1. Einleitung
Nach einem längerem Witterungsabschnitt mit Höchstwerten über 30°C folgte am 17. Juli 2010 die Abkühlung in einer Art und Weise, auf die zahlreiche Bewohner der Stadt und Landwirte in der Umgebung lieber verzichtet hätten. Während in den Vorwochen Gewitter nur vorübergehend Abkühlung brachten und das Thermometer in Innsbruck auch nachts nicht mehr unter 20°C fiel - ohne Föhn (!) -, brachte das schwere Hagelgewitter in den frühen Nachmittagstunden des 17. Juli 2010 eine markante Abkühlung von 29°C auf 18°C. Dazu gab es Böen von 58 km/h (3-Sekunden-Mittel) am Flughafen bis 63 km/h (1-Minuten-Mittel) an der Universität, wobei die Windspitzen in den östlichen Stadtteilen noch höher gewesen sein dürften, wo der Hagelsturm heftiger gewütet hat. Die Regenmengen lagen zwischen 13 l/m² am Flughafen und 36 l/m² an der Universitätsstation in der Schöpfstraße (gegenüber der Universitätsklinik), wobei sie nach Osten und Süden hin deutlich abnahm, während die Intensität und Größe des Hagelschlags zunahm.
Abbildung 1: Die Karte aus dem Luftbildatlas Tirol zeigt die Verteilung der Niederschlagsmengen (in l/m², gelb) und der maximal beobachteten Hageldurchmesser (in cm, weiß) im Innsbrucker Land. Der durchschnittliche Hageldurchmesser lag bei 3 cm.
Die Verteilung des Niederschlags und Hagels ist in Abbildung 1 veranschaulicht: während der Westen Innsbrucks inklusive Flughafen noch mit einem nassen Auge davonkamen, erwischte es das Zentrum und den Osten Innsbrucks mit voller Wucht. In der Höttinger Au zwischen Polizeipräsidium und Metropol Kino sowie in der Innstraße weiter östlich standen ganze Straßenzüge bis zu dreißig Zentimeter unter Wasser, auch am Marktplatz konnte die Kanalisation die Wassermassen nicht mehr fassen, sodass die Brühe bis zu 40cm hoch stand und in die angrenzenden Lokale und Geschäfte schwemmte. Am Schwersten betroffen war die Altstadt, wo sich das Wasser bis zu 60 cm hoch aufstaute. Aber auch in den östlichen Stadtteilen (z.B. Reichenau) war das Wasser knietief, dazu Unmengen an Hagelkörnern. Wasser drang ins Landesmuseum ein und benässte tausende Bücher, floss ins Untergeschoss des neuen Kaufhaus Tirols und betraf auch die Innsbrucker Klinik, wo es zu Wassereinbrüchen kam. Die Hagelkörner beschädigten zahlreiche Autos und sorgte für Totalschäden in einigen Gärtnereien (z.B. in Hall über 100.000 Euro). Nach Zeitungsberichten (Tirol.orf.at, Stand 18. Juli 2010) betrug der Schaden alleine in der Landwirtschaft mehr als 1,8 Millionen Euro. Neben Hagel und Starkregen war vor allem im Bereich der größten Hagelkörner auch der Wind ein Thema. So gab es im Unterinntal (Kirchbichl) schwere Sturm- bzw. Orkanböen, die Dächer beschädigten und viele Bäume entwurzelten.
Mein Standpunkt zum Zeitpunkt des Gewitters war bei der ''3'' in der Höttinger Au (Straße) nahe Hauptuniversität, hier gab es zuerst starken Regen, dann mischten sich kleine Hagelkörner darunter, die rasch größer wurden. Dabei kam der Wind zunächst aus West. Der Regen ließ nach und der Hagel wurde stattdessen größer, wobei nun heftige Windböen aus Osten durchfegten. Das Wasser schoss schließlich als braune Brühe vom Rösslsteig herunter auf die Straße, glücklicherweise konnte die Kanalisation alles ableiten, sodass es keine Überschwemmungen gab. Die größten Hagelkörner hatten 3 cm Durchmesser, sonst waren es meist 2 cm. Zum Aussehen der Hagelkörner siehe Abschnitt 4 a).
Die nachfolgende Fallstudie beginnt mit der Übersicht über die Großwetterlage und welche meteorologischen Umstände zu dem intensiven Hagel- und Starkregenereignis geführt haben. Im Anschluss wird der zeitliche Ablauf des Gewitters anhand von Fernerkundungsdaten und den Stationsverlauf in Innsbruck dargestellt. Schließlich werden die Auswirkungen des Gewitters mit eigenen Bildern und Videos sowie Webcam-Material aufgezeigt. Eine Zusammenfassung mit weiteren Links zu Fallstudien, Zeitungsberichten und Bildern des Unwetters rundet die Fallstudie ab.
