Guangzhou wurde von faustgroßen Hagelkörnern getroffen, die Autofenster und Dächer durchschlugen! Wie kommt es, dass der Hagel so groß ist?

Vom Nachmittag bis zum Abend des 27. April wurden viele Orte in Guangxi und Guangdong von heftigen Regenfällen, Gewittern, starken Winden, Hagel und Tornados heimgesucht und die Dächer einiger Fabriken wurden weggeweht.

Nach Angaben der Wetterbehörde von Guangzhou handelte es sich bei dem Tornado im Guangzhouer Bezirk Baiyun nach vorläufiger Einschätzung um einen starken Tornado (entspricht Windstärke 15 bis 17, was Windgeschwindigkeiten von 56,1 bis 61,2 Metern pro Sekunde bedeutet und somit einem extrem starken Sturm entspricht).

Darüber hinaus fielen in einigen Orten in Guangxi und Nanning Hagelkörner. Einige Hagelkörner hatten einen Durchmesser von über 5 cm, also größer als Eier. Zahlreiche Fahrzeugfenster und Dächer einfacher Häuser wurden beschädigt.

Bildquelle: CCTV News

Warum kommt es zu starken Tornados und faustgroßem Hagel? Wird es in naher Zukunft ähnlich katastrophale Wetterereignisse geben? Wir haben Xin Xin, einen leitenden Ingenieur der China Meteorological Administration, eingeladen, diese Fragen zu beantworten.

Warum kam es zu so großem Hagel?

Um es in einem Satz zusammenzufassen: Es gibt ausreichend Wasserdampf und die Aufwinde sind stark genug, um das weitere Wachstum der Hagelkörner zu unterstützen, bis sie groß genug sind.

Den Wolkenkarten und Radaren zufolge traten dieses Mal in Guangxi und Guangdong mehrere „Superzellenstürme“ auf.

Die deutliche Ausbuchtung, die auf der Wolkenkarte vom 27. April (oben) zu sehen ist, ist eine große Cumulonimbuswolke, die wie Blasen in kochendem Wasser aussieht. Das nahezu elliptische rot-violette Echo auf der Radarkarte (unten) ist ein Superzellensturm. Bildquelle: vom Autor bereitgestellt

Bei dem sogenannten „Superzellensturm“ handelt es sich im Wesentlichen um einen starken rotierenden Aufwind, der normalerweise von starken Winden, örtlich starken Regenfällen, Hagel und sogar Tornados begleitet wird. Es hat eine extrem zerstörerische Kraft und ist das gefährlichste Wetterphänomen der Welt.

Vergleicht man eine gewöhnliche Cumulonimbuswolke mit einem Kind, gleicht dieser Superzellensturm dem „Hulk“. Im Vergleich zu gewöhnlichen Gewitterzellen weisen „Superzellengewitter“ im Inneren eine stärkere Aufwärtsbewegung auf, mit einer Aufwärtsgeschwindigkeit von 10 m/s oder sogar über 15 m/s. Solche Aufwinde können Hagelkörner von 15 bis 20 mm Größe hochhalten.

Darüber hinaus kann es bei starker vertikaler Windscherung und Spiralbewegung in geringer Höhe in einer Superzelle auch zu einem Tornado kommen – die ungleichmäßige Windrichtung in geringer Höhe führt zur Bildung eines horizontalen Wirbelschlauchs. Unter dem Einfluss der auf- und absteigenden Luftströmungen der Superzelle verändert sich die Wirbelröhre von der Horizontalen zur Schräge, steht aufrecht und berührt dann den Boden – es handelt sich um einen Tornado.

Wir wissen, dass Hagel aus Wassertropfen in Cumulonimbuswolken entsteht. Aufwinde in Cumulonimbuswolken transportieren Wassertropfen aus den unteren Wolkenschichten in die mittleren und oberen Wolkenschichten. Mit zunehmender Höhe sinkt die Temperatur allmählich. Wenn die Temperatur auf ein bestimmtes Niveau fällt, beginnen die Wassertropfen zu gefrieren und verwandeln sich in kleine Eiskristalle. Diese kleinen Eiskristalle sind die Embryonen des Hagels.

