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Quelle: Blitz und Gewitterdaten mit freundlicher Genehmigung von www.blitzortung.de

Gewitter

Gewitter werden in der Regel von kräftigen wolkenbruchartigen Regen- oder Hagelschauern begleitet. Vor einer Gewitterfront wehen böige Winde mit bis zu Sturmstärke. Seltenere Begleiterscheinungen sind Tornados und Downbursts. Starke Gewitter können auch als Unwetter bezeichnet werden. Sommergewitter treten wesentlich häufiger auf als Wintergewitter, bei denen auch kräftige Schneeschauer auftreten können.

Durch aufsteigende feuchtwarme Luftmassen baut sich eine große Gewitterwolke (auch Cumulonimbus genannt) in der höheren kälteren Atmosphäre auf. Solche aufsteigenden Luftströmungen bilden sich, wenn in einem begrenzten Gebiet eine höhere Temperatur als in der näheren Umgebung erreicht wird (z. B. in Folge der Sonneneinstrahlung oder unterschiedlicher Wärmeabgabe des Untergrundes, wie bei Wasserflächen, Feldern und Waldgebieten oder Wärmefreisetzung durch Kondensation).

Entstehung von Gewittern
Für die Entstehung von Gewitter werden 3 Faktoren benötigt:

- Instabile Schichtung der Atmosphäre (ausreichende Temperaturabnahme mit der Höhe)
- Feuchte in der bodennahen Luftschicht
- Hebung, welche zur Auslösung des Gewitters führt 
 

Extreme Lichtverhältnisse vor einem Gewitter
Gewitter über einem See, Wallersee, ÖsterreichGewitter können entstehen, wenn eine hinreichend große vertikale Temperaturabnahme vorhanden ist, d. h. wenn die Temperatur mit zunehmender Höhe so stark abnimmt, dass ein Luftpaket durch Kondensation instabil wird und aufsteigt (bedingt labile Schichtung). Dafür muss die Temperatur pro 100 Höhenmeter um mehr als 0,65 °C abnehmen. Ein aufsteigendes auskondensiertes Luftpaket kühlt sich beim Aufstieg um ca. 0,65 °C/100 m (feuchtadiabatischer Aufstieg) ab. Durch die freiwerdende Kondensationswärme kühlt es dabei jedoch weniger schnell als die umgebende Luft ab. Dadurch wird es wärmer und damit aufgrund der Dichteabnahme leichter als die Umgebungsluft; ein Auftrieb wird erzeugt. Aus diesem Grund ist für die Entstehung eines Gewitters eine feuchte Luftschicht in Bodennähe notwendig, die über die latente Wärme den Energielieferanten für die Feuchtekonvektion darstellt und somit die Gewitterbildung überhaupt erst ermöglicht. Die latente Wärme ist die im Wasserdampf verborgene Energie, die bei der Kondensation in Form von Wärme freigesetzt wird.

Sind die Grundbedingungen (geeignete Temperaturschichtung und Feuchte in Bodennähe) für ein Gewitter erfüllt, muss nicht zwangsläufig eines entstehen. Erst die Hebung der feucht-warmen Luftschicht am Boden löst ein Gewitter aus. Dafür sind Faktoren wie Wind- und Luftdruckverhältnisse, die Topographie, sowie die Luftschichtung relevant. Da einige dieser Faktoren durch Vorhersagemodelle schwierig vorauszuberechnen sind und von Ort zu Ort stark variieren, ist die Vorhersage von Gewittern außerordentlich schwierig.

Auch der Klimawandel scheint einen Einfluss auf die Entstehung von Gewittern zu haben. Wie Forscher der Universität Karlsruhe herausfanden[2], hat sich im langjährigen Durchschnitt zwar nicht die Häufigkeit, aber die Heftigkeit der Gewitter erhöht. Ablesbar ist das vor allem an der Zunahme der Hagelunwetter.

Entstehungsprozess einer Gewitterzelle 
Durch Hebung kühlt ein feuchtes Luftpaket zunächst trockenadiabatisch (1,0 °C/100 m) ab, bis seine Temperatur die Taupunkttemperatur erreicht. Ab dieser Temperatur beginnt der im Luftpaket enthaltene Wasserdampf zu kondensieren und es bildet sich eine Quellwolke, die schließlich bei geeigneten Bedingungen zu einer Gewitterwolke, einem so genannten Cumulonimbus (kurz: Cb) anwachsen kann. Bei dem Kondensationsvorgang wird im Wasserdampf "verborgene" Energie in Form von Wärme (latente Wärme) freigesetzt. Dadurch wird die Dichte des Luftpakets relativ zur Umgebung reduziert und es erhält zusätzlichen Auftrieb, da der Temperaturunterschied zur Umgebungsluft zunimmt. Liegt eine sog. bedingt labile Schichtung der Atmosphäre vor, so steigt das Luftpaket ungehindert bis in eine Höhe auf, wo die Temperaturdifferenz pro Höhe (Temperaturgradient) wieder abnimmt. Dadurch verringert sich der Temperatur- und Dichteunterschied im Vergleich zur Umgebungsluft wieder. Ist die Temperatur bzw. Dichte des Luftpakets schließlich gleich der Temperatur bzw. Dichte der Umgebungsluft, verschwindet die Auftriebskraft und die aufsteigende Luft wird gebremst. Dieses Niveau wird Gleichgewichtsniveau (Equilibrium Level) genannt. Meistens befindet es sich in der Nähe der Tropopause. Diese liegt in Mitteleuropa zwischen 8 km Höhe im Winter und 12 km Höhe im Sommer. In den Tropen liegt die Tropopause auf ca. 16 km Höhe. Deswegen werden die Gewitter in den Tropen wesentlich höher als in unseren Breiten.