2. Wetterbedingungen
2. a) Großräumige Wetterlage
Die Wetterlage in den Tagen vor dem Gewittersturm waren von wiederkehrenden Hitzewellen geprägt, die mit einer südwestlichen Strömung zustande kommen. Teilweise stellten sich föhnige Wetterlagen ein, die das Gewitterpotential niedrig hielten und erst im bayrischen Alpenvorland für teils schwere Gewitter sorgten. So gab es am Vortag, der 16.Juli 2010, im Bereich des Starnberger Sees Hagelkörner bis 9 cm Durchmesser, während es in Innsbruck trotz abschwächenden Föhns und bei Taupunkten um 20°C gänzlich trocken blieb.
Abbildung 2: EZMWF Analyse vom 17. Juli 2010, 12 UTC, 500 hPa Geopotential (grün) und Wasserdampfbild, zusätzlich eingezeichnet sind Trogachsen (blau) und Keilachsen (rot). Quelle: Satreponline
Abbildung 2 zeigt die Großwetterlage zu Beginn des Innsbrucker Hagelunwetters mit dem Atlantikausschnitt von Neufundland bis Russland reichend. Zwei ausgeprägte Kurzwellentröge beherrschen den Nordatlantik, über Südost- und Osteuropa regiert ein ausgedehnter Höhenrücken. Entscheidend für das Vorwärtskommen des Troges über der Nordsee war die Abschwächung des Höhenkeils über der Adria und Nordbalkan. Der Trog näherte sich in zwei Staffeln dem Alpenraum: der nördliche Teil schritt über Deutschland und Tschechien weiter, während die südliche Trogachse über Frankreich weiter nach Italien zog. Die Konstellation stellt sich entsprechend nicht als markant hebungsfördernd heraus, da sich der Trog über dem Alpenraum aufspaltete und sich der Hebungsantrieb in den Nachmittag- und Abendstunden sukzessive abschwächte. Dennoch gab schon weit stromabwärts des Troges hochreichende Feuchtkonvektion mit Schauern und Gewittern, wie etwa über der Obersteiermark, Niedeösterreich und beginnend auch im Karwendel sowie im Tiroler Oberland.
Abbildung 3: GFS Analyse vom 17.Juli 2010, 12 UTC, 850 hPa pseudopotentielle Temperatur (°C, farbig), Bodendruck (hPa), zusätzlich eingezeichnet Lage der Bodenfronten (farbig)
Dass es trotz der ungünstigen Höhenströmungskonstellation zu den heftigen Gewittern in Tirol, und später auch in Salzburg sowie in den restlichen Bundesländern, von Teilen Kärntens und Osttirols abgesehen, kam, lag an zwei Faktoren, die aus Abbildung 3 ersichtlich sind: zum Einen eine schwache Randtiefentwicklung, auch als ''Gewittersack'' bezeichnet, da durchwegs konvektive Niederschläge bringend, über Polen, deren Kaltfront sich an den Alpennordrand anlegte und im Vorfeld für Hebungsantrieb sorgte, zum Anderen die hochlabilen Luftmassen mit pseudopotentiellen Temperaturen über 70°C und entsprechenden Taupunkten über 20°C. Wie in Abschnitt 2 c) gezeigt werden wird, reichen bei derartig hohen Labilitätsmengen und niedrigen Auslösungstemperaturen schon geringe Vertikalbewegungen aus, um die geladene Kanone (im meteorologischen Sprachgebrauch wird diese Situation auch ''loaded gun'' genannt) abzufeuern.
Abbildung 4: WRF-GFS 36 km 12 UTC Analysen (Janek) Mixed-layer CAPE (MLCAPE,J/kg) und 300 hPa Relative vorticity (1/s), sowie WRF-GFS 12 km 00 UTC + 12h (Janek) Precipitable Water (PWAT, l/m²) und 500 hPa Geopotential + Windgeschwindigkeit [m/s]
Das Übersichtspanel in Abbildung 4 stellt die Wetterlage um 12 UTC des 17. juli 2010 anhand der WRF-Prognosen (00 UTC-Lauf vom 17.Juli) bzw. WRF-Analysen (12 UTC) dar. Wie zuvor angesprochen, war die Trogachse über Frankreich mit ihrem Vorticitymaximum noch weit vom Alpenraum entfernt, sodass die stromabwärtige zyklonale Vorticityadvektion erst den Westalpenraum erfasst hatte. Mit 10 bis 12 m/s in 500 hPa war die vertikale Windscherung schwach bis mäßig und bewirkte eine langsame Verlagerung der Gewitterzellen, was sich entsprechend auf die Niederschlagsmengen auswirkte. Die Mengen an niederschlagbaren Wasser bewegten sich zwischen 14 l/m² am (geglätteten) Alpenhauptkamm im Modell (unrealistisch, wie die Beobachtungen zeigen) und bis zu 45 l/m² im Donauraum. Die Innsbrucker Verhältnisse werden am ehesten im bayrischen Alpenvorland widergespiegelt, wo bis zu 40 l/m² simuliert wurden. Entscheidend für das verbreitete Auftreten von Großhagel (im gesamten Unterinntal bis Salzburg) waren die sehr hohen MLCAPE-Werte zwischen 1000 J/kg in Vorarlberg und bis zu 3500 J/kg im westlichen Donauraum. Die WRF-Rechnungen haben die MLCAPE-Werte im Alpenvorland tendenziell stark überschätzt (Radiosondenaufstieg von München, 12 UTC, nur noch 800 J/kg), für das Inntal und Linz kommen die Extrema von 3000 J/kg und höher in etwa hin, wenn man die aktuellen Beobachtungen in die Sondenaufstiege von 3 UTC einfließen lässt, für Wien an der Grenze von rot zu blau passt die Rechnung perfekt (Radiosondenaufstieg Wien, 12 UTC: 2000 J/kg).
