Hagelforschung: Schwergewitter im Visier

Der Deutsche Wetterdienst warnt vor schweren Gewittern mit heftigem Starkregen und Hagel. Also: Gartenmöbel und Blumentöpfe sichern, Markisen einfahren, das Auto in die Garage stellen. Und dann? Ein paar Tröpfchen Regen. Am nächsten Tag das gleiche Spiel, beim dritten Mal nimmt man die Warnung nicht mehr ernst und erlebt möglicherweise eine böse Überraschung.

Warum lassen sich lokale Hagelereignisse bislang nicht exakt voraussagen? Die Entstehung von Hagelkörnern in Gewitterwolken ist ein äußerst komplexer Vorgang. Diese physikalischen Prozesse genauer zu erforschen, ist einer der Schwerpunkte eines Forschungsverbundes, an dem das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) maßgeblich beteiligt ist. Pünktlich zum Start der Messkampagne Swabian MOSES begannen auch die Aktivitäten an der großen Messstation auf einem Acker bei Rottenburg.

Ein bewusst gewählter Standort: Hier, in der Region zwischen Neckartal und Schwäbischer Alb bilden sich besonders häufig Gewitter. „Dass die Region ein Gewitterschwerpunkt ist , wissen wir aber bislang nur aus Radardaten“, sagt Professor Dr. Michael Kunz, einer der Koordinatoren des Projekts. Das Forscherteam hatte es sich daher zum Ziel gesetzt, tiefer in die rätselhafte Welt der Gewitterwolken einzudringen. „Gewitter entstehen durch feuchtwarme Luftmassen und eine instabile Schichtung. Erst wenn dann noch ein Auslösemechanismus hinzu kommt – wie beispielsweise das bodennahe Zusammenstoßen von Luftströmungen – kann‘s richtig abgehen“, beschreibt Michael Kunz die Entstehung von Hagelunwettern.

KITcube –das mobile Observatorium

Auf einem Acker am Nordrand von Rottenburg bauten die Wissenschaftler den KITcube auf – ein mobiles Observatorium mit klassischen Radiosonden und Messmasten, mit Fernerkundungssystemen wie Niederschlags- und Wolkenradar und Lidargeräten, die atmosphärische Luftströmungen und Aerosolteilchen mithilfe von Lasern erfassen können. „Mit dem System können wir einen gedachten Würfel (cube) in der Atmosphäre von zehn Kilometer Kantenlänge beobachten“, sagt Dr. Andreas Wieser, wissenschaftlicher Direktor des KITcube. Neben dem Hauptstandort wurden in der Region an mehr als 20 weiteren Stationen lokale Messgeräte betrieben. Auch zwei Forschungsflugzeuge waren an Tagen mit besonders hoher Gewittertätigkeit im Einsatz. Erstmalig erprobte das KIT zudem kleine Schwarmsonden, die innerhalb einer Gewitterwolke Messdaten liefern und beispielsweise die Bahnen von Hagelkörnern nachbilden, um die Wachstumsprozesse von Hagel besser zu verstehen.

Nach einer eher ruhigen Phase zu Beginn der Messkampagne begann es dann Mitte Juni, in der Atmosphäre zu brodeln. Schwere Gewitter wurden vorhergesagt, traten aber nicht immer auf. „Eventuell hat das ein massiver Saharastaubausbruch verhindert“, vermutet Michael Kunz. Am 23. Juni war es dann aber soweit – eine Superzelle zog genau entlang des Neckartals. „Ein starkes und schadenträchtiges Gewitter, von dem wir sehr viele wertvolle Daten sammeln konnten, um daraus in den nächsten Jahren neue Erkenntnisse bezüglich der Entstehung und Intensivierung von Gewittern sowie deren Folgen ableiten zu können“, sagt Atmosphärenforscher Jannik Wilhelm, Mitkoordinator des Projekts.

Der Hagel verschonte zwar die empfindlichen Geräte an der Messstation, ein paar Meter weiter in Rottenburg aber türmten sich Berge von Hagelkörnern auf der Straße, der Hagelsturm verursachte in den Kreisen Tübingen, Reutlingen und Zollernalb schwere Schäden.

Es war nicht das einzige hydro-meteorologische Ereignis während der Messphase. Die Wissenschaftler diskutierten täglich intensiv die aktuelle Wetterlage. Wenn die Voraussetzungen für eine Intensivmesslage vorlagen, machten sich sechs bis acht Kollegen auf den Weg zur Messstation, um Wetterballons aufsteigen zu lassen. „An 21 Tagen waren wir vor Ort und haben während der Messkampagne kein einziges schweres Ereignis verpasst!“ sagt Andreas Wieser.

Ab Juli wollten sich die Wissenschaftler dann dem zweiten Forschungsschwerpunkt widmen und Daten zu Trockenperioden sammeln. Aber die Hitzewelle fiel dieser Jahr buchstäblich ins Wasser. Ein neuer Anlauf ist nach Auswertung der gewonnen Messdaten in zwei Jahren geplant.

Grundlage für genauere Vorhersagen

Das Messfeld ist inzwischen wieder abgeräumt. Die Auswertung der Daten wird einige Zeit brauchen. Die Teams befinden sich bereits in Vorbereitung für die nächsten Messungen mit dem KITcube. „Es gibt aber Doktoranden, die jetzt das große Glück haben, fokussiert auf dieses Thema die Daten bearbeiten zu können und wissenschaftlich neue Erkenntnisse zu erzielen“, so Michael Kunz.

Mit der Auswertung erhoffen sich die Wissenschaftler, das häufige Auftreten von Unwettern in der Region künftig besser zu verstehen und die Grundlage für genauere Wettervorhersagen zu schaffen. Eine enge Zusammenarbeit zwischen dem KIT und dem Deutschen Wetterdienst besteht schon lange. Ganz großes Interesse kommt aber auch von Seiten der Versicherungsindustrie. Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der erheblichen Schadensummen durch Hagel sind Aussagen über die zukünftige Zunahme oder Intensität schwerer Hagelunwetter relevant für die Entwicklung von Risikomodellen. Auch mit der Bauindustrie sind die Forscher im Austausch. Nachträglich wärmegedämmte Fassaden, Dachziegel oder Photovoltaik-Anlagen seien besonders schadensanfällig für große Hagelereignisse. „In der Schweiz wird die Hagelwiderstandsfähigkeit von Baumaterialien bei der Berechnung der Versicherungsprämie bereits berücksichtigt“, berichtet Kunz. Erste Ansätze dazu gebe es auch in Deutschland. Denn auch der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) empfiehlt die Prüfung der Hagelwiderstandsfähigkeit, um Schäden zu minimieren. „Da ist Bewegung drin“, meint der Extremwetterexperte und rät: „Gerade in Zeiten der Energiewende müssen wir es besser machen und resilienter werden.“