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Thema des Tages
Ausgegeben vom Deutschen Wetterdienst. Neueste Meldung oben

Spätsommer am Wochenende, Herbst zur neuen Woche!


Pünktlich zur Bundestagswahl setzt ein (Wetter-)Umschwung ein! Zufall
oder Vorahnung? Nachdem der Spätsommer vielerorts nochmals Vollgas
gibt, kann kommende Woche der Herbst wieder Einzug in Deutschland
halten.

Derzeit stemmt sich vor allem in der Südhälfte von Deutschland noch
das Hoch KERSTIN mit Zentrum über der Adria erfolgreich gegen die
atlantischen Tiefs und deren Ausläufer. Die Tiefausläufer schaffen es
allenfalls bis in den Norden des Landes, wo ihnen weitgehend die
Kraft ausgeht und zerbröseln. Übrig bleibt dort meist nur dichtere
Bewölkung. Im Süden kann Hoch KERSTIN dagegen den Himmel vielerorts
blank putzen und die Sonne strahlen lassen.

Über dem Atlantik steht aber schon das kräftige Tief VOLKER in den
Startlöchern. Um VOLKER herum kann sich eine großräumige
Tiefdruckzone von Grönland bis vor die Atlantikküste der Iberischen
Halbinsel ausbilden, wo sich weitere Tiefs befinden.

Bis Montag liegt Deutschland auf der Ostseite der Tiefdruckzone um
VOLKER, sodass mit dem Hoch KERSTIN zusammen nochmals warme Luft aus
Südwesteuropa ins Land gelangt. Entsprechend klettert die Temperatur
vor allem mit Sonnenunterstützung am heutigen Samstag im Süden, am
morgigen Sonntag im Süden und Teilen des Ostens auf Spätsommerliche
Werte zwischen 24 und 27 Grad. Aber auch sonst kann sich die warme
Luft ausbreiten und die Temperaturen abgesehen von den Küstengebieten
über die 20-Grad-Marke heben.

Während der Samstag wie angesprochen zumindest im Süden und der Mitte
nahezu störungsfrei über die Bühne geht -ok, es gibt ein kleines
Schauerrisiko an Ober- und Hochrhein- kommt ab Sonntag in der
Südwesthälfte zunehmend Musik in das Wettergeschehen. Die
spätsommerlichen Temperaturen gepaart mit ordentlich Luftfeuchte
rufen schließlich auch die typischen sommerlichen Wetterphänomene auf
den Plan. Verstärkt werden die konvergenten Umlagerungen teilweise
von bodennahen konvergenten Bedingungen, also Bereiche, in denen die
Luft zusammenströmt. Demnach soll sich über Deutschland eine, anfangs
noch recht schwache, sogenannte Konvergenzlinie (vgl. Wetterlexikon
DWD, siehe Link) ausbilden und es zunächst vor allem südwestlich von
Münsterland, Weser-Bergland und Werratal gebietsweise ordentlich
krachen lassen. Lokal können auch unwetterartige Gewitter mit
heftigem Starkregen nicht ausgeschlossen werden.

Zum Montag verlagert sich die Konvergenzzone samt den kräftigen
Schauern und Gewitter gen Osten, sodass es bevorzugt von der Ostsee
bis nach Sachsen und Ostbayern gebietsweise kräftig schütten kann.
Von Westen schiebt das nun näherkommende Tief VOLKER wieder den
Herbst ins Land. Demnach greift eine Kaltfront auf Deutschland über,
die neben teils schauerartigen Regenfällen auch kühlere Luft im
Gepäck hat. Bis Dienstag purzeln die Temperaturen verbreitet wieder
unter die 20-Grad-Marke.

Ob der Wetterumschwung ab Sonntag mit der Bundestagswahl in
Verbindung steht oder als Beispiel vorangeht, müssen die Wähler
entscheiden. Dabei sollten die Bürger in der Südwesthälfte entweder
das Wetterradar im Blick haben oder sich gleich regenfest kleiden. Im
Norden, Osten und Südosten könnte beim Urnengang dagegen eine
Sonnenbrille sowie leichte Sommerkleidung hilfreich sein.

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.09.2021

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst



Von der Radarreflektivität zur Regenrate


Vielleicht haben Sie es auch schon einmal gemerkt: Radarsignal ist
nicht gleich Radarsignal. Auch wenn sich die Radarsignaturen auf
unseren Bildschirmen gleichen, kann unterschiedlich viel Niederschlag
am Boden ankommen. Doch wieso ist das so?

