Gewitter und Blitze: wie sie entstehen

Was ist ein Gewitter?

Ein Gewitter ist ein Regenschauer, der Blitz und Donner erzeugt. Diese Unterscheidung ist wichtig: Viele starke Schauer erzeugen niemals Blitze, und ohne Blitze gibt es kein Gewitter. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt sind weltweit rund 2.000 Gewitter aktiv, die meisten davon in den Tropen und an warmen Nachmittagen.

Gewitter reichen von kurzen, isolierten Zellen, die 20 Minuten dauern, bis hin zu massiven organisierten Systemen, die stundenlang anhalten und Hagel, Tornados und zerstörerische Winde hervorbringen können. Zu verstehen, wie sie entstehen, hilft zu erklären, warum manche harmlos und andere verheerend sind.

Konvektion und atmosphärische Instabilität

Gewitter werden durch Konvektion angetrieben, den Prozess, bei dem warme Luft aufsteigt, weil sie weniger dicht ist als die kühlere Luft darüber. Stell dir einen Topf Wasser auf dem Herd vor: Die Hitze am Boden erzeugt aufsteigende Strömungen. In der Atmosphäre ist der „Herd” der sonnenerwärmte Boden.

Damit ein Gewitter entsteht, müssen drei Zutaten zusammenkommen:

• Feuchtigkeit: Wasserdampf in der unteren Atmosphäre liefert das Rohmaterial für Wolken und Regen. Feuchte Luft enthält mehr Energie, die stärkere Aufwinde antreibt.
• Instabilität: Die Atmosphäre ist instabil, wenn die Temperatur mit der Höhe schnell abnimmt, sodass ein aufsteigendes Luftpaket wärmer bleibt als seine Umgebung und weiter nach oben beschleunigt. Meteorologen messen dies mit Indizes wie CAPE (Convective Available Potential Energy); höhere Werte signalisieren ein größeres Gewitterpotenzial.
• Hebung: Irgendetwas muss die Luft zunächst nach oben drücken. Das kann die Sonneneinstrahlung auf den Boden sein, eine Kaltfront, die warme Luft unterwandert, Gelände, das Luft über Berge zwingt, oder zusammenlaufende Oberflächenwinde.

Wenn alle drei vorhanden sind, kann aufsteigende Luft stabile Schichten durchstoßen und sich zu turmhohen Wolken aufbauen.

Die drei Phasen eines Gewitters

Jedes Gewitter, von einer kurzen Nachmittagszelle bis zu einer schweren Superzelle, durchläuft drei Phasen.

Kumulusphase

Warme, feuchte Luft steigt in einem starken Aufwind auf und kühlt dabei mit zunehmender Höhe ab. Wasserdampf kondensiert zu einer wachsenden Kumuluswolke, die sich vertikal aufbaut, manchmal mit Geschwindigkeiten von über 900 Metern pro Minute (3.000 ft/min). In dieser Phase gibt es nur einen Aufwind und keinen Abwind. Es regnet noch nicht, obwohl die Wolke schnell wächst. Diese Phase dauert typischerweise 10 bis 15 Minuten.

Reifephase

Die Wolke erreicht Höhen von 10.000 bis 15.000 Metern (33.000 bis 49.000 ft) oder mehr, und ihre Oberseite flacht an der Tropopause ab und bildet die charakteristische Ambossform. Der Niederschlag wird zu schwer, als dass der Aufwind ihn tragen könnte, und Regen (oder Hagel) beginnt zu fallen, reißt Luft nach unten mit und erzeugt einen Abwind neben dem Aufwind. Dieses Nebeneinander von Aufwind und Abwind ist das Kennzeichen der Reifephase.

Das Gewitter ist hier am stärksten. Blitze, starker Niederschlag, kräftige Winde und manchmal Hagel treten auf. Diese Phase dauert bei einem einfachen Gewitter 15 bis 30 Minuten, obwohl organisierte Systeme eine Reifephase deutlich länger aufrechterhalten können.

Auflösungsphase

Der Abwind breitet sich am Boden als Pool kühler, regengekühlter Luft aus und schneidet den warmen Zustrom ab, der den Aufwind speist. Ohne frischen Nachschub schwächt sich der Aufwind ab und bricht zusammen. Der Niederschlag lässt nach, die Wolke wird dünner und Blitze werden selten. Was übrig bleibt, ist oft ein breiter Schirm aus hohen Wolken, den der Amboss hinterlassen hat.

