Der Sommer naht mit grossen Schritten. Nicht nur die längeren Tage und die hohen Temperaturen erinnern daran. Gestern kam es sogar zum ersten schweizer Hagelgewitter im Jahr 2016. Aufmerksamkeit in den Medien bekam es keine, da es sehr lokal war. Dokumentiert wurde der Hagel in Hemishofen SH, das in der Nähe von Stein am Rhein liegt.
Bild: http://www.sturmforum.ch/forum_uploads/incoming/20160404_204543_Marco_Hemishofen_frei.JPG
Im Schweizer Sturmforum war von Korngrössen zwischen 1 und 3 Zentimetern die Rede. Das ist zwar kein Hagelschlag mit grossem Schadenspotential, wäre aber dennoch ein eher seltenes Ereignis für Mörschwil. Seit ich meine Wettersation betreibe lag die maximale Korngrösse zwischen 1 und 2 Zentimetern und im Schnitt gab es nur etwa ein kleineres Hagelereignis pro Jahr.
Hagel wird in der Regel mit Hitze assoziert. Hitze? Das Temperaturmaximum in Mörschwil lag gestern bei 21.3°C. Für den April ist das zwar ordentlich warm, aber von Hitze sprechen wir erst ab um die 30°C. Das Hagel von Hitze verursacht wird, stimmt nur bedingt. Damit Hagel entsteht ist eine Gewitterwolke mit starkem Aufwind notwendig, sodass die Hagelkörner lange darin verweilen und wachsen.
Der Aufwind entsteht aber nicht durch Hitze, sondern durch Labilität. Bei starker Sonneneinstrahlung wird die Luft über dunkleren Flächen stärker erhitzt als jene über hellen Flächen. Je wärmer ein Luftpaket ist, desto geringer seine Dichte, es ist spezifisch leichter. Die warme Luft besitzt also eine geringere Dichte als die vergleichsweise kalte Umgebungsluft. Darum steigt sie auf, es entsteht Auftrieb. Die Temperatur ist dabei viel weniger relevant als die stärke der Sonneneinstrahlung. Und die ist aktuell gross, da die Tag- und Nachtgleiche schon vor einer Weile überschritten wurde.
Unser Luftpaket befindet sich also im Aufstieg. Dabei kühlt es sich mit 1°C pro 100 Höhenmeter ab. Es enthält immer eine bestimmte Menge Wasserdampf, genauer gesagt Wassergas. Luft kann aber nur eine bestimmte Menge Wassergas aufnehmen. Die höchstmögliche Menge sinkt wenn die Temperatur sinkt. Irgendwann hat sich das Lufpaket so stark ausgekühlt, dass das Wassergas nicht mehr aufgenommen werden kann und es kondensiert aus. Nebel bzw. Wolken bilden sich. Danach beträgt die Abkühlung nur noch 0.65°C pro 100 Höhenmeter. Das Luftpaket steigt auf, bis die Umgebungsluft die gleiche Dichte bzw. Temperatur besitzt.
Damit Luftpakete aufsteigen, muss die Temperatur nicht möglichst hoch sein. Vielmehr muss sie mit der Höhe stark abnehmen, sodass die aufsteigenden Luftpakete wärmer sind. Um die vertikale Bewegung erst in Gang zu setzten ist ein Auslöser nötig, wie etwa eine ungleiche Erwärmung des Bodens.
Je grösser die Temperaturdifferenz zwischen dem Luftpaket und der Umgebungsluft ist, desto schneller steigt es auf. Die Energie, die dabei freigesetzt werden kann, wird als convective available potential energy bezeichnet, kurz CAPE. Grundsätzlich kann man festhalten: Je mehr CAPE, desto eher entsteht grosser Hagel.
Manchmal reicht auch wenig CAPE aus, um Hagel zu erzeugen. Dies war gestern der Fall. Die CAPE-Werte waren mit 300-700 J/kg moderat. Da kommt ein weiterer Parameter ins Spiel. Die Windscherung. Windscherung ist die Drehung des Windes. Weht der Wind in den höheren Luftschichten mit ähnlicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung wie am Boden, dann fällt der Niederschlag einer Gewitterzelle durch den Aufwind zu Boden. Dies zerstört den Aufwind rasch und die Gewitterzelle zerfällt.
Weht der Wind am Boden aus einer anderen Richtung als in der Höhe oder ist der Höhenwind bei gleicher Windrichtung stärker wird der Niederschlag aus dem Aufwind herausgeblasen. Der Aufwind ist langlebiger und Eiskörner können so länger wachsen, bis sie schliesslich als Hagel zu Boden fallen.
Die Windscherung war gestern stärker ausgeprägt. In der Höhe wehte der Wind mit etwa 10 m/s (36 Km/h) aus Süden, während am Boden im Mittelland Nordwind mit etwa 5 m/s (18 Km/h) vorherrschte. Es war ein Zusammenspiel von Südföhn und Nordwestwind. Dies führte nicht nur zu Windscherung. Durch das Aufeinandertreffen der völlig gegensätzlichen Winde kam es zu einer Konvergenz. Da die Luftmassen nicht nach unten wegströmen konnten, blieb nur noch der Weg nach oben. Die “Initialzündung” für die Gewitterzelle war gegeben.