[ Zurück zum Index ] [ Vorheriger Beitrag ] [ Nächster Beitrag ]

Lothar 26.12.99 : Nowcasting mit Satellitenbildern

Geschrieben von: Wetterfuchs, 28.12.2003
Datum: 28. Dezember 2003, 21:50 Uhr


Lothar ist mehr als ein Name, Lothar ist Synonym für zyklonale Urgewalt in Europa geworden und hat am 2.Weihnachtstag 1999 nicht nur unglaubliche Schäden mit seinem Orkan über West- und Mitteleuropa gebracht, sondern wies geradezu einmalige meteorologische Strukturen auf. Wer z.B. hatte vorher schon über unserem Kontinent einen 3-stündigen Druckfall von 27.7 hPa oder einen nachträglichen 3-stündigen Druckanstieg von 29.0 hPa gesehen oder gemessen, wie damals an der Station Caen an der französischen Kanalküste? In Südwestdeutschland wurden Rekorde in den Maximalböen aufgestellt, so z.B. in Karlsruhe mit 151 km/h oder auf dem Feldberg im Schwarzwald mit 212 km/h (Quelle DWD). Was war passiert ? Aus einer eher unscheinbaren Welle draußen über dem Atlantik, die mit unglaublicher Geschwindigkeit ostwärts zog, entwickelte sich am Westausgang des Kanals und über Nordfrankreich explosionsartig ein sehr intensives kleinräumiges Tief mit Höhepunkt von rund 961 hPa Kerndruck über der Seine-Mündung, Der Kern erreichte um 10 UTC (11 MEZ) über dem Saarland deutschen Boden (noch mit Kerndruck von 970 hPa) und zog dann rasch weiter ostnordostwärts. Seine Sturm- und Orkanfeld entfaltete sich über Südwest- und Süddeutschland, genauso betroffen waren aber auch Teil der Schweiz und und Österreichs.

Die Wettervorhersagen von damals waren auf eine harte Probe gestellt. Die Modellvorhersagen gaben im Vorfeld sehr unterschiedliche Signale. Mittelfristig war jedes der Modelle auf die Entwicklung kräftiger Zyklonen eingestellt, dieses kleinräumige Orkantief Lothar aber widersetzte sich teilweise den Vorhersagemöglichkeiten. Am besten erfaßte das Meteo-France-Modell Arpege die Situation (wie sich später bei einem Treffen der Modell-Spezialisten aus Anlaß der Orkane ergab). Dies war dadurch verständlich, daß das französische Modell global mit einem nichtgleichmäßigen Gitternetz arbeitet, im atlantisch-europäischen Bereich mit einer außerordentlich guten Auflösung von 20 km (dafür aber am Gegenpol  Australien/Neuseeland besonders grob ist). Arpege sagte 850 hPa- Winde von 90 Knoten vorher, das wurde sogar von den eigenen Meteorologen sehr skeptisch betrachtlich, weil kaum vorstellbar. Auch EZMW lag relativ gut mit seinen Vorhersagen, ab dem 12 UTC-Lauf des 25.12.99 ebenfalls UKMO. Das gerade frisch gekürte GME des DWD fiel in ein richtiges Loch : Der damalige Vorlauf vom 24.12.99 12 UTC gab ebenfalls ein zutreffendes Signal, nicht aber mehr der Hauptlauf von 12 UTC und alle nachfolgenden Runs. Warum? Der amerikanische Radiosondenaufstieg von Sable Island (vor Neufundland) von 12 UTC wurde nach Problemen in der Hochtroposphäre abgebrochen und dann - aber zeitlich etwa 1 1 ½ Stunden später und mit dem gleichen zeitlichen Sendekopf – neu verbreitet. Der erste, situationsgerechte Aufstieg floß in den GME-Vorlauf ein, der spätere Aufstieg (automatisch) in den Hauptlauf. Man konnte zeigen, daß damit dort (in der sensiblen, kräftigen Frontalzone) ein Fehler produziert wurde, der damals nicht mehr korrigierbar war. Der Grund : In jener Anfangszeit des GME (GME wurde mit dem Dezember 1999 gestartet) war das Zeitfenster für die Verwertung von Beobachtungsdaten in der Datenassimilation noch zu groß und unglücklicherweise wurde damals auch vorübergehend die Verwendung von Satellitendaten im Modell ausgesetzt. Die Prognose durch GME, und damit automatisch auch LM, war nach dem Vorlauf des 24.12.99 12 UTC somit sehr schlecht.