Cumulonimbus: die Gewitterwolke

Die für Gewitter verantwortliche Wolkenart ist Cumulonimbus (Cb). Sie ist der höchste Wolkentyp und erstreckt sich von nahe der Oberfläche bis zur oberen Troposphäre. Ein reifer Cumulonimbus kann Hunderttausende Tonnen Wasser enthalten.

Wichtige visuelle Merkmale:

• Dunkle, flache Basis: Die Wolkenbasis liegt je nach Bedingungen typischerweise zwischen 500 und 2.000 Metern (1.600 und 6.600 ft) über dem Boden.
• Turmhohe vertikale Entwicklung: Die Hauptsäule kann auf 12.000 Meter (39.000 ft) oder höher aufsteigen.
• Ambossdecke: Der sich ausbreitende, flache obere Teil, der entsteht, wenn die aufsteigende Luft die Tropopause erreicht und nach außen gedrückt wird. Der Amboss kann sich Hunderte Kilometer im Lee des Gewitters erstrecken.
• Mammatus: Abgerundete, beutelartige Ausstülpungen, die an der Unterseite des Ambosses hängen. Sie deuten auf starke Turbulenzen hin und werden oft (wenn auch nicht immer) mit schweren Gewittern in Verbindung gebracht.

Wie Blitze funktionieren

Ein Blitz ist eine massive elektrostatische Entladung. Er tritt auf, wenn der elektrische Potentialunterschied zwischen zwei Bereichen groß genug wird, um die isolierenden Eigenschaften der Luft zu überwinden.

Ladungstrennung

Im Inneren eines Cumulonimbus schleudern kräftige Auf- und Abwinde Eiskristalle und Graupel (weicher Hagel) mit hoher Geschwindigkeit aneinander vorbei. Kollisionen zwischen kleineren Eiskristallen und größeren Graupelpartikeln übertragen elektrische Ladung: Leichtere Eiskristalle tragen positive Ladung nach oben, während schwererer Graupel negative Ladung im mittleren und unteren Teil der Wolke ansammelt. Dieser Prozess, der als nicht-induktiver Ladungsmechanismus bezeichnet wird, erzeugt ein starkes elektrisches Feld.

Das Ergebnis ist eine Wolke mit einem großen positiv geladenen Bereich nahe der Oberseite, einem großen negativ geladenen Bereich in der Mitte und oft einer kleineren positiven Zone nahe der Basis.

Der Blitzschlag

Ein einzelner Blitz umfasst mehrere Schritte, die alle in Sekundenbruchteilen ablaufen:

1. Leitblitz (Stepped Leader): Ein unsichtbarer Kanal negativ geladener Luft erstreckt sich in einem Zickzackmuster von der Wolke nach unten und rückt in etwa 50 Meter (160 ft) langen Schritten vor. Jeder Schritt ionisiert einen Pfad durch die Luft.
2. Fangentladungen (Streamers): Wenn sich der Leitblitz dem Boden nähert, steigen positiv geladene Fangentladungen von hohen Objekten (Bäumen, Gebäuden, Masten) zum herabsteigenden Leitblitz auf.
3. Verbindung und Hauptentladung: Wenn eine Fangentladung den Leitblitz erreicht, schließt sich ein vollständiger Stromkreis. Ein heller Hauptblitz (Return Stroke) schießt mit etwa einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit den ionisierten Kanal hinauf. Das ist der Blitz, den du siehst. Ein einzelner Blitz kann eine Spitzenstromstärke von rund 30.000 Ampere führen, wobei die Temperaturen im Kanal etwa 30.000 °C (54.000 °F) erreichen, ungefähr das Fünffache der Temperatur der Sonnenoberfläche.
4. Folgeblitze (Dart Leaders): Viele Blitze enthalten mehrere Hauptentladungen (typischerweise 3 bis 4), die in schneller Folge demselben Kanal folgen und dem Blitz sein flackerndes Erscheinungsbild verleihen.

