechneten Indexwerte von 34 bis 44 in der Spitze. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass es ab Werten von über 40 zu schweren Gewittern kommen kann. Die höchsten Werte wurden im nördlichen Tschechien simuliert. An dieser Stelle sei noch kurz der Soaring-Index als Indikator für die Thermik erwähnt, dieser wurde bei 10 bis 15 simuliert.

Lifted Index: Da der L-Index wie der K-Index die Stabilität einer Luftmasse angibt, war auch dieser im Vorfeld extrem niedrig berechnet worden. Das GFS simulierte Werte unter -5K in Tschechien und im Dreiländereck Deutschland-Tschechien-Polen.

ML-CAPE und LI

Radiosondenaufstiege und Basishöhen

Nachdem wir die Modellvorhersagen der verschiedenen Parameter analysiert haben, wergen wir diese nun mithilfe der Radiosondenaufstiege verschiedener Messstellen auswerten. Die Grafiken stammen von der University of Wyoming.

Sounding Prag

Die obige Grafik zeigt den ausgewerteten Radiosondenaufstieg von Praha-Libus am 13. Juli um 12 UTC (14 Uhr MESZ). Eine detallierte Erklärung, wie diese Grafik zu lesen ist, gibt es bei der Universität selbst, oder auch auf der Wetteran-Website.

Die Temperatur in 2 Meter Höhe liegt zum Zeitpunkt bei 27,4°C, der Taupunkt bei tropischen 20,3°C. Es ist eine potenzielle Energie von 1495 J/kg (CAPE) vorhanden. Die CAPE-Werte wurden von den konvektionserlaubenden 0Lokalmodellen sehr unterschiedlich berechnet, ziemlich gut lag hier AROME. Die Luftmasse war um 14 Uhr wie erwartet noch stark gedeckelt (gemessenes CIN: -123), in dieser Stärke wurde das von den Modellen nicht berechnet.

Basishöhen: Wir beginnen beim LCL (lifted condensation level; im Sounding als LCLP bezeichnet). Das LCL kann gut zur annähernden Höhe der Wolkenbasis herbeigezogen werden, speziell bei konvergierenden Luftmassen. Ein hohes LCL-Niveau spricht für eine hohe Wahrscheinlichkeit schwerer Windböen durch trockene Grundschicht, niedriges LCL erhöht die Tornadogefahr bei etwaigen Superzellen. Das LCL liegt hier bei 877 hPa. Die zweite wichtige Basishöhe, das LFC (level of free convection; im Sounding als LFCT bezeichnet). Das LFC liegt im 686 hPa-Niveau. Eine geringe Differenz zwischen LCL und LFC deutet auf einen schwachen Deckel hin. Zu erklären ist dies damit, dass das Integral zwischen Trockenadiabate und Temperaturkurve im Bereich LCL und LFC den CIN-Wert beschreibt, analog zum CAPE-Wert durch LFC und EL. Der Deckel ist entsprechend stark (CIN = -123; wie oben beschrieben), LCL und LFC liegen weit auseinander. Basishöhe drei, das EL (equilibrium level) liegt bei 213 hPa, was an diesem Tag etwa 12 km Höhe entspricht. Das EL zeigt in etwa die erwartete Wolkenobergrenze.

Zusammengefasst lässt sich folgendes sagen: Das LCL ist mäßig hoch, die Differenz zum LFC ist hoch, weshalb es zunächst einen starken Deckel gibt. Ein hohes EL begünstigt schwere Entwicklungen (bei Durchbrechen des Deckels) und steigert die CAPE-Werte. Die Windscherung ist mäßig stark.

Der Deutsche Wetterdienst erläutert die Situation in einer Unwetter-Vorabinformation:

Konvektive Entwicklung; Nowcasting

Entwicklung am Vormittag: Schwerpunkt Schweiz, Baden-Württemberg, Bayern

Am Morgen des 13. Juli gab es bereits in Nordwest-Italien sowie in der Schweiz schwere Gewitter mit heftigen Regenfällen. Schwerpunkt war hier der Kanton Tichino mit Regensummen von 40 bis 70 mm in wenigen Stunden. Die ersten, noch nicht weiter nennenswerten Gewitterzellen bildeten sich ab ca. 11 Uhr im südwestlichen Bayern. Lange überlebten diese nicht, bis 14 Uhr sind daraus wieder unspektakuläre Schauerzellen geworden.