Seit einigen Jahren gibt es Wetter-Apps wie bspw. auch die
WarnWetter-App des Deutschen Wetterdienstes. Mit diesen Apps können
Nutzer selbstständig unter anderem das Regenradar im Blick behalten,
um abzuschätzen, ob sie in nächster Zeit von oben nass werden oder
nicht. Dennoch ist die Interpretation dieser Radarbilder nicht immer
ganz einfach. Häufig gibt es tatsächlich Fehlechos, die bspw. durch
Vogelschwärme, Insekten, Schiffe, Berge oder Windkraftanlagen
entstehen. Auch der sogenannte "Brightband-Effekt" wirkt sich auf das
Radarbild aus (siehe DWD-Lexikon). Des Weiteren kann starker Regen
unter anderem zur Abschattung der Radarkuppel führen, wodurch das
Radarsignal gedämpft wird. Auch Super-Refraktion, wenn der
Radarstrahl aufgrund bestimmter atmosphärischer Bedingungen nach
unten gebogen wird, bedingt Fehlsignale (siehe Link zur
Qualitätssicherung von Wetterradardaten). All diese
Beeinträchtigungen lassen sich mit einem geübten Auge sehr gut
erkennen und teilweise auch durch automatische Verfahren
"herausfiltern".

Was uns Meteorologen weltweit häufig aber große Schwierigkeiten
bereitet, ist die Umrechnung der Radarreflektivität (siehe Thema des
Tages "Der deutsche Radarverbund - Teil 2" vom 19.08.2021) in eine
Niederschlagsintensität, also wie viel Regen in welcher Zeit am Boden
ankommt. Das Radarsignal kann nicht einfach in eine Regenrate
umgerechnet werden, denn es ist - um es einfach auszudrücken - von
der Wetterlage sowie den Wolken- und Niederschlagsarten abhängig.
Besonders deutlich wird dies bei den sogenannten
"Warmer-Regen"-Prozessen im Vergleich zu Landregen, bei dem die dicke
Regenwolke (Nimbostratus) bis in Atmosphärenschichten mit deutlich
negativen Temperaturen (unter -10°C) hinaufreicht. "Warmer Regen"
oder auch "tropischer Regen" bildet sich nämlich in tiefen Wolken, in
denen die Temperatur um bzw. über 0 Grad liegt. Bei der
Niederschlagsbildung sind also keine Eispartikel involviert. Das
heißt, dass das Tropfenspektrum eine hohe Konzentration kleiner und
mittelgroßer anstatt großer Tropfen aufweist. Die gängigen
Dopplerradare unterschätzen bei "Warmer-Regen"-Prozessen die
Niederschlagsraten teilweise recht deutlich. Das liegt einfach gesagt
daran, dass eine spezielle Beziehung von Radarreflektivität
(Radarsignal, Z) zur Regenrate (R) Anwendung findet. Diese
Z-R-Beziehung wird mit der Gleichung Z=a R^b (in Worten: Z ist gleich
a mal R hoch b) ausgedrückt, wobei a und b Konstanten sind, die vom
Tropfenspektrum des gemessenen Niederschlags abhängig sind. Die
Z-R-Beziehung besagt, dass Reflektivität und Regenrate in einem
bestimmten Verhältnis zu einander stehen, dass also bei gleicher
Reflektivität immer dieselbe Regenrate herauskommt. So
unterschiedlich, wie die Wolken und die Luftmassen sind, so
unterschiedlich müssten aber auch die verwendeten Z-R-Beziehungen
sein.

Im Grunde ließen sich in den vergangenen Jahrzehnten viele
verschiedene Z-R-Beziehungen durch Experimente finden. Die im
Radarverbund des Deutschen Wetterdienstes angewandte vereinfachte
Z-R-Beziehung lautet bspw. Z=256 R^1,42 (Z ist gleich 256 mal R hoch
1,42). Meist werden Konstanten verwendet, die einen Kompromiss
zwischen stratiformen (Landregen) und konvektiven (Schauer/Gewitter)
Beziehungen darstellen. Neueste Radarprodukte des DWD verwenden
mittlerweile reflektivitätsabhängige Z-R-Beziehungen, die auf der
einen Seite Niederschlagshöhen reduzieren, die durch Konvektion
hervorgerufen werden, und auf der anderen Seite größere Regenraten
berechnen, die in einem stratiformen Regengebiet (Landregen)
auftreten. Dennoch reichen die verwendeten Z-R-Beziehungen nicht aus,
um die realen Regenraten bei jeder Wetterlage einhundertprozentig
genau abzubilden. Sind bspw. tropische Luftmassen im Spiel (sehr
feucht, stratiform UND konvektiv geprägt), wie häufig zwischen
Frühjahr und Herbst aufgrund der an Land ziehenden Hurrikans im Süden
und Südosten der USA, sollte die Niederschlagsintensität eher über
die Z-R-Beziehung nach Rosenfeld berechnet werden. Die dem Thema des
Tages beigefügte Abbildung 1 zeigt die Beziehung des
Reflektivitätsfaktors (Z) zur Regenrate (R) für fünf verschiedene
Luftmassen (durchgezogene Linien) sowie den schattierten Bereich, der
die Z-R-Beziehungen umfasst, die in weiterer wissenschaftlicher
Literatur gefunden wurden. Allein der Unterschied, der sich zwischen
der Z-R-Beziehung von Marshall-Palmer (blau) und der von Rosenfeld
(pink) ergibt, ist erheblich. Bei Reflektivitäten (y-Achse) von 50
dBZ resultieren bspw. mit der Z-R-Beziehung von Marshall-Palmer knapp
50 Liter Niederschlag pro Quadratmeter und Stunde (Regenrate
dargestellt auf x-Achse), wohingegen mit der Z-R-Beziehung von
Rosenfeld das dreifache, also ca. 150 Liter pro Quadratmeter und
Stunde herauskommen, was in tropischen Systemen durchaus realistisch
ist.

