Gewitterfallböen (Downburst)

Ein Downburst ist eine schwere Gewitterfallböe, die in Verbindung mit hochreichender Feuchtkonvektion (Konvektion ist der Fachbegriff für „Thermik“) und dadurch überwiegend bei Gewittern auftritt. In Österreich kommen Downbursts weitaus häufiger als Tornados vor und können dabei ebenso wie die Tornados große Schäden verursachen!

Aufziehende Böenfront mit Downburst, Sturmspitzen bis 100 km/h – aufgenommen in Dobersdorf (Südburgenland) am 19. August 2011 © Benjamin Schaden

Schwere Fallböen basieren auf kräftigen Abwinden innerhalb einer konvektiven Schauerwolke („Zelle“), die durch einen Mechanismus stark beschleunigt werden und punktförmig auf dem Boden auftreffen.

Bestenfalls herrscht eine trockene Schicht im mittleren Niveau der Troposphäre und eine feuchte Luftschicht in Bodennähe vor. Letztere Schicht erzeugt niedrige Wolkenuntergrenzen und hohe Wolkenobergrenzen durch große Labilität.

Fällt der durch Kondensation entstandene Niederschlag nun durch die trockene Schicht in mittleren Höhen (diese befindet sich zwischen 1,5 und 3 Kilometer über der Erdoberfläche), dann verdunstet ein Teil davon und die Verdunstungskälte beschleunigt den Abwind. Diese abwärts gerichtete Luftbewegung verdrängt rasch die feuchtwarme Luft am Boden und prallt mit voller Wucht am Erdboden auf.

Der Lebenszyklus eines Downbursts wird in drei Abschnitte unterteilt.

a – Bildung: Niederschlag und Verdunstung bilden den Downburst.

b – Aufprall: Der Abwind beschleunigt rasch in Richtung Erdboden und trifft diesen mit voller Wucht.

c – Zersplitterung: Der Downburst entfernt sich vom Punkt des Aufpralls und schwächt sich dabei zunehmends ab, die Windgeschwindigkeiten erreichen nicht mehr so hohe Werte als beim Aufprall.

Downbursts können in zwei verschiedenen Varianten auftreten, welche unterschiedliche Entstehungsbedinungen an die Schichtung der Troposphäre und des Erdbodens stellen. Zusätzlich wird auch hinsichtlich der Größe ihres Wirkungsbereichs am Boden eine Definitionsgrenze gezogen. So unterscheidet man zwischen trockenen und feuchten Downbursts, welche je nach Durchmesser am Boden jeweils in Form von Microburst als auch Macroburst auftreten können.

Trockener Downburst

Diese Variante eines Downbursts tritt relativ selten auf, da eine trockene, aber gleichzeitig hochreichend labile Atmosphäre benötigt wird.

Begünstigt sind Regionen mit trockenen, sandigen oder felsigen Böden, deren geringe Bodenfeuchte bereits hohe Wolkenuntergrenzen erzeugt, z.B. in Teilen Texas (USA), Zentralspanien, Ostdeutschland sowie teilweise das östliche Flachland in Österreich (beispielsweise das Steinfeld).

Auch in den Alpen liegen die Wolkenbasen meist recht hoch, eine Sonderrolle nimmt hier – und im Bereich des Alpenrandes der Südföhn oder Westföhn ein, der für eine weitere Austrocknung der konvektiven Grenzschicht sorgt und dadurch Abwinde weiter beschleunigen kann.

Feuchter Downburst

Hierbei handelt es sich um den weitaus häufigeren Fall, der die in den Voraussetzungen oben erwähnte Schichtung besitzt. Er hat wenigstens drei Ursachen:

a – Niederschlagslast durch große Regentropfen oder Hagel.

b – Niederschlagsmenge mit starker Verdunstungskälte bei gleichzeitig vorhandener trockener Schicht im mittleren Niveau, gegebenenfalls auch durch starke Winde wie dem Rear Inflow Jet, der die Verdunstung beschleunigt, zusätzlich schmelzender Hagel, dessen Schmelzwärme der Luft entzogen wird.

c – Vertikaler Impulsfluss durch einen Low- bis Mid-Level-Jet.

Während dem ersten Faktor nicht so viel Bedeutung beigemessen wird, ist es in der Regel eine Mischung aus Faktor zwei und drei, die zu feuchten Downbursts führt. Da es sich meist um dynamische Wetterlagen mit entsprechend vorhandener Geschwindigkeitsscherung. ggf. auch Richtungsscherung handelt, spielen die Starkwinde eine wichtige Rolle bei den Verdunstungsraten und dem Impulsfluss.

Bei winterlichen Sturmlagen, wie sie zum Teil auch im Sommerhalbjahr auftreten, überwiegt der Impulsfluss der Höhenwinde zum Boden, sodass hier vorrangig die Mittelwinde in 850 hPa Druckfläche als Maximalgeschwindigkeiten am Boden bei Feuchtkonvektion prognostiziert werden.