In Summe zeigen die Karten hohes Starkregenpotential (PWAT 35-45 l/m²) und erhöhtes Großhagelpotential (CAPE-Werte über 3000 J/kg). Die im nächsten Abschnitt folgenden Spezialkarten gehen unter anderem auf das Starkwindpotential ein.
2. b) spezielle Gewitterkarten
Abbildung 5: Konvektive Gewittervorhersagekarten, Analysen von 17.Juli 2010, 12 UTC. Links oben: Windscherung mit 0-6km Scherung (schwarz), 0-1 km Scherung (grün), beides in Knoten; rechts oben: 0-3km MLCAPE (J/kg), Spout und Tornado index (nicht relevant), links unten: Höhenströmung relativ zum Gewitter für 550-350 hPa (Vektoren) und 0-2 km Feuchteströmung in das Gewitter (g/s/m²), rechts unten: 2-4km lapse rate (K/km), ab 8 K/km sehr trockene Schichten, ausführlichere Beschreibungen siehe Convective Lightningwizard maps.
Die Zusammenschau der speziellen Vorhersagekarten (Abbildung 5) zeigt die Bedingungen zum Zeitpunkt des Unwetters anhand des Mitteleuropaausschnitts. Die Analysen stammen von GFS. Die Höhenwinde waren mit 10-15 m/s nur mäßig stark, bodennah waren es unter 5 m/s, selbst im bayrischen Alpenvorland, das als repräsentativ für das Inntal gelten könnte. Großräumige Faktoren, die ein erhöhtes Starkwindrisiko begünstigen, waren also nicht gegeben. Der MLCAPE für die untersten 3000 m ist mit über 100 J/kg deutlich erhöht und weist auf starken Auftrieb hin. Weiters sind die Temperaturabnahmen (lapse rates) mit 6-7 K/km in der 2-4 km Schicht eher schwach, was neben dem hohen PWAT auf feuchte Schichten hindeutet. Schließlich zeigt die Höhenströmung eine Südwest-Nordost-Verlagerung der Gewitter an, also rechtwinklig zur Verlagerung der Kaltfront, was gegen linienhafte Gewitter spricht. Die extrem feuchte Grenzschichtluft ( Werte über 90 g/s/m²) ist ein weiterer Faktor, der auf viel Flüssigwasser für Hagelbildung hinweist.
2. c) Radiosondenaufstieg Innsbruck
Abbildung 6: Radiosondenaufstieg vom 17.Juli 2010, 03 UTC (schwarz) und für 12 UTC (farbig) abgeleitet aus Beobachtungsdaten und 12z-Sondendaten von München (siehe Text), rechts zusätzlich die MLCAPE-Fläche um 03 UTC (grün) und die SBCAPE-Fläche um 12 UTC (türkis)
Da für Innsbruck nur ein 3-UTC-Aufstieg existiert und München nur 00 UTC und 12 UTC Aufstiege aufweist, wurde der Radiosondenaufstieg von Innsbruck von 03 UTC mit Hilfe von Beobachtungsdaten von Patscherkofel,Zugspitze und Brunnkogel um 12 UTC sowie mit den 12-UTC-Sondendaten von München oberhalb 600 hPa modifiziert, unter der Annahme, dass die Schichtung in der freien Atmosphäre um 12 UTC über München der über Innsbruck entspricht.
Aus dem 3 UTC-Aufstieg (Abbildung 6) lassen sich für Innsbrucker Verhältnisse extreme Werte im Gehalt niederschlagbaren Wassers (PWAT: 39 l/m²), in der Labilitätsenergie (MLCAPE: 1740 J/kg) sowie in den Indizes (Showalter Index: -6,6 und Lifted Index: -4,9) ableiten. Alleine diese Parameter zeigen schon das hohe Starkregen- und Hagelpotential auf.
Bodennah herrschte in der Früh Taleinwind, darüber Winddrehung auf West bzw. Süd, mit 15 m/s in 500 hPa. Die für Superzellen notwendige Windscherung war folglich vorhanden. Entscheidend für den Aufbau der enormen CAPE-Werte zu Mittag (türkisfarbene Fläche, geschätzte 3000 J/kg) war vor allem die leichte Abkühlung in der Höhe (siehe rote Kurve). Der Bodentaupunkt fiel geringfügig und stieg erst kurz vor dem Gewitter durch einen vorhergehenden Regenschauer nochmals an (Universität Innsbruck: 22°C), wobei dies entsprechend auf eine seichte Bodenschicht beschränkt war und den Labilitätsaufbau kaum beeinflusste. Die starke Anfeuchtung in höheren Schichten, insbesondere zwischen 600 und 500 hPa, sorgte zudem für eine Verringerung des Entrainments von trockener Luft in aufschießende Cumulonimben und somit für beständig starke Aufwinde.
