Superzellenhäufigkeit in komplexem Terrain

Wie entsteht z.B. eine Rollcloud, Tornado, ...? Was ist die F-Skala etc ...?
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CineX

Donnerstag 2. August 2012, 12:59

Hallo zusammen,

habe mich nochmal ein wenig über Superzellen und deren Häufigkeit angesehen. Dabei ist mir aufgefallen, dass Superzellen in West Virginia offbar recht selten sind. Obwohl es doch recht nahe an der Tornado alley liegt..... In einigen Arbeiten wird das z.T. auf das stark hügelige Terrain zurückgeführt.
Z.b. hier.
journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/WAF949.1
Zitat: "It is plausible that long-lived supercells are quite rare across the West because
of the rugged terrain and relatively limited lowlevel moisture."

Wenn man sich das Gelände mal näher ansieht, dann ist das doch auffällig stark hügelig / Bergig und vorallem realtiv groß und weit.

Gibt es denn noch andere Beobachtungen, die nahelegen dass sich Superzellen leichter in flachem als im stark hügeligem Terrain entwickeln? Immerhin gibt es ja dort aufrund von erwzungenen Hebungen durchmischungen der Bodennahen und Höhenströmung, ausserdem komplexe unterschiedliche Scherwinde. Dass sich Superzellen bei extremen Bedingungen auch im Gebirge entwickel können, ist mir klar. Aber offenbar gibt es doch eine leichte Tendenz, dass ein starkes Oberflächenrelief die Entwicklung von Superzellen stören können, oder?

Daher mal meine Vermutung: Superzellen haben es leichter sich in flachem Terrain zu entwickeln. Also die Häufigkeit ist in flachem Terrain größer als in komplexen.
Stimmt das so?
Exilfranke1

Donnerstag 2. August 2012, 21:04

Superzellen entwickeln sich bevorzugt auf der Leeseite von Gebirgen, dort wo die Gebirgsgrenzschicht ins Flachland advehiert wird (=> viel CAPE), und Talwindsysteme, Föhn und synoptisch-skalige Strömung signifikante Scherung erzeugen, besonders oft durch einen Leetrog/tief verstärkt.

Im Gebirge sind Superzellen schwer nachzuweisen, da sie im Radar nie die klassische Superzellenform zeigen (v-shape + Hook), und Rotation überdies ausgenommen Augenbeobachtungen nicht zu messen ist.

Die Häufung im Flachland ist also abseits aller synoptischer Begründungen schon auf die bessere Beobachtung durch Dopplerradare und Chaser (im Gebirge ist Chasen scheiße) zurückzuführen.

Man kann es auch anders herum betrachten:

Ein synoptisch-skaliges Tief erzeugt im Flachland einen stärker an den geostrophischen Wind angepassten Bodenwind, mitunter parallel zum Low-Level-Jet, als im Gebirge, wo nahezu immer ageostrophische Zirkulationen überwiegen. Die Helizität ist in den Tälern (Taleinwind vs. Höhenwind) also mitunter signifikant, und es wurden in den Alpen auch schon Tornados beobachtet, die ein Tal über mehrere Kilometer hinweg hinab (oder hinauf) zogen. Da dies nur mit beständiger Mesozyklone (= Superzelle) möglich ist, kann das Gebirge u.U. superzellenförderlicher als das Flachland sein, wo zudem die für Superzellen notwendige Richtungs- und Geschwindigkeitsscherung nicht durch die Orographie verstärkt sein kann.

Zusammenfassend gibt es also zu viele Faktoren, um eine pauschale Aussage zu treffen. Superzellen hielten sich auch inneralpin schon stundenlang (z.B. 2.8.2007: 9 Std., Juli 2012: 4-5 Std.), quer über komplexes Terrain hinweg, wo eigentlich das chaotische Windregime beständige Rotation hätte verhindern müssen.
CineX

Freitag 3. August 2012, 06:15

Hy,

dann glaubst du nicht, dass großräumig komplexes Terrain eine Superzelle in der Entwicklung stören kann?
Exilfranke1

Freitag 3. August 2012, 13:45

Glaube ist keine exakte Wissenschaft.
CineX

Freitag 3. August 2012, 14:03

Ja das ist wohl war ;-)
Gibts denn zu dem Thema eigentlich keine Studien?
Das was ich bisher zu dem Thema gefunden habe ist widersprüchlich. In manchen arbeiten wird geschrieben, dass das Terrain keinen oder sogar förderlichen Einfluss ausübt, in anderen wiederrum heißt es (wie oben ja auch schon verlinkt), dass es Superzellen durchaus schwerer haben sich in komplexem Terrain zu entwickeln. Daher dachte ich, dass Terrain evtl. die organisation der Zelle etwas stört und damit die Häufigkeit in komplexem Terrain geringer ist.
Exilfranke1

Freitag 3. August 2012, 14:04

Ich dachte, ich hätte die Frage beantwortet. Naja, egal.

