Gewitter und Hagel - wie lassen sich extreme Wetterereignisse besser vorhersagen? (Foto: SWR)

Mainzer Forscher entschlüsseln Gewitterwolken

So lassen sich Gewitter und Hagel besser vorhersagen

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David Beck
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Susanne Weber

Gewitter mit Hagel und Starkregen haben zuletzt wieder große Schäden angerichtet. Und das Ausmaß der Wetterextreme nimmt zu. An der Mainzer Uni und dem Max-Planck-Institut für Chemie sind Forscher dem Hagel auf der Spur.

Hagelstürme können - wie in der vergangenen Woche in Rheinland-Pfalz - heftige Schäden anrichten. Wenn statt Regen oder Schnee große Eisklumpen vom Himmel fallen, fürchten Landwirte und Winzer um die Ernte, Hausbesitzer um ihre Dächer und Autofahrer um die Scheiben.

Und da mit dem Klimawandel auch die Gefahr durch Hagelstürme wächst, wird es immer wichtiger, dass Wettervorhersagen so genau wie möglich sind.

An der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz wird genau daran gearbeitet. Im Institut für Physik der Atmosphäre steht dafür ein weltweit einzigartiger Windkanal. Mit seiner Hilfe erhalten die Forschenden Einblicke in viele noch unbekannte Vorgänge, die im Inneren von Starkregen- und Gewitterwolken ablaufen.

Hagelkörner aus dem 3D-Drucker

Für die Experimente stellte das Mainzer Team nicht nur echte Hagelkörner im Labor her, sondern mittels eines 3D-Druckers auch künstliche, bei denen auch die Materialdichte mit Eis übereinstimmte. Mit Vakuumpumpen wurde in dem mittlerweile 37 Jahre alten Windkanal ein Aufstrom ganz ähnlich dem in einer Gewitterwolke erzeugt. So können Windgeschwindigkeiten bis zu etwa 40 Meter pro Sekunde erreicht werden, also mehr als 140 km/h. Das kommt der Realität schon sehr nahe, wobei in Extremfällen in einer Gewitterwolke Aufströme von bis zu 60 Meter pro Sekunde vorkommen können. 

Experimentierstrecke des Mainzer Windkanals. (Foto: Pressestelle, IPA Mainz/Alexander Theis)
Experimentierstrecke des Mainzer Windkanals. Pressestelle IPA Mainz/Alexander Theis

Im Windkanal wird die Entstehung von Hagelkörnern simuliert

Mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits- und Zeitrafferkameras wurden die Versuche im vertikalen Windkanal analysiert. So können die Forschenden nachvollziehen, wie genau Hagelkörner in den Wolken entstehen und wachsen und wie groß sie werden können, bevor sie aus der Wolke fallen. 

"Wir haben beispielsweise herausgefunden, dass die Form der Hagelkörner entscheidend für ihre Geschwindigkeit vor dem Aufschlag ist."

Mehr Unwetter und größere Hagelkörner

Besonders wichtig ist die Forschung im Mainzer Windkanal natürlich mit Blick auf den Klimawandel. Denn durch die wärmere Luft ist mehr Feuchtigkeit und vor allem mehr Energie in der Atmosphäre und es entstehen größere Stürme mit mehr Zerstörungskraft. Eine wärmere Atmosphäre bedeutet zwar, dass Hagelkörner auf ihrem Weg nach unten früher anfangen zu schmelzen. Eine gute Nachricht ist das aber nicht: Alexander Theis, Meteorologe am Mainzer Max-Planck-Institut (MPI) für Chemie, erklärt, warum:

"Die Häufigkeit der kleinen Hagelkörner hat abgenommen, aber es entstehen durch den Klimawandel, durch größere Gewitterzellen, durch mehr Feuchtigkeit in der Atmosphäre, einfach größere Hagel. Das heißt, die Anzahl der größeren Hagel hat zugenommen durch den Klimawandel."

Hagelstürme werden häufiger - und die Hagelkörner immer größer. (Foto: SWR)
Hagelstürme werden häufiger - und die Hagelkörner immer größer.

Das MPI ist eng gekoppelt mit dem Windkanallabor am Institut für Physik der Atmosphäre und Theis dort verantwortlich für die Experimente. Die Hauptaufgabe des vertikalen Windkanals ist laut Theis, Prozesse zu beobachten, daraus Erkenntnisgewinne in mathematische Formeln zu packen und diese dann in die Wettervorhersage einzubauen, um sie zu verbessern.

Die Mainzer Experimente wurden im Rahmen eines Projekts der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durchgeführt und sind inzwischen veröffentlicht. Die wissenschaftlichen Gutachter, die die Ergebnisse evaluiert haben, kommen zu durchweg positiven Ergebnissen und betonen vor allem die Bedeutung des Vertikal-Windkanals.

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