Hagel

 

 

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Hagel

Hagel

Hagelschaden

Hagel ist eine Form von festem Niederschlag, der aus Eisstücken besteht. Zur Abgrenzung spricht man erst bei einem Durchmesser von über 0,5 cm von Hagel, darunter von Graupel. Bei Körnern aus Schneeflocken mit einem Durchmesser unter einem Millimeter spricht man von Griesel.

Hagel besteht aus durchsichtigen bis ganz bzw. teilweise undurchsichtigen Eiskugeln oder -klumpen mit einem Durchmesser von 5 bis 50 mm. Es sind aber sogar schon "Hagelbrocken" mit 10 cm gefallen. Hagelkörner können durchgängig aus Klareis bestehen oder sind schalenartig aus abwechselnden klaren und trüben Schichten aufgebaut. Der schalenartige Aufbau ist das Ergebnis des mehrmaligen Auf- und Absteigens in verschieden temperierten Luftschichten innerhalb der Wolke.

Hagel bildet sich in Cumulonimbuswolken, in denen beträchtliche Aufwinde bis zu 20 m/s und mehr herrschen können. Diese reißen das Hagelkorn in die Höhe, so daß sich eine neue Schale anlagern kann. Wird das Hagelkorn zu schwer ist oder der Aufwind zu schwach, fällt das Korn wieder. Weiter unten kommt vielleicht in eine neue Aufwindzone, die es wieder nach oben trägt, so daß sich noch eine Schale bildet. Dies kann sich so oft wiederholen, bis das Hagelkorn endgültig für die Aufwinde zu schwer ist und auf den Boden fällt.

Entsprechend der Größe von Hagelkörnern variiert auch deren Gewicht zwischen 0,1 g und mehr als 0,5 kg. Zu Schäden an Autos oder Glasscheiben kommt es ab einem Durchmesser von etwa 2 cm, was Fallgeschwindigkeiten von etwa 70 km/h entspricht. Kleiner Hagel fällt langsamer (ca. 35 km/h), großer Hagel kann dagegen Geschwindigkeiten von über 150 km/h erreichen.

Weltweit sind die Mittleren Breiten am stärksten von Hagelereignissen betroffen, insbesondere auch Mitteleuropa. Auch an Gebirgsrändern tritt häufig Hagel auf, zum Beispiel an den Alpen.

Entstehung

Hagelvorhang unter Cb

Tropfen, die aus konvektiven Wolken fallen, sind normalerweise größer als Tropfen aus Nimbostratus. Ein wesentlicher Grund für die größeren Tropfen für die größeren Tropfen sind die starken Aufwinde in Cumulus- und Cumulonimbuswolken. Kleinere Wassertropfen und Eisteilchen haben deshalb mehr Zeit zum Wachstum, bevor sie als Niederschlag aus der Wolke fallen. Im Kapitel Niederschlag ist dargelegt, wie Niederschlag entsteht. Darin wird ausgeführt, daß in unseren Breiten auch Regen ursprünglich Eis war, welches auf dem Weg zum Boden schmolz.

Hagelkörner entstehen in den niedrigeren Schichten von Cumulonimbuswolken bzw. innerhalb einer Gewitterzelle durch unterkühltes Wasser, das an Kristallisationskernen zu Eis gefriert. Diese Kerne müssen dabei in vergleichsweise geringer Zahl vorkommen, so daß die je Kern zur Verfügung stehende Wassermenge ausreichend groß ist, um ein schnelles Wachstum zu ermöglichen. Da es sich also um sehr wasserreiche Wolken handelt, haben die über Phasenumwandlungen umgesetzten latenten Wärmemengen eine starke Labilität der Temperaturschichtung innerhalb der Wolke zur Folge. Die hierdurch erzeugten starken Aufwinde von 20 - 30 m/s sind ein weiterer wichtiger Faktor für die Hagelbildung, denn die Gefrierprozesse haben eine stetige Massenzunahme des Hagels zur Folge. Ohne starken Aufwind würde der Hagel durch die Schwerkraft nach unten aus der Wolke fallen und dadurch nicht weiter wachsen können.