Während sich der Luftstrom auf und ab bewegt, treffen die Hagelkörner weiterhin auf unterkühlte Wassertropfen und gefrieren an ihrer Außenseite, wodurch die Größe des Hagels weiter zunimmt.

Der Prozess der Bildung von großem Hagel ähnelt tatsächlich dem „rollenden Yuanxiao“. Tauchen Sie die Yuanxiao-Füllung in Wasser und rollen Sie sie kontinuierlich im Klebreismehl. Was Hagel betrifft, so bewegen sich die Hagelkeime (kleine Eiskristalle) in den Cumulonimbuswolken ständig auf und ab, kollidieren ständig mit den unterkühlten Wassertropfen in den Wolken und werden dann größer.

Je stärker der Aufwind in einer Cumulonimbuswolke ist, desto größer kann der Hagel sein, der angehoben werden kann, wodurch der Hagel größer wird. Wenn der Hagel groß genug ist, können ihn die aufsteigenden Luftströmungen nicht mehr tragen und er fällt zu Boden.

Während des Fallvorgangs schmilzt die Oberfläche des Hagels bei Lufttemperaturen über 0 °C ein wenig. Aufgrund der Turbulenzen in geringer Höhe kann der Hagel zusammenkleben und verschmelzen, sodass Hagelkörner von der Größe von Eiern entstehen.

Abbildung 1. Die Querschnittsstruktur einer Superzellen-Hagelwolke. Quelle: Principles and Methods of Meteorology, 4. Auflage

Bei genauerem Hinsehen können einige große Hagelkörner sogar wie Coronaviren aussehen. Bei den Wölbungen an der Außenseite handelt es sich tatsächlich um die ursprünglichen Formen, die beim Zusammenwachsen kleinerer Hagelkörner teilweise erhalten blieben, jedoch nicht vollständig verschmolzen.

Wenn der Hagel schließlich eine bestimmte Größe erreicht hat, übersteigt sein Gewicht die Stützkraft des Aufwindes und der Hagel fällt aus den Wolken. Es entsteht das, was wir als Hagelwetter bezeichnen.

Hagel hat eine geschichtete Struktur. Quelle: Wikipedia

Der Grund, warum die Hagelkörner dieses Mal „größer als Eier“ ​​waren, lag hauptsächlich darin, dass sie die folgenden Bedingungen erfüllten:

Erstens sorgt der „Superzellensturm“ dafür, dass die Tragfähigkeit des aufsteigenden Luftstroms besonders stark ist. Daten der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zeigen, dass Aufwinde mit 103 Kilometern pro Stunde Hagelkörner in der Größe von Golfbällen erzeugen können. Wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit 130 Kilometer pro Stunde erreicht, entsteht Hagel von der Größe eines Baseballs.

Zweitens gibt es in mittleren und niedrigen Höhen reichlich Wasserdampf, und die Hagelkörner steigen in den Cumulonimbuswolken viele Male auf und ab, kollidieren und kleben zusammen, wodurch der Hagel größer wird.

Am Nachmittag des 27. April waren die atmosphärischen Bedingungen in Guangzhou so, dass die 0℃-Schicht knapp über 4000 Metern (600 hPa) lag. Es kam zu einer starken Aufwärtsbewegung nahe und über der 0℃-Schicht, die in Kombination mit guten Wasserdampfbedingungen die Bildung von Hagel begünstigte. Hinweis: Die dicke rote Linie ist die 0℃-Schicht, die Ordinate ist die Druckhöhe, die Abszisse ist die Zeit und die gepunktete Linie ist die Aufwärtsbewegung. Grün zeigt eine hohe relative Luftfeuchtigkeit an. Quelle: Umfassende Profilkarte von Guangzhou basierend auf europäischer numerischer Simulation

In Zukunft

Wird es häufiger zu Unwettern wie Sturm und Hagel kommen?

In diesem Frühjahr war das schwere Konvektionswetter in meinem Land extrem aktiv und von außergewöhnlicher Intensität.