PS:

Bild

Inneralpin zähle ich 34 Tornados seit dem Jahr 1900, d.h. 34 Superzellen, die es innerhalb der Alpen zu einem Tornado gebracht haben, da nichtsuperzellige Tornados im Gebirge nahezu auszuschließen sind.

Wenn man im Umkehrschluss annimmt, dass nur rund 20 % aller Superzellen einen Tornado produziert, könnte man von 170 Superzellen ausgehen, die sich inneralpin bewegen. Natürlich hakt diese Milchmädchenrechnung:

Vielleicht gibt es nur wenige Superzellen, die aber oft tornadisch sind (Talwindsystem vs. Gradientwind über Kammniveau), vielleicht gibt es noch mehr Superzellen, da für tornadische Rotation auch das LCL niedrig genug sein muss, was im Gebirge eher selten der Fall ist (gut durchmischte Grenzschichten).

Mid-level rotation (= Mesozyklone) und low-level rotation (= Tornado) sind zwei verschiedene Prozesse.

In diesem Beitrag im WZ-Forum hast Du diesen Unterschied nicht verstanden: http://www.wzforum.de/forum2/read.php?7 ... sg-2468226" onclick="window.open(this.href);return false;
Allerdings haben wir beispielsweise in Bayern aber auch eine geringere Tornadodichte als beispielsweise im Norden und Tornados sind ja ebenfalls mit Scherung in Verbindung zu bringen. Daher dachte ich, dass vllt. Gebirge (z.B. Alpen Lee Seite) auch einen gewissen Schutz vor Windscherung erfahren...
Ich habe zumindest auf ner Seite mal gelesen, dass es mitten im Hochgebirge beispielsweise sehr häufig zu "normalen" Gewittern aber dafür seltener zu Superzellen kommt.
Erstmal wäre eine Quelle ganz nett.

Zweitens hat Südbayern eine hohe Superzellendichte (verursacht durch die Überlagerung von Talwindsystemen und Föhnströmung), aber nur eine geringe Tornadodichte (trockene Grenzschicht und geringe bodennahe Scherung). Das ist kein Widerspruch! Die Scherung am Alpenrand begünstigt generell mid-level rotation durch die vertikale Windscherung, die hohen Wolkenuntergrenzen und die geringe bodennahe (!) Scherung verhindern jedoch oft bodennahe Rotation.

Eine Erklärung ist u.a., dass die tornadische Rotation erst dann entsteht, wenn der RFD der Superzelle den Boden erreicht und dadurch horizontale Vorticity in die Vertikale gekippt wird. Allerdings hat man herausgefunden, dass ein kalter RFD schlecht ist, da er dem warmen Inflow den Zugang zum Aufwindbereich abschnürt. Ein warmer RFD ist daher günstiger (daher beobachtet man Tornados bzw. starke Tornados oft in Zusammenhang mit einem clear slot).

Bei einem hohen LCL (trockene Grenzschicht) ist nicht nur der Weg von der Aufwindbasis zum Boden sehr weit, sondern auch die Verdunstungsrate hoch, somit auch die Abkühlung durch Verdunstung, was in einem kalten RFD resultiert.

Daher sind die bayrischen Superzellen berüchtigt für riesigen Hagel und schwere Downbursts, in weitaus geringerem Ausmaß - schätzungsweise 1x in 5 Jahren für (schadensträchtige) Tornados.
CineX

Freitag 3. August 2012, 15:08

Aha, also kommt es nicht nur auf die Scherung generell an, sondern auch in welcher Höhe diese erfolgt. Richtig?
nadjap
Beiträge: 15187
Registriert: Samstag 14. März 2009, 22:54
Wohnort: Klosterneuburg-Scheiblingstein, Wienerwald, 489m

Freitag 3. August 2012, 18:11

Aber ist diese Karte, die sich auf Tornadowahrscheinlichkeiten/Ereignisse bezieht, nicht irreführend? Demnach würde Wien im Superzellenhotspotgebiet liegen, und das tut es mit Sicherheit nicht ;)
Klosterneuburg-Scheiblingstein, 487 m (gemessen mit NÖGIS), Wienerwald, Bezirk Wien Umgebung


http://www.fotografie.at/galerie/nadjap
http://www.facebook.com/NadjaPohlPhotography
Exilfranke1

Freitag 3. August 2012, 18:46

nadjap hat geschrieben:Aber ist diese Karte, die sich auf Tornadowahrscheinlichkeiten/Ereignisse bezieht, nicht irreführend? Demnach würde Wien im Superzellenhotspotgebiet liegen, und das tut es mit Sicherheit nicht ;)
Nein, Wien gehört durchaus zu den Hotspots, was Superzellen betrifft, da hier die Scherung oft günstig ist.
Floppjahre wie heuer gehören halt auch dazu.
CineX