Dabei können 2 Wachstumsprozesse unterscheiden werden:

  • Im einen Fall ist die Temperatur nicht so kalt, daß nach einer Kollision mit einem unterkühlten Tropfen dieser nicht sofort anfriert. Vielmehr gefriert das Wasser langsam, weshalb es gleichmäßig um das Hagelkorn laufen kann. Luftbläschen können somit noch entweichen. Es entsteht eine Schicht klares Eis.
  • Im anderen Fall ist die Temperatur derart niedrig, daß das neue Wassertröpfchen sofort festfriert. Luftbläschen werden eingefroren, so daß ein milchig erscheinendes Eis entsteht.

Gewitterzellen erzeugen einen niederschlagsfreien Bereich, wie die Abbildungen rechts zeigen. Dabei ist das Niveau der Wolkenunterseite deutlich nach oben angehoben (Kolsmann-Delle). Andererseits sind die Aufwinde innerhalb einer Wolke unterschiedlich stark, was den Hagel einen Kreislauf durchfahren läßt (siehe Abbildung rechts unten):

  1. Kondensationskerne oder kleine Hagelkörner werden durch den Aufwind angehoben, wo sie durch Kollision mit unterkühlten Tropfen oder anderen Hagelkörnern wachsen können.
  2. Manchmal geraten Hagelkörner aus der Wolke, so daß sie nach unten fallen.
    Manchmal bilden sich hier oberhalb dieses Ausfällungsbereichs an der Außenseite der Wolke oft recht starke Aufwinde, die sich wie Hangaufwind für den Segelflug bis in große Höhen nutzen lassen.
  3. Ist der Aufwind stark genug, kann das Hagelkorn wieder in den Hauptaufwind eingesogen und erneut nach oben transportiert werden, wo zusätzliches Wasser anfriert und es damit weiter wächst. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis ein Hagelkorn zu schwer ist, um von den Aufwinden getragen zu werden.
  4. Ist das Hagelkorn für den Aufwind zu schwer, fällt es zu Boden.

Aus der Größe der Hagelkörner kann daher auf die Windstärke im Inneren der Gewitterwolke geschlossen werden, was in der Umkehrung auch zur Prognose von Hageldurchmessern dient.

Deutlich erkennbare Anlagerungsschichten eines großen Hagelkornes

Der Entsteheungsprozeß der Hagelkörner kann an den einzelnen Anlagerungsschichten, aus denen ein Hagelkorn besteht, abgelesen werden (siehe Abbildung links). Dabei deuten die hellen Schichten auf eine sehr wasserreiche Umgebung mit dementsprechend schnellem Gefrieren hin, während die trüben Bereiche auf niedrigere Wassergehalte zurückgehen. Die Trübung selbst wird dabei durch unzählige kleine Lufteinschlüsse hervorgerufen. Ist das Hagelkorn letztendlich zu schwer und sinkt aus dem Aufwindbereich ab, kommt es aufgrund der Größe des Hagelkorns nicht zu einem vollständigen Aufschmelzen.

Gewitterwolken produzieren dabei für gewöhnlich relativ kleine Hagelkörner. Der Grund dafür liegt darin, daß das Reifestadium einer Gewitterwolke nur kurz dauert, weshalb Hagel häufig nicht genügend Zeit findet, zu größeren Brocken heranzuwachsen. Trotzdem kann es auch zu größerem Hagel kommen, wenn der Aufwind stark genug ist, den Hagel bis in die oberen, sehr kalten Bereiche der Gewitterwolke zu transportieren. Auch so findet der Hagel genügend Zeit, um zu erheblicher Größe heranzuwachsen.

Hagelschläge sind räumlich meist eng begrenzt und dauern im allgemeinen weniger als 15 Minuten, können aber große Schäden anrichten.

