18.06.2024 - Superzelle Arnstadt - Chemnitz - Synoptisch/Mesoskalige Analyse

  • Tach zusammen,


    eine der (meiner Meinung nach) schönsten Superzellen unserer Region der vergangenen Jahre entstand am Abend des 18.06.2024 gegen 19:40 südwestlich von Arnstadt und zog bis 22:20 entlang der A4 bis auf die Höhe von Chemnitz, wo sie schließlich ihren superzellulären Charakter verlor. Eine Strecke von immerhin 160km. In dieser Analyse versuche ich das recht interessante Zusammenspiel von meso- und synoptisch-skaligen Prozessen an diesem Abend zusammenzufassen.



    Feuchte:

    Die Ausgangsbedingungen für Gewitter im Thüringer Becken am 18.06.2024 waren tagsüber lange Zeit nicht optimal. Starker SSW Wind und die damit einhergehende Überströmung des Thüringer Waldes sorgten für Absinken und starke Abtrocknung der Luftmasse im Thüringer Becken. Die Taupunkte fallen hier teilweise auf 13°C über 28°C Lufttemperatur. Initial eher schlechte Voraussetzungen für Gewitter. Im Super HD bei Kachelmannwetter gibt es eine Premiumkarte im Bereich Flugmeteorologie, nennt sich Luv/Lee Vertikalbewegung. Diese benutze ich gerne um die Hebungs/Absinkprozesse entlang der Mittelgebirge abzuschätzen. Die hier gezeigte Karte zeigt die Vertikalbewegung um 15 Uhr MESZ. Schön in blauen Farben sichtbar ist der Absinkbereich hinter dem Kamm des Thüringer Waldes. Der Absinkbereich erstreckt sich bis ins nordöstliche Thüringen und das südliche Sachsen-Anhalt. Hebungsprozesse (grün) finden sich hingegen südlich vom Kamm des Thüringer Waldes und entlang des Südharzes.



    Die erste Gewitteraktivität des Tages entlang einer recht langgestreckten Warmfront erreichte Thüringen gegen 15 Uhr. Anhand der Radarniederschlagssummen wird sichtbar, wie im Thüringer Becken nahezu sämtliche Gewitteraktivität unterdrückt wird. Eine langlebige Superzelle bewegt sich auf einer recht klassischen Zugbahn von Meiningen über das Vogtland bis ins Erzgebirge. Besonders im Bereich südlich vom Kamm des Thüringer Waldes profitiert die Zelle dabei von der Luvseitigen Hebung, während im Lee das Absinken dominiert. Später Richtung Erzgebirge gerät diese Zelle in die Absinkbewegung hinter dem Erzgebirgskamm, kann sich aber dennoch als LP Superzelle behaupten und zieht noch lange Zeit nach Osten. Weiter nördlich im Raum Leipzig und östlich davon ist die Feuchte lokal etwas erhöht, vor allem ist aber die Entfernung zu Thüringer Wald und Erzgebirge groß genug, um nicht zu stark von der Absinkbewegung betroffen zu sein. Auch hier bildet sich eine Superzelle über Leipzig, die später zu einem Bowecho wird und nach Osten rauscht.

    Im schwarz umrandeten Bereich fällt während des Nachmittags lediglich stratiformer Regen aus Gewitterresten oder Eisschirmen. Diese leichte Anfeuchtung der Grundschicht ist allerdings bereits ein erstes Puzzlestück für unsere Superzelle am Abend.



    Beispielhaft für die Anfeuchtung hier der Taupunktverlauf von Gera (https://kachelmannwetter.com/d…0z.html#obs-detail-105670). Mit dem Regen gegen 17:30 steigt der Taupunkt hier um 4 Grad von 14 auf 18°C



    Feuchte in der Grundschicht ist gut, wichtig ist aber vor allem die Feuchtekonvergenz, sprich die Advektion von feuchter Luftmasse in lokal begrenzte Gebiete. Hierfür ziehe ich die Feuchtefluss Analyse auf Kachelmannwetter heran (https://kachelmannwetter.com/d…boden/20240618-1840z.html). Blaue Farbe bedeutet hierbei das bodennahe Zusammenströmen von Feuchte. Nach den stratiformen Niederschlägen, zwischen 17:30 bis kurz vor der Entstehung der Superzelle um 19:40, ist eine schöne Feuchtekonvergenz nördlich/nördöstlich des Thüringer Walds zwischen Arnstadt und Gera sichtbar- ziemlich genau die spätere Zugbahn der Zelle ;)



    Die Feuchtekonvergenz wiederum entsteht durch ein mesoskaliges Bodentief/Leetief, welches sich im Bereich des Thüringer Beckens ausbildet. Dieses ist in den Bodendaten von 20 Uhr anhand des Druckfalls und des Bodenwinds zu erkennen. Der Druck im Thüringern Becken fällt zwischen 17 und 20 Uhr um 2hPa.