Einerseits ist der warme und feuchte Luftstrom ungewöhnlich stark und der entsprechende subtropische Hochdruckbereich ist im Norden stärker. Der Südwind auf der Nordseite ist stärker als gewöhnlich, wodurch die Luftfeuchtigkeit und Hitze in der Atmosphäre in geringer Höhe mit dem Niveau nach dem Ausbruch des Sommermonsuns im Mai und Juni vergleichbar sind. Der Wasserdampf und die Energie der Tiefdruckatmosphäre im Süden reichen völlig aus.

Andererseits sind seit Ende März auch Höhentröge sehr aktiv. Mehrere Höhentröge bewegen sich vom Qinghai-Tibet-Plateau nach Osten und machen die konvektive mittlere Schicht der Atmosphäre trocken und kalt. Es bildete sich oft eine vertikale Struktur aus warm und feucht unten und trocken und kalt oben, eine typische Struktur starker Konvektion.

Ein Höhentrog bezeichnet ein Tiefdruckgebiet in großer Höhe und wird üblicherweise durch den niedrigwertigen Bereich des Höhenfeldes dargestellt. Auf der 500-hPa-Höhenlinienkarte handelt es sich bei den Bereichen, die im Allgemeinen nach unten abknicken, um Höhentröge. Die trockene und kalte Luft, die durch das Höhentrog hereinströmt, ist ein Schlüsselfaktor für die Intensivierung der Konvektion.

Wenn warme und feuchte Luft in niedrigeren Höhen aufsteigt, die Temperatur sinkt und der Wasserdampf den Sättigungspunkt erreicht, kondensiert er. Beim Kondensieren gibt das Wasser Wärme ab, wird wärmer und leichter und steigt weiter auf. Wenn zu diesem Zeitpunkt trockene Kaltluft angesaugt wird, verstärkt sich der Kontrast zwischen kalter und warmer Luft, was die Aufstiegsgeschwindigkeit weiter erhöht und einen starken Aufstieg bewirkt, der direkt auf eine Höhe von 10.000 Metern stürzt und die Spitze der Troposphäre erreicht.

Am 27. April um 14:00 Uhr überlagerte sich das 500 hPa-Höhenfeld mit dem 850 hPa-Windfeld. Quelle: vom Autor bereitgestellt

Nachdem die Luft die Oberseite der Troposphäre erreicht hat, beginnt sie abzusinken. Wenn zu diesem Zeitpunkt während des Fallvorgangs trockene Luft in die Niederschlagspartikel in der Wolke eindringt, verdampfen oder sublimieren diese, nehmen dann stark Wärme auf und kühlen ab. Sie werden kälter und schwerer und ihr Abstieg wird immer schneller.

Wenn Luftströmungen zu Boden fallen und sich zerstreuen, bilden sie Gewitter und starke Winde (besonders starke sind Downbursts). Daher kam es von Ende März bis April dieses Jahres im Süden meines Landes zu starker Konvektion und häufig zu rekordverdächtigen Gewittern und Stürmen der Stärke 11 bis 12. An Land war ein Sturm dieser Stärke selten, doch dieses Jahr kam er häufig vor.

Laut der aktuellen Prognose wird es in der Nacht vom 28. auf den 29. April in Ost-Sichuan, Chongqing, Guizhou und Hunan ein Höhentief und einen warmen und feuchten Luftstrom in niedrigen Höhen geben. Seien Sie auf die Möglichkeit von Gewittern und Stürmen mit Windstärken von 8 bis 10 oder sogar 11 sowie kurzfristigen starken Regenfällen von 30 bis 50 mm vorbereitet.

Mit Blick auf die Maifeiertage ist vom 3. bis 5. Mai im Süden mit erheblichen konvektiven Niederschlägen zu rechnen. Genauere Informationen entnehmen Sie bitte den kommenden Warnprognosen des Wetterdienstes.

Autor: Xin Xin, leitender Ingenieur, China Meteorological Administration

Rezension | Zhou Bing, Leiter der Klimadienste, China Meteorological Administration