Blitzarten

• Wolke-Boden-Blitz (CG): Der bekannteste und gefährlichste Typ. Negative CG-Blitze (die aus dem negativ geladenen Bereich stammen) machen etwa 90 % der CG-Einschläge aus. Positive CG-Blitze sind seltener, tragen aber mehr Ladung und werden mit schweren Gewittern in Verbindung gebracht.
• Wolkeninterne Blitze (IC): Eine Entladung innerhalb derselben Wolke. Dies ist tatsächlich die häufigste Blitzart insgesamt, manchmal als diffuses Leuchten durch die Wolke sichtbar („Flächenblitz”).
• Wolke-zu-Wolke-Blitz (CC): Eine Entladung zwischen zwei getrennten Wolken.

Donner und die Blitz-Donner-Regel

Donner ist das Geräusch, das entsteht, wenn ein Blitz die Luft in seinem Kanal extrem erhitzt und sie sich explosionsartig ausdehnt. Die resultierende Schockwelle breitet sich als Schall aus.

Da Licht nahezu augenblicklich reist und Schall sich mit etwa 343 Metern pro Sekunde (1.125 ft/s) fortbewegt, siehst du den Blitz, bevor du den Donner hörst. Die Blitz-Donner-Regel ermöglicht es dir, die Entfernung eines Blitzeinschlags abzuschätzen:

Zähle die Sekunden zwischen Blitz und Donner und teile durch 3 für die Entfernung in Kilometern (oder durch 5 für Meilen).

Ein Abstand von 9 Sekunden bedeutet, dass der Einschlag etwa 3 km (1,9 mi) entfernt war. Ein Abstand von 15 Sekunden ergibt ungefähr 5 km (3,1 mi). Donner ist selten über eine Entfernung von mehr als etwa 16 km (10 mi) von der Quelle hörbar, obwohl entfernte Blitze noch sichtbar sein können. Blitze, die ohne hörbaren Donner zu sehen sind, werden manchmal als Wetterleuchten bezeichnet, sind aber einfach gewöhnliche Blitze, die zu weit entfernt sind, als dass der Schall dich erreichen könnte.

Gewittertypen

Nicht alle Gewitter sind gleich. Meteorologen klassifizieren sie nach ihrer Struktur und ihrem Verhalten.

Einzelzelle

Ein einzelner Aufwind, der sich innerhalb von etwa 30 bis 60 Minuten entwickelt, reift und auflöst. Das sind die typischen sommerlichen Nachmittagsgewitter, oft als „Popcorn-Konvektion” bezeichnet. Sie sind im Allgemeinen schwach und erzeugen kurzen Starkregen, gelegentliche Blitze und manchmal kleinen Hagel. Da ihr eigener Abwind den Aufwind schnell abschneidet, sind sie kurzlebig.

Multizellen-Cluster

Eine Gruppe von Zellen in verschiedenen Entwicklungsstadien, wobei sich neue Zellen entlang der Vorderkante des Abflusses älterer, zerfallender Zellen bilden. Dies ermöglicht es dem System, mehrere Stunden zu bestehen, obwohl jede einzelne Zelle darin relativ kurzlebig ist. Multizellen-Cluster können mäßigen Hagel, starke Winde und gelegentlich kurze Tornados erzeugen.

Böenlinie

Ein langes, schmales Band von Gewittern, das sich entlang oder vor einer Kaltfront bildet. Böenlinien können sich über Hunderte Kilometer erstrecken und sich schnell bewegen, wobei sie einen plötzlichen Beginn von starkem Wind, Starkregen und häufigen Blitzen bringen, gefolgt von einem deutlichen Temperaturabfall beim Durchzug der Front. Sie sind eine häufige Ursache für weiträumige Windschäden.

Superzelle

Der am besten organisierte und gefährlichste Gewittertyp. Eine Superzelle enthält einen tiefen, beständig rotierenden Aufwind, der als Mesozyklone bezeichnet wird. Starke Windscherung kippt den Aufwind vom Abwind weg, während die Rotation des Gewitters diese Trennung aufrechterhält und es dem Gewitter ermöglicht, sich stundenlang selbst zu erhalten, anstatt wie gewöhnliche Gewitter zusammenzubrechen.

Superzellen sind für die extremsten Wetterereignisse verantwortlich: großen Hagel (manchmal über 10 cm / 4 in Durchmesser), sehr starke Winde und die Mehrzahl der bedeutenden Tornados. Sie sind visuell unverwechselbar und zeigen oft eine rotierende Mauerwolke, eine regenfreie Aufwindbasis und einen ausgeprägten Amboss, der sich weit im Lee erstreckt.