Für die Abschätzung des Hagelrisikos wird häufig die Schicht zwischen der -10er und -30er Isotherme herangezogen, die bei geringer Taupunktsdifferenz ein Hinweis für großen Hagel sein kann. Diese war im Innsbrucker Fall nur bedingt gegeben, zudem lag die Nullgradgrenze (melting level) mit ca. 4000 m extrem hoch (die Nullgradgrenze der Feuchttemperatur ist in ähnlicher Höhe anzusiedeln). Da die Schicht unterhalb der Nullgradgrenze zudem sehr feucht war, konnte theoretisch viel an Hagelmasse abschmelzen. Dies würde auch die vielen Hagelkörner mit durchsichtigem Eis (siehe Abschnitt 4 a)) erklären und dass sie schon 2 Stunden nach dem Ereignis weitgehend davongeschmolzen sind.
Dass es dennoch zu den großen Hagelkörnern gekommen ist, ist daher wahrscheinlich auf die enorm hohen CAPE-Werte zurückzuführen, aber auch auf die langsame Verlagerungsgeschwindigkeit des Gewitters (mäßige Windscherung), wodurch die Hagelkörner mehrfach durch den Aufwind zirkulieren bzw. länger im Hauptaufwind verweilen konnten.
Die mit den Gewittern einhergehenden Sturm- und Orkanböen, insbesondere im Unterinntal, lassen sich wahrscheinlich auf die hohe Niederschlagslast (Gewicht der Regentropfen) sowie die starke Schmelzung des Hagels (Schmelzwärme, die der Umgebungsluft entzogen wird) zurückführen. Auch in Innsbruck wurden die Windböen stärker, je mehr Hagel fiel. Weitere Faktoren wie starke Umgebungswinde oder trockene Luftschichten waren nicht gegeben.
3. Zeitlicher Verlauf
Die nächsten Bilder zeigen den zeitlichen Ablauf des Geschehens anhand von visuellen Satellitenbildern in viertelstündiger Auflösung, dann mit Radarbildern der AustroControl und schließlich am Stationsverlauf von Innsbruck. Das Hauptereignis fand zwischen 12.00 und 13.00 UTC in Innsbruck statt, wobei der Hagelschlag an meinem Standort etwa 15 Minuten dauerte (12.15-12.30 UTC) und in den östlichen Stadtteilen bis Hall bis ca. 13.00 UTC andauerte. Während Innsbruck vom Hagel und Sturzregen versenkt wurde, gab es im unteren Zillertal nahe Jenbach ein weiteres Großhagelgewitter, das sich ebenfalls gut in den Satellitenbildern und insbesondere auch Radarbildern abzeichnet.3. a) Satelliten- und Radarbilder
Abbildung 7: Visuelle Satellitenbilder von Sat24, von 12.00, 12.15, 12.30 und 12.45 UTC
Die zeitliche Abfolge der Satellitenbilder (Abbildung 7) verdeutlicht, wieviel Pech Innsbruck hatte, von dem Hagelgewitter genau getroffen zu werden, da der zum Gewitter zugehörige Pilz mit dem hochreichenden und runden Amboss entlang des Karwendels talauswärts zog. Südlich des Inntals gab es kaum hochreichende Konvektion und auch nach den Hagelunwettern im Inntal und Zillertal gab es dort kaum noch nennenswerte ''Zündungen''. Vom Gewitter über der Südsteiermark abgesehen bildeten sich alle Gewitter entlang einer gedachten Linie von Liechtenstein über das Inntal, Salzkammergut bis Mariazeller Land und Wienerwald. Windanalysen (nicht gezeigt) von den Stationen Österreichs zeigen für den Zeitraum der Satellitenbildabfolge eine quasi-stationäre Konvergenzlinie, die sich entlang bzw. nördlich des Alpenhauptkamms von West nach Ost zieht. Diese vorlaufende Konvergenzzone war der Auslöser für zahlreiche Schwergewitter, da sich die Gewitter an ihr nur langsam nordostwärts verlagerten und so große Regen- bzw. Hagelmengen zustande kamen. Die eigentliche Kaltfront befand sich weiter westlich und zog sich vom Schweizer Jura über den Schwarzwald bis in die Hohenloher Ebene.
Des Weiteren sollen Radarbilder von der AustroControl die Gewitterzellen bei Innsbruck und im Zillertal in unterschiedlichen Entwicklungsstadien zeigen. Hierbei ist zu beachten, dass der Seitenriss (Vertikalschnitt von West nach Ost) in den gezoomten Ausschnitten (Abbildung 9,10) weiterhin für den gesamten Ausschnitt (siehe Abbildung 8) gilt, d.h. bis auf das eingekreiste Echo sind die Seitenrisse hier nicht repräsentativ für Nordtirol, da sich in einer Linie mit den Tiroler Gewittern weiter östlich weitere Gewitter befinden. Somit kann man vorwiegend den Aufriss (Nord-Süd-Querschnitt) heranziehen.