Angesichts der damaligen Schwierigkeiten mit GME (und LM) kam es natürlich umso mehr auf das rechtzeitige Erfassen der extremen Sturm- und Orkanlage im Nowcasting an. Dafür standen neben den klassischen (gut verwertbaren) synoptischen Verfahren auch die Verfahren der (gehobenen) Satellitenbild-Interpretation zur Verfügung. Daß sich auch in diesem Bereich Ende 1999 größere Defizite beim DWD auftaten, ist nach den Weihnachtstagen des Jahres leidvoll diskutiert und hin und her argumentiert worden. Man hat beim DWD in mehrererlei Weise daraus gelernt, im Modell und im Nowcasting.

Mein eigentliches Anliegen in diesem Posting ist es, die besondere Situation bei der damaligen Interpretion von Satellitenbildern aufzuzeigen. Dabei geht es nicht nur um die simple Erkennung der einsetzenden Verwirbelung der Wolken in Infrarot-Satelliten-Bildern (IR), sondern speziell auch um den Nutzen der Interpretation von Wasserdampfbildern (WV). Die Prinzipien dazu habe ich in meinem Posting (s. „Interessante Beiträge“) zum Fall Anatol (03./04.12.99) schon dargelegt und verweise deshalb auch bewußt auf jenen Beitrag. Mein jetziges Posting soll zeigen, wann und warum bestimmte Strukturen auf die Ungewöhnlichkeit der Entwicklung hinwiesen und wie die Entwicklung ablief.

Zunächst zur besseren Einführung der Blick auf die synoptische Ausgangssituation am 25.12.99. Schon an diesem ersten Weihnachtstag war die großräumige Lage ausgesprochen Sturmtief-betont. Eine kräftige Zyklone war in einer sehr kräftigen Frontalzone vom Atlantik kommend über die Britischen Inseln hinweg zum Nordmeer gezogen und wurde zum zentralen Tiefdrucksystem. Die Temperaturgegensätze hatten sich in allen Höhenlagen besonders im Raum Neufundland und östlich davon verschärft (Karten von WZ) :

MRF Bodendruck + 500 hPa Analyse 25.12.99 00 UTC :

MRF 850 hPa + T850 Analyse 25.12.99 00 UTC :

Man erkennt auf den Karten eine flache Welle südöstlich von Neufundland, mitten im Frontalzonenbereich bei sehr starken engräumigen Temperaturgegensätzen Nord-Süd. Die Welle mußte dank der sehr starken Höhenströmung sehr schnell ostwärts ziehen. Dabei hatte sie aufgrund der fast geradlinigen Höhenströmung zunächst kaum Entwicklungschancen. Die Welle tauchte so am 26.12.99 00 UTC über der Biskaya auf und konnte jetzt aufgrund der manuellen Bodenanalyse (DWD) als Warmsektorzyklone bezeichnet werden mit einem Kerndruck knapp unter 985 hPa :

Boden-Analyse 26.12.99 00 UTC :

Etwa zwischen 00 UTC und 12 UTC lief dann die explosive Entwicklung von Lothar ab :

Boden-Analyse 26.12.99 12 UTC :

Erste klassisch-synoptische Voranzeichen gab es bereits durch gemeldete stärkere Drucktendenzen um 21 UTC, also 3 Stunden vorher. Bei den folgenden Satellitenbild-Analysen werden Infrarot (IR)- und Wasserdampf (WV)-Bilder jeweils in Kombination mit den synoptischen Bodenmeldungen verwendet (es sind dies damalige Ausgaben der MAP-Workstation des DWD) :

Der erste Blick gilt dem IR-Satellitenbild mit Windmeldungen von 01 UTC :

IR-Satbild + Windmeldungen 26.12.99 01 UTC :

Wie unschwer zu erkennen, ist das verbreiterte Wolkenfeld der angesprochenen Welle jetzt über dem Süden der Britischen Inseln, dem Kanal und Nordfrankreich angekommen. Man hätte aus dem IR-Bild annehmen können, daß das Wellenzentrum jetzt etwa über Südengland liegt. Die Windmeldungen von der Biskayaküste Frankreichs und weiter westlich sprachen jedoch eine andere Sprache : Die auffälligen Südwinde Frankreichs und der Westwind über dem Westen der Biskaya deuteten auf eine Position im Nordbereich der Biskaya hin (also verglichen mit den Satellitenbildstrukturen) deutlich weiter südwärts. Mehr Satellitenbild-Klarheit brachte das gleichzeitige WV-Bild :