Nun ziehen selten Hurrikans über Deutschland hinweg, könnte manch
einer sagen. Und doch lässt sich anhand des hierzulande ebenso
auftretenden "warmen Regens" die Diskrepanz gut verdeutlichen. Das
Problem bei den "Warmer-Regen"-Prozessen ist, dass sich die Wolken
mit "warmem Regen" üblicherweise in den untersten 1 bis 6 Kilometern
der Troposphäre bei positiven Temperaturen bilden. Natürlich befinden
sich oberhalb dieser Wolken weitere Partikel, die dann bei mit der
Höhe abnehmenden Temperaturen mehr und mehr den gefrorenen oder
unterkühlten Zustand annehmen (flüssige Wassertröpfchen können in der
Atmosphäre bis ungefähr -38 Grad auftreten). Allerdings sind
"Warmer-Regen"-Prozesse sehr effektiv. Heißt also, dass in der eher
schmalen Wolkenschicht sehr viele kleine und mittelgroße
Wassertropfen einen hohen Flüssigwasseranteil ergeben. Schaut ein
Radarstrahl nun vom Boden in die Atmosphäre, "sieht" er erstens nur
einen geringen Anteil der Wolke, und durchdringt zweitens die
untersten Kilometer, in denen sich die Wasserwolke befindet, sehr
schnell. Im Vergleich zu einer in der Atmosphäre hochreichenden
Mischphasenwolke wird der Radarstrahl dann über einen längeren
Zeitraum hinweg an Wasser- UND Eispartikeln zurückgestreut, die
durchaus in geringerer Menge vorhanden, aber in der Regel viel größer
sind als die Wassertröpfchen, die beim "Warmer-Regen"-Prozess
involviert sind (siehe Abb. 2). Da die Reflektivität (Z) proportional
zur 6. Potenz des Partikeldurchmessers ist, zeigt sich hier schon das
Problem: Tropfen mit einem großen Durchmesser erhöhen die
Reflektivität um ein Vielfaches im Vergleich zu kleinen Tropfen.
Obwohl die Reflektivität in beiden Situationen gleich sein kann
(bspw. 40 dBZ), wird sich die Regenrate deutlich voneinander
unterscheiden. Einfach gesagt ist dann der Flüssigwasseranteil im
ersten Fall schon in den untersten Kilometern der Atmosphäre deutlich
höher als im zweiten Fall im gesamten vom Radarstrahl erfassten
Volumen. Vergleicht man die Regenrate die aus der im DWD
gebräuchlichen Z-R-Beziehung bei 40 dBZ resultiert mit der
Z-R-Beziehung von Rosenfeld (tropische Luftmasse), so ergibt sich als
Unterschied ein Faktor 2. Anstatt ca. 10 Liter pro Quadratmeter und
Stunde würden bei warmem Regen (tropische Luftmasse) ca. 20 Liter bei
gleichem Radarsignal fallen.

Spürbar wirkt sich dieses Problem auf jeden aus, der das Radarsignal
in seiner Wetter-App selbst interpretiert. So kann man sich ggf. an
einem Tag, an dem eine subtropische Luftmasse wetterbestimmend ist,
beim Regenguss wundern, dass man deutlich nasser wird als am Vortag,
als beispielsweise noch maritime Polarluft vorherrschend war, obwohl
sich die Radarsignale ähneln.

Damit die Radarintensitäten in Zukunft bzgl. der Niederschlagsrate
seltener unterschätzt werden, wird auch beim Deutschen Wetterdienst
weiter nach Lösungen gesucht. Mit den mittlerweile fast im gesamten
Radarverbund betriebenen Dual-Polarisationsradaren verbessert sich
bspw. die quantitative Niederschlagsabschätzung aufgrund der
Möglichkeit, hydrometeorbasierte Z-R-Beziehungen anzuwenden. Dies ist
aktuell aber noch Gegenstand der Forschung.


Dipl.-Met. Julia Fruntke
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 24.09.2021

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst





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