Ab 15 Uhr: Entwicklung eines Gewittersystemes im Vogtland und Thüringer Wald

Am Nachmittag entwickelten sich, zunächst im Vogtland und östlichen Thüringer Wald, mehrere Gewitterzellen. Zum Zeitpunkt lag die Konvergenz ziemlich genau dort, durch orographische Unterstützung wurde der Deckel durchbrochen.

Um 17 Uhr MESZ befindet sich über der Region Bad Lobenstein/Hof ein mächtiger Gewitterkomplex. Zeitweise weist dieser Rotation auf, auch ein Hook-Echo bildet sich kurzzeitig aus. Siehe dazu eine Analyse im Wetterzentrale-Forum: wzforum.de. Auf dem Satellitenbild ist ein Overshooting Top bei Schleiz erkennbar, auch der Seitenaufriss bestätigt dies. Die Stadt Hof hat zeitweise den Katastrophenfall ausgerufen.

Bei Hof konnten die Unwetterjäger diese Superzelle einfangen:

www.youtube.com

Entwicklung eines blitzintensiven Gewitterclusters in Tschechien, Bow-Echo über Sachsen und Brandenburg

Ab 18 Uhr entwickelte sich in Tschechien und am Erzgebirge zunehmend ein mächtiger Gewittercluster. Der Prager Radiosondenaufstieg von 20 Uhr MESZ hat nochmals bestätigt wie energiereich die Luftmasse war, kurz vor den Gewittern wurde ein CAPE-Wert von 2200 J/kg gemessen, der KO-Index lag bei -15. Geprägt wurde der Gewittercluster insbesondere von einer enorm hohen Blitzaktivität, Raten von teils deutlich über 2000 Blitzen pro Stunde waren keine Seltenheit.

Kurz vor 19 Uhr schafften es die ersten Zellen über den Erzgebirgskamm. Schwerpunkt des Gewittergeschehens war am frühen Abend der Erzgebirgskreis: kachelmannwetter.com. Südlich von Annaberg-Buchholz wurde um 20 Uhr eine Blitzrate von knapp 4000 Blitzen pro Stunde registriert. Mittlerweile hatte sich eine massive Gewitterlinie entwickelt, welche gegen 21:45 Uhr auch das Osterzgebirge und die Sächsische Schweiz erreicht hatte.

Die folgenden Bilder konnte Niklas Dost (🔗 Instagram) im Erzgebirge aufnehmen:

Blick auf Meinersdorf/Burkhardsdorf (südlich von Chemnitz)
Aufzug der Gewitterfront in Meinersdorf

Am nördlichen Rand des Osterzgebirges konnte ich diese sehenswerte Shelfcloud einfangen:

Gewitteraufzug bei Freital

Hotspot in Bezug auf Regensummen war Freiberg, lokal eng begrenzt kam es zu heftigen Überflutungen, teils fielen 100 l/m² in nur einer Stunde. Tobias Hämmer war in Freiberg unterwegs:

Wieder ließ sich ein äußerst fotogener Aufzug beobachten:

Entlang der Gewitterfront entwickelten sich immer wieder rotierende Aufwinde, Tornadoverdachtsfälle gab es aber keine. Das Satellitenbild zeigt gut die hochreichenden Gewitterwolken des MCS, inklusive Overshooting Tops. Nach Durchzug des Gewittersystemes kam es zu länger anhaltendem Landregen. In den Tschechischen Regionen Ústecký, Stredoceský und Liberecký kam es auch nach den Hauptgewittern immer wieder zu starken Einzelentwicklungen, lokal nochmal mit Hagel.

Messwerte

Die Messwerte der Wetterstationen können das Gesamtgeschehen aufgrund der zu geringen Stationsdichte nur lückenhaft darstellen. Niederschlagstechnisch kann man die Schwerpunkte gut mit den Radar-Analysen des DWD auswerten. Die höchsten Regensummen wurden in Freiberg (ca. 100 mm; private Messung), rund um Hof (Hirschberg: 88,3 mm, Hof: 85,1 mm), sowie im Mansfelder Land (Querfurt: 82 mm) gemessen. Einen Bericht mit Bildern und Videos zu den Gewitterzellen bei Gera sowie im Freiberger Raum gibt es auf der Website von frontgewitter.de.

Der Wind spielte eine eher untergeordnete Rolle. Meist blieb es bei stürmischen Böen, in der Sächsischen Schweiz wurde (Lichtenhain-Mittelndorf) mit 89,3 km/h aber auch eine schwere Sturmböe registriert.

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