Hagelbildung

Hagel bildet sich in den starken Aufwinden von Gewittern. Wassertropfen werden nach oben in Bereiche weit unter dem Gefrierpunkt getragen, wo sie auf einem wachsenden Hagelkorn anfrieren. Das Korn fällt, wird vom Aufwind erfasst, steigt wieder auf und sammelt eine weitere Eisschicht an. Dieser Kreislauf wiederholt sich, bis das Hagelkorn zu schwer für den Aufwind wird.

Die Größe des Hagels hängt direkt von der Stärke des Aufwinds ab:

Wenn du ein großes Hagelkorn halbierst, kannst du oft abwechselnde Schichten aus klarem und trübem Eis erkennen, wobei jede Schicht eine Reise durch den Aufwind darstellt. Hagel verursacht jedes Jahr erhebliche Schäden an Ernten, Fahrzeugen und Dächern.

Fallböen und Mikrobursts

Wenn der Abwind eines Gewitters den Boden erreicht und sich ausbreitet, kann er auch ohne Tornado zerstörerische Winde erzeugen. Diese werden als Fallböen (Downbursts) bezeichnet.

Ein Makroburst betrifft ein Gebiet von mehr als 4 km (2,5 mi) Durchmesser und kann 5 bis 20 Minuten anhalten, mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 210 km/h (130 mph). Ein Mikroburst betrifft ein kleineres Gebiet (weniger als 4 km / 2,5 mi Durchmesser) und dauert nur 2 bis 5 Minuten, kann aber ebenso intensive Winde erzeugen, die auf eine enge Zone konzentriert sind.

Mikrobursts sind besonders gefährlich für Flugzeuge während Start und Landung, wenn ein plötzlicher Wechsel von Gegenwind zu Rückenwind einen schnellen Auftriebsverlust verursachen kann. Am Boden werden Mikroburst-Schäden manchmal mit Tornadoschäden verwechselt, obwohl das Muster umgestürzter Bäume von einem zentralen Punkt nach außen strahlt, anstatt das wirbelnde Muster eines Tornados zu zeigen.

Fallböen werden durch Verdunstungskühlung angetrieben: Wenn Regen durch trockene Luft unterhalb der Wolkenbasis fällt, verdunstet er, kühlt die umgebende Luft ab und beschleunigt den Abwind. Bedingungen mit einer trockenen Schicht unterhalb einer feuchten Wolkenbasis sind besonders anfällig für starke Fallböen.

Gewittersicherheit

Blitze gehören weltweit zu den häufigsten wetterbedingten Todesursachen. Die gute Nachricht ist, dass nahezu alle Blitzopfer mit einfachen Vorsichtsmaßnahmen vermeidbar sind.

Die 30/30-Regel

• Erste 30: Wenn die Zeit zwischen einem Blitz und dem Donner 30 Sekunden oder weniger beträgt (das Gewitter also innerhalb von 10 km / 6 mi ist), suche sofort Schutz.
• Zweite 30: Warte mindestens 30 Minuten nach dem letzten Donner, bevor du wieder nach draußen gehst. Einschläge können noch lange nach Ende des Regens auftreten, vom nachlaufenden Amboss eines abziehenden Gewitters.

Wo du Schutz suchst

• Ein festes Gebäude mit Elektroinstallation und Wasseranschlüssen ist die sicherste Option. Die elektrischen Leitungen und Rohre fungieren als Ableitung zur Erde und schützen die Bewohner.
• Ein Hartdach-Fahrzeug mit geschlossenen Fenstern bietet guten Schutz. Die Metallkarosserie leitet den Blitz um die Insassen herum. Cabrios, Golfcarts und offene Fahrzeuge bieten keinen Schutz.
• Vermeide: offene Felder, Hügelkuppen, einzeln stehende Bäume, offene Unterstände (Bushaltestellen, Picknickunterstände), Zelte und Gewässer.

Wenn du im Freien überrascht wirst

• Bewege dich zum tiefsten verfügbaren Gelände. Vermeide Grate, Hügelkuppen und offene Flächen, auf denen du das höchste Objekt bist.
• Halte Abstand von hohen, einzeln stehenden Objekten wie einzelnen Bäumen oder Metallzäunen.
• Wenn du in einer Gruppe bist, verteilt euch, damit ein einzelner Einschlag weniger wahrscheinlich alle trifft.
• Wenn du schwimmst, Boot fährst oder dich in der Nähe von Wasser befindest, geh sofort an Land und bewege dich landeinwärts. Wasser leitet Elektrizität, und ein Blitzeinschlag in einen See oder das Meer kann in beträchtlicher Entfernung vom Einschlagspunkt tödlich sein.