Mit Klick auf den Radarloop Tirol 11.45-12.50 UTC (GIF-Animation, 2,7 MB) erhält man eine 5-minütige Abfolge des gezoomten Ausschnitts als Animation.
Abbildung 8: 17.Juli 2010, 12.30 UTC, WR Austria Reflektivität mit Aufriss (oben) und Seitenriss (Seite), Höhen-Angaben in Fuß (ft), mit freundlicher Genehmigung der AustroControl Innsbruck
Zum Zeitpunkt des stärksten Hagelschlags über dem Osten Innsbrucks bis zu den MARTHA-Dörfern (Mühlau, Arzl, Rum,Thaur und Absam) befand sich dort eine hochreichende Gewitterzelle, die im Aufriss (Skala oben) Höhen bis 50 000 ft (ca. 15,2 km) erreichte, erkennbar an dem orange-braunen Echo, das bis zur 50 000 ft-Höhe vordringt. Eine weitere starke Zelle lag im unteren Zillertal und war ebenfalls rund 50 000 ft hoch. Eine dritte, etwas schwächere Zelle (ca. 40 000 ft) lag in den Kitzbüheler Alpen. Weitere Schwergewitterzellen tobten sich im mittleren Ennstal sowie im Mariazeller Land aus, die Reflektivitäten erreichten durchwegs über 30 000 ft Höhe und deuteten mit an Sicherheit grenzende Wahrscheinlichkeit auf Hagelschlag hin.
Abbildung 9: 17.Juli 2010, 12.15 UTC, WR Austria Reflektivität für Tirol, Höhenangaben in Fuß, mit freundlicher Genehmigung der AustroControl Innsbruck
Zu Beginn des Hagelschlags an meinem Standort (Abbildung 9) verlagerte sich die Schwergewitterzelle gerade langsam nach Osten (linker Kreis), in der Horizontalen zeigt sich eine leichte V-Form des Gewitters sowie ein starker Reflektivitätsgradient auf der Südostseite (rot zu grün), beides Indizien für ein rotierendes Gewitter (Superzelle), weiters ist im Aufriss eine bis rund 28 000 ft (8,5 km) kräftige Reflektivität zu sehen, mit höchster Reflektivität im oberen Bereich ab 18 000 (5,4 km), in der Verlängerung reichte das Echo bis auf 50 000 ft. Studien (zusammengefasst z.b. bei Knight und Knight 2001) gehen davon, dass das meiste Hagelwachstum in der Schicht zwischen -10er und -30er Isotherme stattfindet, die hier zwischen ca. 5,5 und 8,5 km Höhe lag. Folglich fielen Hagelwachstumsschicht und stärkstes Reflektivitätsecho zusammen, sodass optimale Bedingungen für Großhagel herrschten, da viel unterkühltes Flüssigwasser für die Anlagerung an die Hagelembyros zur Verfügung stand.
Die Zillertaler Zelle zeigt etwas schwächere Reflektivitäten, jedoch zusätzlich eine leichte Vorwärtsneigung des Aufwindturms mit stärkeren Echos in der Höhe als am Boden. Diese auch als WER (weak echo region) bekannte Konstellation wird durch starke Aufwinde bewirkt, die die Hydrometeore so rasch in die Höhe transportieren, dass sie im Bereich des Aufwinds nicht anwachsen können (d.h. ihre Reflektivität ist dort niedriger). Die stärkeren Echos in der Hagelwachstumsschicht resultieren wiederum in verstärkte Großhagelbildung (s.o.), sodass ein WER ein starkes Indiz für großen Hagel ist.
Abbildung 10: 17.Juli 2010, 12.25 UTC, WR Austria Reflektivität für Tirol, Höhenangaben in Fuß, mit freundlicher Genehmigung der AustroControl Innsbruck
Gegen 12.25 UTC (Abbildung 10) wurde die stärkste Ausprägung des Innsbrucker Gewitters erreicht, das nun deutliche Superzellencharakteristiken aufweist: weiterhin ist längliche V-Form vorhanden, der große Reflektivitätsgradient am Südrand der Zelle hat sich weiter verstärkt. Gegenüber dem vorigen Bild haben sich Gebiete höchster Reflektivität weiter zum Boden vorgearbeitet. In diesem Zeitraum begann auch die Umwandlung von einer "high precipitation cell" in eine "low precipitation cell", oder anders gesagt: der Regenanteil nahm ab und der Hagelanteil zu (vgl. Abbildung 1).
Folgende weitere Kennzeichen für Großhagel sind vorhanden:
- der starke Reflektivitätsgradient an der Südostseite wird auch "hail cascade" genannt, da die Hagelkörner von einem Bereich starker Aufwinde in einen Bereich schwacher Aufwinde gelangen und zu Boden fallen können
- die Reflektivitätszunahme in den unteren Höhenschichten deutet auf "benefitial competition" hin: das Hagelwachstum überwiegt zu Lasten der Niederschlagseffizient
- das östliche Zillertalecho zeigt einen markanten Überhang (BWER = bounded weak echo region) mit höchster Reflektivität zwischen 18 000 und 30 000 ft, welche "unfair competition" hervorruft: größere Hydrometeore/Hagelembryos fallen schneller als kleinere Embyros und können rascher/mehr Wolkenwasser aufsammeln (Anlagerung), sodass sich wenige große Hagelkörner zu Lasten kleiner Hagelkörner bzw. Starkregen entwickeln können
Mehr zu hail cascade, benefitial und unfair competition bei Knight and Knight (2001).