WV-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 01 UTC :

Das WV-Bild repräsentiert die Feuchteverhältnisse der mittleren bis hohen Troposphäre und somit die dortigen Horizontal- und Vertikalzirkulationen. Dunkle Zonen sind trockene Zonen, helle Zonen feuchte Zonen. Was im IR-Bild praktisch nicht zu erkennen war : Die sehr kräftige Frontalzone mit ihrem Jet der Hochtroposphäre entwickelte nicht nur eine deutliche Feuchtekante (leicht antizyklonal gebogen), sondern stromabwärts zur Biskaya hin einen schmalen, aber markanten „Dry Intrusion“ (dunkel). Nach den Erkenntnissen über „Conveyor-Belts“ (s.Posting zu Anatol) verkörpert der Dry Intrusion einen aus der Tropopausenhöhe absteigenden trockenen Strom, der hohe Werte der „Isentropen Potentiellen Vortictity“ (IPV) mit sich führt. Aus Theorie und Praxis weiß man, daß Sturm- und Orkanzyklogenesen durch die Koppelung von oberer starker IPV mit zunächst noch schwächerer unterer IPV (Welle) zustandekommen. Die explosive Zyklogenese setzt jeweils ein, wenn der Dry Intrusion über die Anfangsbodenwelle hinwegschießt. Da nun die Bodenwelle über der nördlichen Biskaya lag, bestand jetzt der erste Verdacht auf den geschilderten explosiven Zyklogenese-Mechanismus. Die wurde unmittelbar in der Kombination von WV-Bild und 3h-Drucktendenzen von 01 UTC klar :

WV-Satbild + Drucktendenzen 26.12.99 01 UTC :

Direkt vor dem Kopf des Dry Intrusion wurden an der Bretagne-Küste 3h-Druckfalltendenzen bis 15,1 hPa/3h (Angaben in Zehntel-hPa/3h) gemeldet.

Und dies steigerte sich nun immer mehr. Hier die Ausschnittsdarstellung mit WV und 3h-Drucktendenzen nur zwei Stunden später von 03 UTC :

WV-Satbild + Drucktendenzen 26.12.99 03 UTC :

Der Dry Intrusion geht hier wie eine markante Pfeilspitze auf die nordfranzösische Küste zu. Unter dem Vorderbereich des Dry Intrusion und im Feuchtebereich direkt davor nun Druckfall von über 20 hPa/3h mit einem Maximum von unglaublichen 23.6 hPa/3h. Spätestens jetzt mußten die Nowcasting-Alarmglocken schrillen, und dies u.a. angesichts der IPV-Mechanismen.

Nur 1 Stunde später, um 04 UTC gab es absolut keine Zweifel mehr über die Außergewöhnlichkeit der Situation, hier mit IR-Übersicht, WV-Übersicht und Max-Böen :

IR-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 04 UTC :

WV-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 04 UTC :

WV-Satbild + Max-Böen + Bodenwinde 26.12.99 04 UTC :

Jetzt, um 04 UTC, war der trockene Oberstrom als Dry Slot auch im IR zu erkennen, und drumherum bereits eine deutliche zyklonale Zirkulation mit heftigen Winden auf der Südseite des Dry Slot. Aber : Der Dry Slot war immer noch mehr oder weniger umgeben von Wolkenfeldern. Das IR-Bild ohne (!) die Windmeldungen hätte vielleicht noch leichte Zweifel zugelassen. Dagegen war das WV-Bild jetzt noch klarer als um 01 UTC mit einem markanten Dry Intrusion, der zudem eine durchgehende Verbindung zu einer Trockenzone nördlich der antyzyklonal gekrümmten Feuchtezone über dem Atlantik aufwiest. Wichtig war: Die explosive Entwicklung setzte genau unter dem Kopf des Dry Intrusion ein, somit eine hervorragende Bestätigung des IPV-Konzepts explosiver Zyklogenesen. Auf der WV-Ausschnitts-Karte verrieten die Wind- und Max-Böenmeldungen (letztere von der letzten 1 Stunde), daß über Nordwestfrankreich die Katastrophe bereits hereingebrochen war : Max-Böen bis 141 km/h an der Südwestküste der Bretagne und sogar 172 km/h an der Kanalküste.