Hagelentstehung

Hagelentstehung

 

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Gefahren für die Luftfahrt

In Gewitterwolken sind die Aufwinde regelmäßig so stark, daß selbst schwere Eisklumpen in der Schwebe gehalten werden können. Dies geschieht in einem ständigen auf und ab, wie der schalenförmige Aufbau eines Hagelkornes zeigt. Die Hagelkörner können auch aus der Wolke herausgeschleudert werden, weshalb auch beim Flug außerhalb der Wolke mit Hagelschlag gerechnet werden muß.

Wie gefährlich Hagel sein kann, sollen einige Zahlen belegen. Um beispielsweise ein golfballgroßes Hagelkorn entstehen zu lassen, sind rund 10 Milliarden Wolkentröpfchen erforderlich. Das Hagelkorn muß ca. 5 -10 Minuten im oberen kalten Teil der Wolke verbleiben, um diese Größe erreichen zu können. Ein solches Hagelkorn schlägt dabei mit rund 200 km/h auf den Boden! Die Schäden, die ein solcher Hagelschlag verursacht, ist aus den Medien hinlänglich bekannt. 1970 wurde bei einem Gewitter in Kansas übrigens ein Hagelkorn gefunden, das 757 g wog und einen Durchmesser von 14 cm hatte. Das bisher schwerste Hagelkorn wurde in Kasachstan aufgefunden. Es wog sage und schreibe 1,9 kg!

In noch ganz anderen Dimensionen kann so ein „Hagelschlag“ bei Flugzeugen ablaufen. Anstelle des ruhenden Erdbodens kommt nun nämlich noch hinzu, daß sich auch das Flugzeug selbst mit erheblicher Geschwindigkeit bewegt. Zudem fliegt es dann zumeist in einer Höhe, in der die Hagelkörner noch nicht abzuschmelzen begonnen haben und folglich wesentlich größer sind. Die Wucht des Aufpralls nimmt dabei exponentiell mit der Geschwindigkeit zu. Die Folgen können entsprechend verheerend sein! Die Bilder rechts zeigen das exemplarisch.

Hagel kann dem Luftfahrzeugführer bereits am Boden die Sicht nehmen. In der Luft gilt das in gleicher Weise und ist meistens mit Turbulenzen verbunden. In seltenen Fällen kommt es bei sehr großen Hagelkörnern zu Deformation der Außenhaut des Flugzeugs. Auch die Frontscheibe kann ganz oder teilweise zerstört werden, was ebenfalls zu erheblichen Sichtproblemen führt.

Hagelschaden

Hagelschaden

 

Wetterkartensymbole Hagel

Symbol

Number

Beschreibung

27

Hagel- oder Graupelschauer hat in der letzten Stunde aufgehört

89

leichter Hagelschauer mit oder ohne Regen bzw. Schneeregen, jedoch ohne Donner

90

mäßiger oder starker Hagelschauer mit oder ohne Regen bzw. Schneeregen, jedoch ohne Donner

93

Gewitter während der letzten Stunde, jetzt aber nur noch leichter Niederschlag als Schneefall, Schneeregen oder Hagel zum Beobachtungszeitpunkt

94

Gewitter während der letzten Stunde, jetzt aber nur noch mäßiger oder starker Niederschlag als Schneefall, Schneeregen oder Hagel zum Beobachtungszeitpunkt

95

Leichtes oder mäßiges Gewitter ohne Hagel aber mit Regen, Schneefall oder Schneeregen zum Beobachtungszeitpunkt

96

leichtes oder mäßiges Gewitter mit Graupel oder Hagel zum Beobachtungszeitpunkt

97

Starkes Gewitter ohne Hagel aber mit Regen oder Schneefall zum Beobachtungszeitpunkt

99

starkes Gewitter mit Graupel oder Hagel zum Beobachtungszeitpunkt

 

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