Die Bewegungsenergie, die ein Luftpaket bei seinem Aufstieg erhält, wird auch als Labilitätsenergie bezeichnet. Je größer die Labilitätsenergie, desto höher ist die maximale Aufwindgeschwindigkeit in der Gewitterwolke. Die Intensität von Gewittern hängt eng mit der vorhandenen Labilitätsenergie zusammen. Aufgrund ihrer Trägheit können die Luftpakete ähnlich einem Springbrunnen über das Gleichgewichtsniveau hinausschießen (konvektives Überschießen), und zwar umso höher, je größer die Labilitätsenergie und damit die Geschwindigkeit des Aufwindes ist. Auf diese Weise können solche overshooting tops Höhen von über 20 km erreichen.

Niederschlagsbildung 
In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde, die unter Umständen verhindern, dass kleinere Regentropfen aus der Wolke nach unten fallen. Die Regentropfen und Eiskörnchen werden dann immer wieder nach oben getragen, wo sie gefrieren und sich neues Eis anlagert. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die Eiskörner so schwer geworden sind, dass sie von den Aufwinden nicht mehr gehalten werden können. Dann fallen entweder sehr dicke, kalte Regentropfen, Graupel oder sogar Hagelkörner aus der Gewitterwolke auf die Erde. Je stärker die Aufwinde in der Gewitterwolke sind, desto größer können die Hagelkörner werden. Bei sehr großtropfigem konvektivem Niederschlag (Platzregen) handelt es sich in der warmen Jahreszeit oder in den Tropen meistens um aufgeschmolzene Hagelkörner.

Blitzbildung 
Der Blitz entsteht aufgrund der hohen Vertikalwindgeschwindigkeiten, die nur innerhalb von Gewitterwolken auftreten können. Eine weitere Bedingung für die Entstehung von Blitzen sind Eiskristalle innerhalb der Gewitterwolke. Eiskristalle transportieren aufgrund ihrer Größe unterschiedliche Ladungen und führen an den Grenzflächen zwischen Auf- und Abwinden zur weiteren Ladungstrennung. Die Blitzentladung sorgt schließlich für einen Abbau der aufgebauten elektrischen Spannung.

Luftmassengewitter 
Luftmassengewitter treten in einer einheitlichen Luftmasse auf, d. h. die Temperatur verändert sich in horizontaler Richtung kaum. Die Temperatur muss aber mit der Höhe hinreichend stark abnehmen und es muss ein bodennaher Heizmechanismus vorliegen (thermische Auslösung). Man kann zwei Haupttypen von Luftmassengewitter unterscheiden: Wärmegewitter und Wintergewitter.

Wärmegewitter (auch Sommergewitter oder Konvektionsgewitter genannt) entstehen bei uns praktisch ausschließlich im Sommerhalbjahr. Die starke Sonneneinstrahlung erwärmt die Luft vor allem in Bodennähe und lässt zudem viel Wasser durch Evapotranspiration verdunsten. Dadurch erhöht sich der vertikale Temperaturgradient im Tagesverlauf. Die Temperatur steigt vor allem am Boden stark an, während sie in der Höhe nahezu konstant bleibt. Ab einer bestimmten Temperatur (Auslösetemperatur) beginnen Warmluftblasen in die Höhe zu steigen, da sie wärmer und somit leichter sind als die Luft in ihrer Umgebung. Dabei kühlen sie sich ab und erreichen schließlich das Kondensationsniveau. Ist die Atmosphäre darüber feuchtlabil geschichtet, so werden auf diese Weise thermisch Gewitter ausgelöst. Wärmegewitter treten meistens in den Nachmittags- und Abendstunden auf.