Samstag 4. August 2012, 09:21

Hallo,

ok jetzt wird die Sache allgemein verständlicher. Tornados gibts in Bayern selten, da die Bodennahe Scherung durch das Terrain gehemmt wird. Superzellen hingegen dennoch viele, da die Scherung in der Höhe weniger beeinfluss und (kann man sagen durch Alpines pumpen?) sogar noch etwas gefördert wird.
Gibt es denn auch eine Erklärung, warum es dann zwar in Bayern häufig Hagel aber selten sehr schweren Hagel gibt? Also Korndurchmesser über 3 - 4 cm?
Also hier bei uns (nähe Ingolstadt), hagelt es pro Jahr im Durchschnitt ein bis 2 mal. Allerdings sind die Körner immer noch relativ klein. Autos werden zwar schon mal verbeult aber es geht ja wie man besonders in den USA sehen kann auch noch viel größer und heftiger. Und da Bayern offenbar ein Superzell Hotspot ist, wollte ich nochmal nachfragen ob denn die hier evtl. auch die Orograhie mitspielt? Also bedingt durch die Berge höhere Lage der Superzelle, dadurch abtauen der Hagelkörner bis zum Boden, etc.. Könnte das evtl. auch an der von dir angesprochenen hohen Wolkenbasis liegen? Also im verhältnis zur Hagelhäufigkeit kommt mir die Wahrscheinlichkeit schweren Hagels hier gering vor.
CineX

Donnerstag 16. August 2012, 11:45

@Exilfranke

Ich habe jetzt die Quelle wiederentdeckt, aus der ich die Geschichte mit der Schwergewitterhäufigkeit habe. Klingt für mich zumindest logisch, dass in komplexem Gelände die labilität recht schnell Gewitter hervorbringt, die dann aber eher schwächer ausfallen. Zumindest habe ich die Quelle wieder ;-)

Quelle: http://www.mswetter.com/2012/05/falsche ... zelle.html" onclick="window.open(this.href);return false;

Zitat:
Zu (1.):
Ja, die Bedingungen für Gewitter sind physikalisch gesehen natürlich immer gleich! Gewitter entstehen immer (und genau) dann, wenn eine labile Luftschichtung mit einem ersten Impuls für Aufsteigen, dem sogenannten "Auslösungsmechanismus", zusammentrifft. Ist auch nur eine dieser beiden "Zutaten" nicht vorhanden, passiert nix. Ist die Luftschichtung stabil, dann kann auch das stärkste erzwungene Aufsteigen kein Gewitter erzeugen (auch wenn winterliche Frontgewitter diesbezüglich einen Grenzfall darstellen). Andererseits erzeugt auch die instabilste Luftschichtung alleine noch keine Gewitter, solange es keinen Auslösungsmechanismus gibt.
In der Praxis sind diese notwendigen Bedingungen über den Gebirgen bzw. angrenzenden Vorländern natürlich oft in unterschiedlicher Ausprägung erfüllt. Wegen des "Volumeneffektes" (geringeres Luftvolumen über gleicher gegebener Grundfläche) erwärmt sich die Luft an einem sommerlichen Tag über den Bergen rascher als über dem Flachland; Thermik und Quellwolkenbildung setzen recht früh ein. Alleine die Aufheizung der bodennahen Luftschichten ist also oft ausreichend für Gewitterbildungen. Physikalisch gesehen wird dabei über den Bergen jegliche Labilitätsenergie (CAPE) nahezu sofort in Quellwolken und Gewitterbildungen umgesetzt, wobei die über den Bergen zusammenströmenden und aufsteigenden Tal- und Hangwinde den Auslösungsmechanismus bereitstellen.
Über den Vorländern ist hingegen die aufzuheizende Luftsäule von Vornherein tiefer (bzw. das Luftvolumen größer). Dazu kommt dort tagsüber im Allgemeinen noch eine absinkende Luftbewegung, da das Zirkulationsrad aus Tal- und Hangwinden ja wieder geschlossen werden muss. Da Absinken die Luft trockenisentrop (also um 1°C/100m) erwärmt, erzeugt dieses Absinken oft in 1-2 km einen warmen "Deckel", der einerseits Quellwolken- und Gewitterbildungen lange unterdrückt, andererseits aber dadurch den Aufbau besonders großer Labilität ermöglicht. Die Rolle des Auslösungsmechanismus müssen dann andere Phänomene übernehmen - etwa die Böenfronten bestehender oder vergangener Gewitter, Konvergenzlinien, Fronten, etc.
Insgesamt folgt daraus, dass Gewitter über den Vorländern später und weniger verlässlich erfolgen als über dem Bergland, dafür aber dann oft umso heftiger sind. Das schlägt sich auch daran nieder, dass Unwettererscheinungen wie Hagel und Tornados, die durch große Labilität (also besonders hohe Aufwind-Geschwindigkeiten in Gewittern) begünstigt werden, überwiegend im Alpenvorland und nicht in den Alpen selbst auftreten. In der Literatur hat sich die Unterscheidung zwischen "primären Gewittern" (über den Gebirgen) und "sekundären Gewittern" (über den Gebirgsvorländern) eingebürgert, die ich auch sehr stark unterstütze.
Ich glaube, im Prinzip hast du eh ungefähr so etwas gemeint, oder?
Woran liegt es denn eigentlich, dass die Wolkenbasen der Bayrischen Superzellen recht hoch sind? Gibt es hierfür eine Erklärung?
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Herfried
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Freitag 17. August 2012, 11:36