Im Gebäude während eines Gewitters

• Vermeide die Nutzung von kabelgebundenen Telefonen, Wasserleitungen und Elektrogeräten bei aktivem Blitzschlag in der Nähe.
• Halte Abstand von Fenstern, Türen und Betonwänden (die Metallarmierungen enthalten können, die Strom leiten).
• Drahtlose Geräte (Mobiltelefone, Laptops im Akkubetrieb) können bedenkenlos verwendet werden.

Wie Gewitter vorhergesagt werden

Die Gewittervorhersage umfasst zwei separate Fragen: Werden Gewitter entstehen? und Wie stark werden sie sein?

Meteorologen bewerten die drei Zutaten (Feuchtigkeit, Instabilität und Hebung) mithilfe von Wetterballonsondierungen, Satellitenbildern und numerischen Wettermodellen. Indizes wie CAPE, der Lifted Index und der Significant Tornado Parameter helfen, das Risiko zu quantifizieren. Weitere Details zur Funktionsweise von Wettermodellen findest du unter Wie Wettervorhersagen funktionieren.

Kurzfristvorhersagen (0 bis 6 Stunden) stützen sich stark auf Radar, das bestehende Gewitter in Echtzeit verfolgen, ihre Intensität messen und Rotation in Superzellen mithilfe von Doppler-Geschwindigkeitsdaten erkennen kann. Blitzortungsnetzwerke lokalisieren Einschläge über ganze Kontinente hinweg und ermöglichen es Meteorologen, die Elektrifizierung von Gewittern in Echtzeit zu überwachen.

Trotz dieser Werkzeuge gehören der genaue Zeitpunkt und Ort einzelner Gewitter zu den am schwierigsten vorherzusagenden Phänomenen in der Meteorologie. Vorhersagen können Regionen und Zeitfenster identifizieren, in denen Gewitter wahrscheinlich sind, aber genau vorherzusagen, welches Stadtviertel betroffen sein wird, ist oft mehr als ein bis zwei Stunden im Voraus unmöglich.

Tipps für die Gewittersaison

• Prüfe die Vorhersage vor Aktivitäten im Freien. Wenn Gewitter erwartet werden, plane, während der Stunden mit dem höchsten Risiko in der Nähe eines Unterschlupfs zu sein, typischerweise am mittleren Nachmittag im Sommer.
• Kenne die 30/30-Regel. Zähle die Sekunden vom Blitz bis zum Donner. Sind es 30 Sekunden oder weniger, geh nach drinnen. Warte 30 Minuten nach dem letzten Donner.
• Beobachte den Himmel. Schnell wachsende Kumulustürme, ein sich verdunkelnder Himmel und zunehmender Wind sind Warnsignale, dass sich ein Gewitter in der Nähe aufbaut.
• Habe einen Plan für Freiluftveranstaltungen. Outdoor-Sport, Konzerte und Campingausflüge sollten einen Blitzschutzplan mit einem bestimmten Schutzraum und klaren Entscheidungskriterien für die Unterbrechung von Aktivitäten beinhalten.
• Sichere lose Gegenstände. Starke Gewitterwinde können Gartenmöbel, Tonnen und ungesicherte Gegenstände zu Geschossen machen.
• Sei vorsichtig nach dem Abzug von Gewittern. Herabgefallene Stromleitungen, überflutete Straßen und geschwächte Bäume sind häufige Gefahren in der Nachfolge.

Wie Airpult das Gewitterrisiko anzeigt

Auf Airpult zeigt die Vorhersageseite Niederschlagswahrscheinlichkeit, Windbedingungen und Gewitterindikatoren für deinen Standort an. Wenn Gewitter in der Vorhersage sind, werden sie in der stündlichen und täglichen Ansicht gekennzeichnet, damit du um die Zeiten mit dem höchsten Risiko herum planen kannst. Nutze die Erkunden-Seite, um nach einem beliebigen Ort zu suchen und dessen Vorhersage zu prüfen, bevor du losgehst.