Die Zillertaler Zelle zeigt ebenfalls einen starken Reflektivitätsgradienten und ist selbst im Aufriss deutlich vorwärts geneigt.
Fazit:
Die Radarbilder geben deutliche Aufschlüsse über die Ursachen des großen Hagels und zeigen sowohl bei der Innsbrucker als auch bei der Zillertaler Gewitterzelle Indizien für das Vorhandensein einer Superzelle. Infolge der Rotationseffekte in Superzellen steigt die Wahrscheinlichkeit von Großhagel allgemein an, da die Hydrometeore vom Abwind/Niederschlagsbereich versetzt werden und leichter anwachsen können bzw. bei Ausfällung in einen Bereich verminderter relativer Luftfeuchte (geringeres Schmelzen) gelangen (mehr zu Superzellengewittern und Hagel siehe in den Diplomarbeiten von Tuschy 2009 und Dahl 2006).
3. b) Stationsverlauf
Abbildung 11: Stationsverlauf an der Schöpfstraße bzw. Unidach (Wind) am 17. Juli 2010, Uhrzeit in UTC. Linke Spalte: Temperatur und Taupunkt, relative Feuchte, Luftdruck (reduziert); mittlere Spalte: Temperatur (°C) in 2m (strichliert), 10cm Tiefe (rot), 20cm (dunkelgrün) und 50cm (grün), Windmittel und -böe (1min-Mittel) in m/s, Windrichtung; rechte Spalte: Niederschlagsrate (mm/h) und akkumulierter Niederschlag (mm), Sonnenscheindauer (min/10min sowie akkumuliert (h))
Der Stationsverlauf in Abbildung 11 zeigt, wie der Taupunkt vor dem Gewitter auf 22°C anstieg, bei einer Lufttemperatur von 26°C, bewirkt durch ersten leichten Niederschlag. Mit dem Durchzug des Gewitters fiel die Temperatur von 26 auf 18°C, der Taupunkte sackte vorübergehend auf 16°C ab und der Luftdruck stieg um 4 hPa an. Der Hagelschlag machte sich bis zu einer Tiefe von 10cm bemerkbar, wo es um 3 K hinunterging, in den tiefere Niveaus fiel der Temperaturabfall nurmehr seicht aus.
Interessantes ist beim Wind zu bemerken: zunächst herrschte mäßiger Taleinwind, kurz vor dem Gewitter drehte der Wind auf Talauswind (Nordwest), zeitgleich gab es in Jenbach im Unterinntal mäßigen Taleinwind (somit eine Windkonvergenz bei Innsbruck, was die Gewitterbildun noch verstärkt haben kann). Mit dem einsetzenden Starkregen kam der Wind noch aus Westen und drehte während dem sich verstärkenden Hagelschlag auf Ost (Taleinwind), welcher auch die stärksten Böen (hier 17,3 m/s) brachte.
"Den Ostwind während des stärksten Hagels halte ich (unter der Annahme einer Superzelle) für den "rear flank downdraft (RFD)", der das Bestreben hätte nach Süden auszubrechen, aber wahrscheinlich am zu starken Gefälle des Wipptals gescheitert ist und statt dessen das nahezu ebene Inntal westwärts zurück strömte. Ich habe es bei superzellen-verdächtigen Gewittern im Salzburger Land schon zweimal erlebt, dass der RFD Bäume von Osten nach Westen, also gegen die Zugrichtung des Gewitters entwurzelte - auch bei diesen Gelegenheiten wurde er von der bergigen Topografie in diese Richtung gezwungen." (Georg Pistotnik,ZAMG)
Für Innsbrucker Verhältnisse ein außergewöhnlicher Wert wurde bei der Niederschlagsrate mit rund 100 l/m² in der Stunde erreicht (extrapoliert von 10 minütigem Niederschlag auf eine Stunde, d.h. 16 l/m² fielen in 10 Minuten), insgesamt waren es durch das eine Gewitter 36 l/m² in etwa 40 min und bis zum nächsten Morgen kamen 55 l/m² zusammen, in Mils bei Hall waren es insgesamt dann 71 l/m² (20 l/m² durch das Gewitter).
Der vormittägliche Energieaufbau wurde durch starke Sonneneinstrahlung begünstigt. In Ellbögen im unteren Wipptal fiel die Temperatur mit dem Gewitter lediglich um 4-5 K und trotz einer Böe von 16,3 m/s aus Nordwesten (Taleinwind) wehte der Wind unbeeindruckt aus der gleichen Richtung weiter (einerseits durch den Outflow nach Süden hin, andererseits durch den starken Druckanstieg bei Innsbruck).