Wintergewitter entstehen im Winterhalbjahr. Ihre Entstehung ist prinzipiell dieselbe wie die der Wärmegewitter. Allerdings fehlt im Winter oft eine ausreichend starke Sonneneinstrahlung. Deswegen kann ein hoher Temperaturgradient nur durch starke Abkühlung in der Höhe zustande kommen. Das geschieht durch Zufuhr von Höhenkaltluft, die meistens polaren Ursprungs ist. Über See wird die Feuchtekonvektion spontan und tageszeitunabhängig thermisch durch den starken Temperaturgradienten zwischen der relativ warmen Meeresoberfläche und der darüber geführten relativ kalten Luft ausgelöst. Auf Satellitenbildern sind diese Luftmassen an der zellulären konvektiven Bewölkung deutlich zu erkennen. Über Land hingegen tritt dieser Mechanismus zurück und es ist unter Einfluss der – wenn auch schwachen – Einstrahlung ein Tagesgang der Konvektion zu beobachten. Wintergewitter treten am häufigsten in den Mittags- und frühen Nachmittagsstunden auf. Allerdings ist die in den unteren Schichten über dem Meer erwärmte Luft oft recht weit ins Binnenland hinein noch genügend labil, um Konvektion auszulösen. Am heftigsten sind die Wettererscheinungen dabei in den Küstenregionen (Lake effect snow). Wintergewitter sind oft mit kräftigen Graupelschauer- und Schneeschauern verbunden. Da kältere Luft jedoch weniger Wasserdampf enthält und somit weniger energiereich ist, sind diese Gewitter meistens weniger intensiv als Wärmegewitter im Sommer.

Frontgewitter 
Frontgewitter entstehen durch dynamische Hebung, die durch die Fronten verursacht wird. Es müssen allerdings bereits vor dem Frontdurchzug die Grundbedingungen für Gewitter erfüllt sein. Die Front ist lediglich der Auslöser (auch Trigger genannt). Frontengewitter treten vor allem an der Vorderseite von Kaltfronten auf. Nur in seltenen Fällen können sie auch an Warmfronten auftreten. In diesem Fall wird die Atmosphäre durch den Einschub feucht-warmer Luftmassen in den unteren Bereichen der Troposphäre labilisiert und es kommt zu sogenannten Warmlufteinschubgewittern.

Wenn eine Kaltfront aufzieht, schiebt sich die kalte Luft wie ein Keil unter die feuchtwarme Luft, so dass diese in die Höhe gehoben wird. Auf einer bestimmten Höhe kondensiert der Wasserdampf und es bilden sich Quellwolken, die schließlich bei geeigneten Bedingungen zu Gewitterwolken anwachsen können. Solche Frontgewitter können das ganze Jahr über auftreten, sind allerdings im Sommer häufiger als im Winter und fallen in der Regel auch heftiger aus.

Präfrontale Konvergenz 
Eine Besonderheit, die vor allem in der warmen Jahreszeit auftritt, sind linienhaft angeordnete Gewitter entlang von Konvergenzen, die vielfach einer Kaltfront vorgelagert sind und in diesem Fall als präfrontale Konvergenzen bezeichnet werden. Im Bereich der Konvergenz, wo Windströmungen aus unterschiedlichen Richtungen zusammenfliessen, kommt es noch nicht zu einem Luftmassenwechsel. Die Konvergenz macht sich am Boden bemerkbar durch einen Windsprung, der durch das konvergente Windfeld bedingt ist. Auslöser bzw. Hebungsmechanismus ist hier die zusammenströmende Luft, die entlang der Konvergenz zum Aufsteigen gezwungen wird. Im Winter sind solche Konvergenzen meistens wenig wetteraktiv, während im Sommer die Haupt-Gewittertätigkeit oft an der Konvergenz und nicht an der nachfolgenden Kaltfront zu finden ist. Innerhalb von Kaltluftmassen hinter einer Kaltfront kommt es entlang von Troglinien zu Hebungsvorgängen, die Feuchtekonvektion und auch Gewitter auslösen können. Dieser Mechanismus ist zu allen Jahreszeiten zu beobachten, schwerpunktmäßig dabei im Winter, da dann die Dynamik von Tiefdruckgebieten am ausgeprägtesten ist.

Orographische Gewitter 
Orographische Gewitter entstehen durch Hebung an Gebirgen. Überströmt eine Luftmasse ein Gebirge, wird sie zwangsläufig gehoben. Dabei kühlt sie sich ab und kann auskondensieren. Es kann sich bei geeigneten Bedingungen eine Gewitterwolke bilden. Orographische Gewitter können in Staulagen enorme Regenmengen verursachen, da sie sich unter Umständen immer wieder an derselben Stelle bilden.

 
Erdblitz - Elmsfeuer
Das häufig beobachtete schnellere Verderben von Lebensmitteln bei Gewittern ist nicht auf elektrische Phänomene zurückzuführen. Vielmehr bieten Wärme und Feuchtigkeit vor und während eines Gewitters Mikroorganismen ideale Bedingungen sich zu vermehren und führen dadurch zum schnelleren Verderben der Lebensmittel.   

Textquelle: www.wikipedia.de