Ab 05 UTC griff die neue Orkanzyklone auf das Festland von Frankreich über und befand sich um 06 UTC und 07 UTC im Gebiet der unteren Seine und nördlich von Paris. Es war die Zeit, als dort die größten Baumschäden entstanden. Zum Zeitpunkt 06 UTC zwei Darstellungen zusammen mit IR und WV :

IR-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 06 UTC :

WV-Satbild + Drucktendenzen 26.12.99 06 UTC :

Um 06 UTC besaß mit 961 hPa die Orkanzyklone ihren tiefsten Kerndruck und der Windwirbel war extrem ausgeprägt. Man erkennt in der IR-Darstellung + Winde die ganz harte Südwestflanke des Tiefs. Inzwischen hatte sich im Wolkenfeld ein deutliches Komma im Übergang zu Spirale herausgebildet. Ebenfalls um 06 UTC wurde der oben erwähnte stärkste Druckfall beobachtet, hier auf der gezeigten Karte die Station Rouen mit 25.8 hPa/3h Druckfall. Caen ist auf der Karte nicht verzeichnet. Im WV-Bild erneut die klare Bestätigung der Zuordnung zu den WV-Strukturen : Der stärkste 3h-Druckfall wurde unter dem Kopf des Dry Intrusion beobachtet. Einen bestimmten Effekt darf man bei der Interpretation allerdings nicht übersehen : Lothar zog so schnell, daß 3-stündige Änderungen um 06 UTC ihren zeitlichen Anfangspunkt (03 UTC) zu einer Zeit hatten, als der Dry Intrusion noch als „Pfeil“ direkt vor der Nord-Bretagne-Küste lag. Um diese Zeit befanden sich Caen und Rouen noch vor dem Kopf des Dry Intrusion. Es ist also nicht bloß der Druckfall im Bereich der trockenen Oberluft, sondern auch (dynamisch verständlich) davor, der die Entwicklung bestimmt.

Die stärksten Mittelwinde und Max-Böen über Frankreich wurden etwa zwischen 06 UTC und 07 UTC gemessen. Jetzt und auch noch kurz danach, war Lother im Satellitenbild „am schönsten“, (ein etwas grausames, aber zutreffendes Bild) :

IR-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 07 UTC :

WV-Satbild + Max-Böen + Bodenwinde 26.12.99 07 UTC :

50-60 Knoten Mittelwind tobten im Pariser Raum. Und die Max-Böen erreichten eine lokale Spitze von 172 km/h. Es ist immer wieder kontrovers diskutiert worden, ab welchem Zeitpunkt eine Unwetterwarnung für den Südwesten und Süden Deutschlands hätte ausgesprochen werden müssen. Ich möchte nicht alte Gräben neu öffnen. Bloß eins ist klar : Der Zeitpunkt mußte erstens für die Unterrichtung der Öffentlichkeit, zweitens für alle diejenigen, die für Schadensvermeidung und Schadensbeseitigung verantwortlich waren, adäquat sein. Aus meiner Sicht war die jetzige Zeit von 07 UTC eigentlich schon deutlich zu knapp bemessen. Nur die schiere Ungewöhnlichkeit der Lage und die längere Zeit in Diskussion gestandene Frage, ob Lothar eventuell nach links eindreht, konnte ein Zögern für zielgerechtes Warnen rechtfertigen. Lothar wanderte auf gerader Strecke weiter nach Deutschland und überfiel mit dem Orkan nur 2-3 Stunden später Südwestdeutschland.

Die ganze Brisanz der prognostischen Situation wird auch auf dem folgenden WV-Ausschnittsbild mit Druckfeld und Wind klar :

WV-Satbild + Druckfeld + Bodenwinde 26.12.99 08 UTC :

Der Vorderrand des Sturmfeldes hatte Südwesten Deutschlands erreicht. Der eigentliche Orkan mußte jetzt sehrbald übergreifen. Wichtig in dem Zusammenhang die Asymmetrie im Aufbau von Lothar : Der rückseitige Druckgradient war deutlich schärfer als auf der Vorderseite. Vergleicht man jetzt das Druckfeld von Lothar mit der WV-Struktur, so sieht man, daß der Dry Intrusion zeitweise sogar über den Kernbereich des Tiefs hinwegschossen war. Der vordere Teil starb jedoch immer wieder ab.