Bayern hat eigentlich oft schweren Hagelschlag (Golfball+). Sieht man auch durch Walters Berichte. ziehts halt mal nur über landwirtschaftliche Gebiete, gibts keine Zeitungsberichte. Es ist kein Zufall dass München eines der europa- und weltweit schwersten Hagelgewitter überhaupt hatte...

Und dass es nahe angrenzend in T, Szbg, OÖ bzw. Cz ähnliches gibt detto.
Die richtig heftige bodennahe Feuchte fehlt aber des öfteren im gebirgigen Raum, daher dort dann höhere Basen.
Achtung auch: Die schwersten Unwetter ziehen oft nicht im Hochgebirge, sondern ganz typisch entlang der Grenzen zwischen Flachland und Bergland - dem Alpenvorland. Und dort gibt es dann auch die tiefen Basen. Dierkt am Alpenrand und inneralpin ist es selten so feucht (es gibt aber diese Ausnahmen) und daher höhere Basen, schwächere Labilität, langsamerer Aufwind, kleinerer Hagel.

Und wenn man sich die Tornado Alley ansieht, passt dies dort ebenfalls, die besten Chancen hat man nahe des Übergangs der High Plains zu den Low Plains.

In Europa ergibt das einen Halbkreis rund um die Alpen, verlängert bis in die Poebene. Nur auf der Westseite und im SW der Alpen ist mir weniger bekannt.
Schöne Grüße aus Mühldorf bei und 100 m über Feldbach, Herfried Spät-Schneefrosch 2011 und 2020 ex aequo, früh 2021, Eisfrosch 2020
CineX

Freitag 17. August 2012, 20:18

Danke für die Erklärung. Ich dachte mir, dass die Wolkenbasen evtl. auch zum Teil durch die Topographie beeinflusst werden. Oder dass die Superzellentwicklung dann einsetzt, wenn die Wolkenbasen über dem Gebirge liegen (wenn die Wolkenbasen sehr niedrig sind werden sie ja doch wohl irgendwann mal durch die Gebirge gestört, oder?). Mir will es einfach nicht einleuchten, dass Gebirge zwar Superzellen durch Scherung (Berg / Talwinde) begünstigen, andererseits aber nicht schwächen können. :?: :?: :?: Also offenbar kann die Mid - level Rotation zwar durchaus verstärkt werden, aber dann müsste es doch auch bei bei anderer Anströmung hemmende Effekte geben, oder nicht?

Was sagt ihr eigentlich zu dem oben eingefügten Zitat. Also dass im Gebirge jede labilität durch erzwungene Konvektion sofort abgebaut wird. Immerhin klingt die Theorie plausibel.
Exilfranke1

Samstag 18. August 2012, 00:53

das thema und die antworten kranken an pauschalisierungen. so einfach ist wissenschaft nicht.
CineX

Freitag 24. August 2012, 17:29

Ok, ich sehe schon dass das Thema offenbar wirklich zu komplex ist um hier pauschale Aussagen treffen zu können.
Wie sieht denn die Sache eigentlich beim Thema Multizellen aus? Hier würde ich mal behaupten, dass Topographie eine Multizellentwicklung fördern kann, oder? ( Also mehrere getrennte Aufwindbereiche) Topographie kann ja beim überströmen die Luft zum aufsteigen zwingen (Hinternis). Wenn jetzt eine vorhandene Zelle einen Fallwind erzeugt, dann kann doch dieser theoretisch ein feuchtes Warmluftpaket erneut gegen ein anderes Hindernis drücken, somit zum aufsteigen bringen und eine neue Konvektion auslösen. Leider finde ich zum Thema Multizellen noch viel weniger als zu Superzellen ;-) Gibt es denn hierzu genauere Studien, ob stakes Geländerelief eine Multizellenentwicklung fördern kann?
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