    Der Bodenwind im Thüringer Becken dreht auf NO bis ONO, weiter westlich strömt er aus NW und südlich des Thüringer Waldes aus S in das Bodentief.


    Genau im Zentrum dieses Bodentiefs entsteht die Superzelle. Das Bodentief bewegt sich wie die Superzelle in der nächsten Stunde nach Osten. Das Rückdrehen des Windes auf ONO sorgt dabei für eine zusätzliche gewitterrelative Windkomponente und erhöht die streamwise Vorticity. Mehr dazu im Abschnitt "Scherung".


    Hebung:

    Die synoptische Hebung, wichtig für die Entstehung des Bodentiefs und der Superzelle, resultiert aus einem Vorticitymaximum das sich aus Westen heranbewegt. Vor diesem Vorticitymaximum herrscht positive Vorticityadvektion, sowohl in 500 als auch in 300hPa. Positive Vorticityadvektion sorgt für Divergenz in der Höhe, was wiederum Hebung in den Schichten darunter und Konvergenz am Boden bewirkt.




    Labilität:

    Die Temperaturabnahme der Umgebungstemperatur mit zunehmender Höhe in der oberen Troposphäre ist maßgeblich für die Labilität. Hierfür betrachten wir die Mid-Level Lapserates, also die Temperaturabnahme zwischen 3 und 5.5km. Je negativer der Wert, desto stärker die Temperaturabnahme, desto mehr Labilität. Im GIF seht ihr, wie vom 17.06. 14 MESZ bis zum 18.06 20 MESZ ein Bereich von sehr negativen Lapserates (blau) vom Bereich der Iberischen Halbinsel bis nach Süd/Mitteldeutschland advehiert wird. Ich spekuliere, das diese Lapserates auf ein (modifiziertes) elevated mixed layer (EML) zurückzuführen sind. Also Luftmasse, die über den Hochebenen der Iberischen Halbinsel trockenadiabatisch durchmischt und dann in höhere Luftschichten gehoben wird und zu uns advehiert wird.



    Mit dieser CAPE Karte vom ID2 Model aus dem NinJo (DWD) betrachten wir nun das lokale Zusammenspiel von Feuchte und Labilität. Nur der 18z Lauf des Models hatte die Superzelle im Thüringer Becken zumindest angedeutet. Entlang der stärksten Feuchtekonvergenz im Thüringer Becken liegen recht flächig 1000-1250 J/kg Mixed Layer (ML) CAPE. Östlich der Saale verjüngt sich die Fläche zu einem schmalen CAPE-Streifen. Dieser stimmt gut mit der späteren Zugbahn der Superzelle überein. Der 10m Modelwind zeigt hier zusätzlich eine Windkonvergenz zwischen NO WInd nördlich des CAPE-Streifens und O-SO Wind südlich davon. Ich vermute hier Folgendes: Der Outflow der ersten Gewittersysteme östlich von Leipzig verstärkt den eh schon in Richtung des Bodentiefs strömenden NO Wind. Dieser konvergiert ungefähr entlang der A4 mit der durch den S-Wind abgetrockneten Grundschicht im Bereich des Erzgebirgskamms UND der durch die vorangehende LP-Superzelle modifizierten Grundschicht. Es ist denkbar, dass der feuchte Outflow aus NO eine recht trockene, durchmischte Grundschicht aus Süden "unterläuft", und so in einem recht schmalen "Mischungsstreifen" eine CAPE Erhöhung bewirkt.