Um 09 UTC war der Zeitpunkt, als über Frankreich Lothar-rückseitig der extremste Druckanstieg beobachtet wurde :

WV-Satbild + Druckänderungen 26.12.99 09 UTC :

Rouen zeigte auf der Karte einen Druckanstieg von 28.4 hPa/3h, Caen hatte wie berichtet sogar Druckanstieg von 29.0 hPa/3h. Der Druckfall über Deutschland erreichte gleichzeitig 15.6 hPa/3h im Oberrheintal (wieder direkt unter dem Kopf des Dry Intrusion).

In den nächsten Stunden, als besonders ab 10 UTC über Südwest- und Süddeutschland die schlimmsten Turbulenzen von Lothar wüteten, verlor als erstes das Satellitenbild von IR nach und nach die klaren, d.h. „schönen“ Strukturen. Eindrücklich dafür war die Kombination z.B. von IR und Bodenwinden um 12 UTC :

IR-Satbild + Bodenwinde 26.12.99 12 UTC :

Das Tief befand sich nun knapp östlich vom Frankfurter Raum. Sturm- und Orkan tobten etwa südlich der Höhe von Mannheim und reichten jetzt auch schon bis nach Südbayern hinein.

Auf der Ausschnitts-Darstellung von WV zum gleichen Zeitpunkt , zusammen mit Wind und Max-Böen zur Orientierung bitte auf Flüsse schauen) sind im Gegensatz zu IR noch deutliche Sturkturen vorhanden :

WV-Satbild + Max-Böen + Bodenwinde 26.12.99 12 UTC :

Mehrere Orte meldeten jetzt Max-Böen von über 150 km/h, im Bereich der Nordschweiz eine Station 178 km/h. Die 212 km/h des Feldberges sind wegen der dichten Windmeldungen kaum zu erkennen.

Bis 15 UTC bzw. 16 UTC war auch über ganz Südbayern der Orkan hereingebrochen. Deshalb als letzte Abbildung das WV-Bild mit Wind und Max-Böen von 15 UTC :

WV-Satbild + Max-Böen + Bodenwinde 26.12.99 15 UTC :

In diesen Stunden wurden auf den Bergen mehrfach Max-Böen von über 200 km/h gemessen. Als extremste Messung gilt diejenige vom Wendelstein mit 259 km/h. Die Struktur war jetzt aber auch im WV-Bereich sehr verwaschen und ein nach innen reichender Dry Slot nicht mehr vorhanden. Andererseits war die gesamte Rückseite jetzt sehr trocken. Der Zusammenbruch der vorher klassischen WV-Strukturen war das endgültige Zeichen, daß der Orkanwirbel Lothar ab jetzt mehr und mehr zusammenbrach. Übrigens : Bei der weiteren Verlagerung von Lothar Richtung Balkan erlebte dieses Tief später im Bereich Schwarzes Meer nochmals eine Belebung. Dabei wurde auch das WV-Bild nochmals sehr markant. Eine abschließende weitere Bemerkung zu dem letzten WV-Bild : Wie unschwer zu erkennen, näherte sich vom Ärmelkanal erneut eine „ominöse“ Struktur mit Dry Slot. Da gleichzeitig dort auch der Wind schon wieder stärker geworden war, bestand kurzzeitig eine Irritation darüber, ob die Geschichte ein zweites Mal losgehen würde. Es war nur ein kurzes Aufflackern, sehr bald danach wurde klar, da passiert nichts mehr (zumindest nicht an diesem Tag, denn Orkan „Martin“ ließ den Franzosen noch etwas Zeit) passieren würde.

Der Orkan Lothar wird für immer eine Sonderstellung behalten durch seine Urgewalt, seine Strukturen, seine Prognosenprobleme in den Modellen und die Schwierigkeiten beim Nowcasting. Die hier vorgestellten und diskutierten Zusammenhänge von WV-Strukturen mit der Orkanentwicklung sind in meinen Augen sehr lehrreich und sollten als konzeptionelles Bild bei der Orkantief-Prognose immer im Hinterkopf sein.

Wetterfuchs

[ Zurück zum Index ] [ Vorheriger Beitrag ] [ Nächster Beitrag ]

WZ Forum - Interessante Beiträge wird administriert von Georg Müller mit WebBBS 5.12.