4. Dokumentation
Die Dokumentation des Innsbrucker Gewitters startet mit eigenen Bildern aus der Höttinger Au sowie den Auswirkungen in der Stadt und mit selbst gedrehten Videos beim Ausgang des Rösslsteigs gegenüber der Blasius-Hueber-Brücke. Weiters werden Webcambilder gezeigt.4. a) Bilder
Abbildung 12: Ansammlung von kleinkörnigem Hagel mit 2 bis 3cm Korngröße neben dem Sparmarkt.
Abbildung 13: Ein zirka 2,5cm großes Korn mit fester Umhüllung (wenig Wasser, viel Eisanteil)
Abbildung 14: Während dem Hagelschlag, noch viel Starkregen, Winddrehung auf Ost
Abbildung 15: Hagelkörner unterschiedlicher Größe und Beschaffenheit, viele hatten einen weißen Kern mit wässriger Ummantelung ("spongy hail"), wenige waren zackig und nur ganz wenige durchgehend aus Eis.
Abbildung 16: Vom Rösslsteig schießt verschlammtes Wasser herunter (vom Hang ausgespült)
Abbildung 17: Nachlassender Starkregen und zunehmender Großhagelschlag
Abbildung 18: Abgerissene Blätter und entbeerter Strauch am Innufer NäheMariahilfstraße
Abbildung 19: Hagelansammlung mit größeren Individuen am Innufer, die Hagelembryos mit den Klarsichtigen Umhüllungen sind gut erkennbar, ebenso flache größere Steine (3cm, evtl. auch 4cm)
Abbildung 20: Überflutete Mariahilfstraße (gut 30cm)
Abbildung 21: Die Altstadt stand bis zu 60cm unter Wasser, was das Augusthochwasser 2005 nicht schaffte, verursachte - nach neuesten Erkenntnissen - ein unglücklich abgestelltes Baugerüst auf dem einzigen Gullydeckel, das den Abfluss in die Kanalisation verhinderte
Abbildung 22: Überschwemmungen auch am Marktplatz, ebenfalls 30-40 cm hoch
Abbildung 23: siehe Abbildung 22
4. b) Videos
Video 1: Beginn des Hagelschlags in der Höttinger Au
Video 2: Während dem Hagelschlag
Video 3: Gegen Ende des Hagelschlags
4. c) Webcambilder
Abbildung 24: Altstadt um 14.27 UTC - angeschwemmter Hagel auf dem Pflaster
Abbildung 25: Koglmoos Richtung Innsbruck um 12.16 und 12.41 UTC, der Pfeil deutet auf eine verdächtige Wolkenabsenkung zwischen Aufwind- und Niederschlagsbereich hin, insbesondere beim späteren Zeitpunkt könnte es sich um eine Wall Cloud handeln, was den Superzellenverdacht untermauern würde. Die Radarbilder sind zu diesem Zeitpunkt leider nicht sehr aussagekräftig, da sowohl Auf- als auch Seitenriss durch benachbarte Zellen "verschmiert" werden und das Basisreflektivitätsbild keine Superzellenkennzeichen erkennen lässt.
Abbildung 26: Koglmoos um 12.30 UTC, zwischen beiden Zeitpunkten erkennt man lediglich eine sehr längliche Absenkung mit einem schwachen Zipfel rechts (nach Norden)
Abbildung 27: Koglmoos um 13.00 UTC, bedrohliche Erscheinung: Sonneneinstrahlung hinter dem Gewitter und angestrahlter Hauptniederschlagsbereich, davor die sich formierende Böenwalze
Abbildung 28: Koglmoos um 13.30 UTC, das Gewitter hat die Martha-Dörfer und Hall/Mils erfasst, selbst am Webcam Standort bei Schwaz beginnt großtropfiger Regen, evtl. schon Hagel., bei stark auffrischendem Wind (aus Osten!).
4. d) Nach dem Unwetter
Abbildung 29: abgerissene Blätter etwa eine Stunde nach dem Unwetter
Abbildung 30: Flussrauchen auf dem Inn durch die intensive Abkühlung, die Nebelschwaden waren etwa 2-3 m hoch, im Hintergrund Innbrücke und Altstadt, dahinter die hohen Gebäude des Uniklinikums.
Abbildung 31: Flussrauchen talauswärts Richtung Hungerburgbahnbrücke
Abbildung 32: Hagelschäden an einem Blatt, praktisch kein Strauch und kein Baum im Innsbrucker Stadtgebiet blieb vom Hagelschlag verschont.
