Hagel

Hagelkörner bilden sich in Gewitterwolken während der warmen Jahreszeit. Hagelstürme stellen ein erhebliches Gefahrenpotenzial für die Landwirtschaft, für Gebäude und Fahrzeuge, aber auch für Personen dar. In Baden-Württemberg sind beispielsweise über 40 Prozent der Schadenssummen an Gebäuden infolge von Elementarereignissen mit Hagel verbunden (Kunz und Puskeiler, 2010).

Nach Angaben der World Meteorological Organization (WMO) werden Eispartikel ab einer Größe von 5 mm als Hagel definiert; kleinere Körner werden im Allgemeinen als Graupel bezeichnet. Hagel besteht aus gefrorenem Wasser mit kleinen Lufteinschlüssen und hat nur eine etwas geringere Dichte (0,9 g cm^-3) als reines Eis. Fällt Hagel schließlich aus den Gewitterwolken zu Boden, können sehr hohe Fallgeschwindigkeiten und damit hohe kinetische Energien erreicht werden. Im Mittel liegt die Fallgeschwindigkeit für ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 1 cm bei 10-20 m/s bzw. für einen Durchmesser von  5 cm bei 30-50 m/s. Dies erklärt das außerordentlich hohe Schadenspotential durch Hagelschlag. Das bisher größte dokumentierte Hagelkorn, das am 23. Juli 2010 in South Dakota (USA) gefunden wurde, hatte einen Durchmesser von 20 cm und ein Gewicht von 0,88 kg.

Entstehung von Hagel

Bei der Entstehung von Hagel sind sowohl mikrophysikalische Vorgänge in den Wolken unterhalb von 0°C  als auch mesoskaligen Prozesse und Vorgänge der Gewittersysteme (vertikale Aufwinde) von Bedeutung. Die Basis der Hagelentstehung ist die Entstehung von Eiskristallen und unterkühlten Wassertröpfchen (Nukleation) mit Hilfe von festen oder löslichen Kondensationskeimen (Aerosolen wie Ruß, Pollen, Salze). Aus den wenigen Eiskristallen (bzw. Schnee) und den vielen unterkühlten Wassertröpfchen (Flüssigwasser bei Temperaturen unter 0°C) können sich sogenannte Hagelembryos (Graupel oder gefrorene Tropfen) bilden. Anschließend bildet sich Hagel im Wesentlichen durch Anlagerung unterkühlten Tröpfchen an Graupel, aber auch an große gefrorene Tropfen (Pruppacher und Klett, 1997).

Optimale Bedingungen für das Wachstum eines Hagelkorns herrschen, wenn sich das Hagelembryo in einem Sturmsystem mit einer langen Lebensdauer, hohen vertikalen Windgeschwindigkeiten und einem hohen Flüssigwassergehalt befindet. Im Gegensatz zu der Annahme, dass das Hagelkorn sich in einer Wolke mit den Aufwinden mehrmals nach oben und durch die Gravitation unten bewegt, vermutet man heute, dass die Hydrometeore während ihrem Wachstum zu Hagelkörnern nur einmal mit den Aufwinden nach oben transportiert werden. Am effektivsten bereifen Hagelembryos am Rand des Aufwinds durch Anlagerung von unterkühlten Wassertröpfchen zu Hagelkörnern heran, da hier viele Tröpfchen herantransportiert werden. Je länger sich ein Hagelkorn dort befindet, umso größer kann es werden.

Wie alle mit hochreichender Feuchtkonvektion verbundenen Wetterphänomene sind auch Hagelzugbahnen oder Hagelstriche räumlich stark begrenzt. Einer Untersuchung von Changnon (1970) zufolge weisen 80 Prozent aller detektierten schadenrelevanter Hagelstriche in den USA eine räumliche Ausdehnung von weniger als 40 km² auf. Aufgrund dieser sehr geringen Ausdehnung und einem Mangel an geeigneten Messsystemen im operationellen Betrieb sind Hagelereignisse nicht über einen langen Zeitraum verlässlich erfasst, um daraus Aussagen über die räumliche Verteilung und Trends ableiten zu können. Aufgrund der unzureichenden Detektion von Hagel war es bisher – insbesondere in Deutschland – schwierig, auf die Hagelgefährdung (= Intensität × Wahrscheinlichkeit) zu schließen. Erste Arbeiten am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) greifen zum einen auf Radardaten zurück, mit denen Methoden zur Detektion von Hagel entwickelt werden. Zum anderen verwenden die Forscher für Langzeitanalysen indirekte Klimadaten (Proxies), um die für die Entstehung von Gewittern und Hagel notwendigen atmosphärischen Bedingungen zu berücksichtigen.