    Diese Theorie wird vom Modelsounding (20 MESZ) entlang dieses CAPE-Streifens gestützt. Schön zu sehen ist eine bis 900hPa angefeuchtete Grundschicht, Wind dort schwach aus östlicher Richtung. Darüber dreht der Wind auf Süden, es zeigt sich eine eher trockene, aber trockenadiabatisch durchmischte Residualschicht. Auch darüber sind die tollen, annährend trockenadiabatischen Lapserates bis ca. 5km zu erkennen. Das ist eine typische Luftmasse, in der nie von selber eine Zelle entstehen würde. Dafür ist der Deckel zu stark. Die Superzelle bildete sich aber weiter westlich, in einer schwächer gedeckelten Luftmasse im Thüringer Becken. Auf dem Weg nach Osten konnte sich die Zelle die Luftmasse offenbar ausreichend modifizieren um darin lange Zeit zu überleben. Konvektion war außerdem nicht nur aus der Grundschicht heraus, sondern auch elevated aus der Residualschicht heraus möglich. Diese Kombination von elevated und surface based Konvektion hilft Zellen meiner Erfahrung nach oft dabei, auch einen stärkeren Deckel zu überwinden. Im unteren Sounding habe ich das nochmal grob skizziert.



    Rot ist hierbei die Aufstiegskurve aus der Grundschicht heraus, Blau die Aufstiegskurve aus der Residualschicht heraus. Beiden Aufstiegskurven steht durch die fast trockenadiabatischen Lapserates genug Labilität zur Verfügung. Die Superzelle kombiniert sozusagen die entkoppelte Konvektion aus der Residualschicht und die surface based Konvektion aus der Grundschicht heraus.



    Ein weiterer entscheidender Punkt für das Fortbestehen der Superzelle trotz der sehr gedeckelten Luftmasse ist die eigene Modifikation der Umgebungsluft. Das "Partypiece" der Zelle bestand meiner Meinung nach vor allem darin, sehr effektiv Niederschlag aus dem eigenen Forward-Flank-Downdraft (FFD) wieder in den eignen Aufwind zu integrieren. Im Bild (21:20 bei Gera) ist schön zu sehen, wie ein regelrechter Vorhang aus Regen (vermutlich kleine/leichtere Tropfen) aus dem FFD direkt wieder in den Aufwind geführt wird. Zwischen Regenvorhang und Aufwind bleibt ein kleines Loch, durch das man hinter die Zelle schauen kann...genial! Die Superzelle "füttert" sich selbst mit gesättigter Luftmasse und feuchtet die Umgebungsluft durch den Regen zusätzlich an. Dieser Prozess ist allerdings so kleinräumig, dass er nur schwer von einem Modelsounding wiedergegeben werden kann.



    Scherung:

    Hier möchte ich abschließend nochmal den ID2 Hodographen, wieder aus NinJo, präsentieren. Zeit und Ort wie das Sounding, also aus der Luftmasse, die die Superzelle durchquerte. Ganz am Boden ist die ONO Komponente zu erkenne, dann dreht der Wind rabiat über Süd weiter auf Südwest. Bereits in 0-1km herrschen 25kn Scherung. Im Hodographen sind die Vorticityvektoren schwarz und der Vektor des gewitterrelativen Winds grün eingezeichnet. Beide sind annährend parallel zu einander, die Vorticity bis 3km ist also annährend streamwise, optimal für eine langlebige Superzelle und Tornados. Der Tornadoverdacht/Funnel von Markus spricht dafür, dass die Zelle bei einer weniger gedeckelten Luftmasse durchaus auch tornadogefährlicher hätte sein können. Die verstärkte Scherung im unteren Kilometer ist dabei vermutlich dem low level Jet zuzuschreiben. Dieser bildet sich über der stabilisierten, kühleren Grundschicht durch die fehlende Bodenreibung aus. (Hier nochmal zum nachlesen: Seewetter-Kiel). Die schwache Scherung zwischen 4-8km, was eher für einen HP Charakter der Zelle durch fehlenden Abtransport von Niederschlag sprechen würde, wird durch ein recht flaches CAPE Profil oberhalb von 7km und starken Antransport von Niederschlag oberhalb von 8km kompensiert. Am Ende pegelte sich die Zelle somit bei einer Mischung zwischen HP und Klassisch ein.



    Abschließend also ein günstiges Zusammenspiel vieler Faktoren, welches letztlich zu dieser tollen Zelle geführt hat.

    Herzlichen Dank fürs bis hierher lesen, hoffe es hat euch gefallen. Fragen, Anmerkungen oder Diskussion sind sehr erwünscht :)


    VG

    Anton