5. Zusammenfassung und weitere Berichte
Das Gewitter vom 17. Juli 2010 wird den Innsbruckern und Bewohnern der Martha-Dörfer sowie noch weiter östlich lebenden Tirolern noch lange in Erinnerung bleiben, da es für diese Region ungewöhnlich heftigen Hagelschlag hinterlassen hat. Seit meinem Zuzug nach Innsbruck im September 2004 habe ich ein derartig heftiges Gewitter noch nicht erlebt, davor gibt es den verbrieften Fall vom 21. Juli 2003, als ein Gewittersturm mit 2-4cm großem Hagel und Orkanböen bis 180 km/h vor allem den Westen Innsbrucks heimsuchte. In dem aktuellen Fall hat der Hagelschlag weite Teile des Innsbrucker Stadtgebiets betroffen und vor allem an der Vegetation, in Gärtnereien und Parks, aber auch an hunderten Autos hohe Schäden angerichtet. Auf den Feldern östlich von Innsbruck betragen alleinig die landwirtschaftlichen Schäden rund 2 Millionen Euro.Neben dem Starkregen, der hunderte Keller und die ganze Altstadt absaufen ließ, wurden auch Sturmböen verzeichnet, die jedoch erst weiter im Unterland bedeutende Schäden anrichteten (etwa zwischen Jenbach und Kufstein). Der Innsbrucker Gewittersturm ist auf eine seltene und hochexplosive Konstellation zurückzuführen, mit folgenden Faktoren:
In Summe sind das Faktoren, die gemeinsam in Tirol nur sehr selten auftreten, während sie etwa im bayrischen Alpenvorland bis Salzburg häufiger auftreten, bevorzugt bei Südföhnlagen, wenn die trockene Schicht bei Föhn als Ersatz-EML (EML = elevated mixed layer, abgehobene Grenzschicht, Konzept siehe z.B. Carlson et al. 1983 oder auf meiner Webseite für eine Abhandlung auf deutsch) fungiert und große Mengen an Labilitätsenergie erzeugen kann, während sich unter der Föhnschicht feuchtwarme Luftmassen in der Grenzschicht ansammeln, die genügend Flüssigwasser für Großhagel bereitstellen. Eine weitere Region zieht sich von den Gurktaler Alpen über das steirische Hügelland bis zum Wechsel, wo feuchtwarme Luftmassen von der Adriaregion angesaugt werden. Meine Kollegen von Skywarn Austria hatten das Auftreten derartiger Starkregen- und Hagelereignisse für den 17. Juli 2010 korrekt prognostiziert, wenngleich man in Tirol von der Intensität dieses Gewitters sicherlich überrascht war.
- extrem feuchte Talatmosphäre mit Taupunkten über 20°C, welche enorme Energiemengen (um 3000 J/kg) und hohen Flüssigwassergehalt bzw. PWAT (über 39 l/m²) zur Verfügung stellten
- schwache bis mäßige Höhenwinde, die für eine langsame Verlagerung des Gewitters und entsprechend für eine lange Verweildauer des Starkniederschlags sorgten
- durch den hohen Flüssigwassergehalt im Bereich der -10°C bis -30°C -Schicht optimale Wachstumsbedingungen für Großhagel
- eine bodennahe Windkonvergenz bei Innsbruck als möglicher Auslöser bzw. Verstärker der Gewitterzelle
- vorübergehend Superzellencharakter und evtl. rotatorische Effekte, die das Großhagelwachstum begünstigt haben könnten
- intensive Abkühlung durch der Umgebungsluft entzogene Wärme, die für das Schmelzen des Hagels benötigt wurde, dadurch Entwicklung feuchter Downbursts (schwere konvektive Fallwinde), die für Sturmböen sorgten und bei den Gewitterzellen im Zillertal bzw. Unterinntal Schäden anrichteten
...weitere Informationen und Fallstudien...
auf dem Blog von Manfred Spatzierer
auf dem Blog von Clemens Teutsch
in der Online-Ausgabe der Tiroler Tageszeitung
Hochwasser: Baugerüst versperrte Gully (Tirol-ORF)
Schwere Schäden durch Gewitter und Hagel (Tirol-ORF)
Nach dem Hagel: Das große Aufräumen (Tirol-ORF)
Unwetter forderten ein Todesopfer (derStandard)
Innsbrucks Altstadt 60cm unter Wasser (Krone)
Tirol-Museum: 20.000 Werke sind gerettet (OE24)
Bilder der FF Kastengstatt bei Kirchbichl
Bilder von den Schäden im Unterland
Waldschaden bei Kirchbichl (evtl. T2-3 nach der Torro-Skala)
Holzstücke als Geschosse in einer Hauswand bei Kirchbichl (evtl. T3 nach der Torro-Skala)
6. Quellen
Carlson,T.N., Benjamin,S.G. and Forbes, G.S., Elevated Mixed Layers in the regional severe storm environment: conceptual model and case studies,1983,Mon. Wea. Rev.,111,1453-1473Knight,C.A., and Knight,N.C.,2001, Hailstorms, Chapter 6 in Severe Convective Storms, Meteorological Monographs,28,Nr. 50, American Meteorological Society
Tuschy,H.,2009,Examination of severe thunderstorm outbreaks in Central Europe (M.Sc. thesis)
Dahl,J.M.L,2006, Supercells - Their Dynamics and Prediction (M.Sc. thesis)
Radarbilder mit freundlicher Genehmigung von der AustroControl
GFS-WRF 12 km Auflösung (Janek Zimmer), 00 UTC-Lauf
GFS-WRF 36 km Auflösung (Janek Zimmer), 12 UTC-Lauf