Im Sommerhalbjahr mit erhöhten Temperaturen und erhöhter Labilität bei höherem Wassergehalt der Atmosphäre ist die Niederschlagsrate in Verbindung mit trockenen Schichten entscheidender. Eine strikte Trennung beider Faktoren ist jedoch schwer möglich – lediglich deren Anteil ist je nach Wetterlage unterschiedlich.

Feuchte Downbursts mit signifikanter Stärke treten in der Regel nur bei Superzellen mit langlebig rotierendem Aufwindbereich auf. Je stärker die Windscherung in den mittleren und oberen Höhenschichten, desto besser werden Auf- und Abwinde voneinander getrennt, was sich auf die Lebensdauer der Zelle positiv auswirkt. Die Rotation der Zelle im mittleren Niveau begünstigt das Entrainment trockenerer Luft und fördert wiederum die Verdunstungskälte.

Niederschlagsreiche Superzellen (HP-Supercells) bringen daher am ehesten feuchte Downbursts hervor, da sie eine feuchtwarme Grundschicht aufweisen.

Feuchter Downburst in Waidhofen an der Thaya, aufgenommen am 15. Juli 2010 – im linken Bereich ist der ausgeprägte ausgewehte Regenfuß schön zu sehen, der auf schwere Sturmböen hindeutet © Manuel Weber

Downbursts werden je nach Größe in Microbursts (Durchmesser am Boden kleiner 2 Kilometer) oder Macroburst (Durchmesser am Boden größer 2 Kilometer) unterteilt.

Eine Sonderform stellt der Starburst dar, der tornadische Fallmuster (beispielsweise an Bäumen) hervorrufen kann, wenn der Abwind beim Aufprall am Boden sternförmig auseinanderfließt.

Sonst geht man von der Vorstellung aus, dass der Abwind bei nachlassendem Aufwind plötzlich wie ein nasser Sack aus der Wolke fällt und sich am Boden an einer bestimmten Stelle konzentriert. Je weiter sich die seitlich ausfließenden, zur Verwirbelung neigenden Abwindströme von der Aufprallstelle entfernen, desto geringer werden die Windgeschwindigkeiten. Das Gegenteil kann dann eintreten, wenn sich der Downburst in einem Tal ereignet (beispielsweise Höllental, Piestingtal, Pittental – alles Täler in Niederösterreich) und die Winde kanalisiert werden.

Bei Downbursts handelt es sich häufig um flächige Bruch- oder Wurfschäden.

Da die Windgeschwindigkeiten innerhalb eines Downbursts innerhalb kurzer Distanz extrem variieren kann, reicht die Schadensintensität entsprechend auch von verheerend bis minimal auf wenigen Metern. Schäden können schneisenartig auftreten, vor allem wenn die Abwindströme kanalisiert wurden. In Richtung der schwächer werdenden Ströme sind vermehrt Druckschäden beobachtbar. Abgedrehte Äste sind bei Downbursts keine Seltenheit und daher kein eindeutiges Indiz für einen Tornado. Ein ungünstiger Aufbau des Baumstammes, der bei starker Hebelwirkung in Schwingungen versetzt werden kann, sowie geländebedingte Luftverwirbelungen des Fallwindes erzeugen tornadoähnliche Schäden.

Tornadoschäden zeigen hingegen oftmals ein konvergentes Wurffeld. Bruchschäden sind hierbei in der Mehrzahl, ebenso abgeknickte Äste an einer Seite des Baumes oder abgeknickte Kronen. Auch das Verhältnis Länge zu Breite der Schadensschneisen ist ein wichtiges Indiz für Tornados, wenn es mehr als 4 zu 1 beträgt.

Eine große Verwechslungsgefahr kann dann bestehen, wenn geradlinige Wurf- oder Bruchschäden auftreten.

Bei einem Tornado addieren sich an der Ostflanke bei einer Süd-Nord-Zugbahn Rotation und Translation und führen zur Beschleunigung der Winde. An der Westflanke wirkt die Rotation entgegen der Translation, sodass die Winde hier schwächer, jedoch chaotischer ausfallen können.

Die an der Westflanke beschleunigten Winde können daher geradlinige Schäden verursachen, die einem Downburst sehr ähnlich sehen. Da Abwinde bei hochreichender Feuchtkonvektion generell vorhanden sind, ein tornadischer Wirbel durch Rotation einer Gewitterzelle oder Konzentrierung vertikaler Vorticity entlang von Konvergenzen erst erzeugt werden muss, sind Downbursts allgemein zuerst anzunehmen, wenn man an eine Schadensanalyse herangeht.

Sofern keine Augenzeugen existieren und das Dopplerradar ungenaue Ergebnisse liefert, ist der Downburst der wahrscheinlichere Fall. Im Radarbild können sich Indizien hinsichtlich Echostruktur ergeben. Squallline-artige Echos oder Bogenechos deuten eher auf geradlinige Starkwindereignisse (Downbursts) hin, während superzelluläre Echos auch Tornados beinhalten können. Im Aufriss (Vertikalschnitt einer Zelle) weist extreme Reflektivität bis in große Höhen (Hot Tower) auf unwetterartigen Niederschlag bis großen Hagel hin, der das Risiko eines Downbursts erhöht.