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Tornadolage vom 05.10.04 im Weserbergland
geschrieben von: Wetterfuchs (IP-Adresse bekannt)
Datum: 31. Oktober 2004 21:08

Im Forum wurde es stark beachtet und in der Presse wurde es gemeldet : Kräftige Schäden an Vegetation und Gebäuden im Weserbergland unweit der Porta Westfalica südlich der Weser zwischen Kalldorf und Eisbergen direkt an der Weser sowie über die Weser hinweg noch bis Buchholz. Die Schäden waren so stark, daß die momentane Vermutung (Thomas Sävert) einen F2-Tornado annahm. Was steckte nun meteorologisch dahinter und gibt es aufgrund der Daten handfeste Hinweise, daß es sich tatsächlich um einen Tornado gehandelt hat?
Am Abend des Tages selbst hatte ich (noch ohne Wissen um das dortige Geschehen) in einem Posting hier im Forum auf eine sich markant entwickelnde Squall-Line hingewiesen. Sie überquerte etwa 19.30 MESZ (17.30 UTC) den Raum des gemeldeten Tornados, so daß sofort klar war, daß hier grundsätzlich der Schlüssel zum Verständnis des Geschehens zu suchen war. Ich möchte mit dem jetzigen Posting Synoptk, Vorentwicklung und kleinräumige Strukturen während der Zeit des heftigen meteorologischen Ereignisses näher vorstellen.
Die Wetterlage des 05.10.04 war durch eine markante und relativ stationäre, von Frankreich her über das nordwestliche und nördliche Deutschland verlaufende Luftmassengrenze bzw. Kaltfront gekennzeichnet, wie die folgende Boden-Analyse von 12 UTC (DWD) zeigt :
Boden-Analyse 05.10.04 12 UTC :

Die Front gehörte zu einem kräftigen Tief nördlich von Schottland. Der Druckgradient am Boden war dabei über unserem Raum sehr schwach. Anders in der Höhe, denn mit den mit der Front verbundenen Temperaturgegensätzen (z.B. sichtbar in 850 hPa) existierte nach oben hin eine starke Windzunahme :
GME-Analyse 850 hPa 05.10.04 12 UTC :

GME-Analyse 500 hPa 05.10.04 12 UTC :

Höhendaten 850 hPa und 500 hPa 05.10.04 12 UTC :

Infolge der Frontalzone nahm die Windgeschwindigkeit schon bis 500 hPa auf deutlich mehr als 50 Knoten zu.
Beeindruckend auch die Satelliten- und Übersichts-Radardaten. Hier zunächst zwei Satellitenbilder mit Vis von 12 UTC und als Ausschnitts-IR von 16 UTC :
Vis-Satellitenbild (Meteosat) + Synops (Java-MAP, DWD) 05.10.04 12 UTC :

IR-Satellitenbild (Meteosat) (Java-MAP, DWD) 05.10.04 16 UTC :

Das Wolkenband der Luftmassengrenze/Kaltfront war sehr schmal. Details des 12 UTC-Vis-Bildes lassen dabei über Frankreich eine Verdickung erkennen. Hier deutete sich schon eine kurzwellige zyklonale Teil-Aktivität mit Hebung an, was auf eine in der Frontalzonenströmung der Höhe inkorporierte kurze Welle hinwies. Sie war auch in der GME-Analyse (s.oben) tatsächlich schon mittags über Nordfrankreich ablesbar. Daß dies Realität war, zeigte sich dann auf dem obigen IR-Bild von 4 Stunden später : Da war eine Art Wellenscheitel des Wolkenbandes von Südwesten her bis zur Nordsee vorgedrungen. Knapp südseitig des Wolkenbandes, und offensichtlich damit gekoppelt, erkannte man um diese Zeit (also 16 UTC) im Bereich NRW zwei konvektive Zellstrukturen (eine weitere Aktivität mehr bandförmig weiter südöstlich davon). Aufgrund dieser Konstellation bestand die feste Vermutung, daß es die Kurzwellen-artige Hebung war, die zu der Auslösung der Konvektion führte und damit auch zum Anlaß der sich anschließend entwickelnden Squall-Line wurde.
Es ist sinnvoll, genau für diesen Zeitpunkt den Radar-Komposit-Ausschnitt zu zeigen, den ich im Rahmen des damaligen aktuellen Squall-Line-Postings schon offerierte :
Radar-Komposit (Java-MAP, DWD) 05.10.04 16 UTC :

Man sieht die leicht wellenförmige Konfiguration des Echofeldes, wobei über dem Raum Essen und über dem Münsterland die besagten ersten konvektiven Zellen erschienen. Die Temperatur im Vorfeld lag etwa zwischen 19°C und 21°C, in Essen, wo die Linie gerade schon durchlief, hatten wir mit 16°C schon etwas niedrigere Temperaturen.
Was sagten nun die Radiosondenaufstieg zur Frage der Auslösung und Temperatur- bzw. Windschichtung?
Radiosondenaufstieg (DWD) Essen 05.10.04 12 UTC :

Radiosondenaufstieg (DWD) Fritzlar (b. Kassel) 05.10.04 12 UTC :

Der Essener Temp verkörperte bereits das frontale Wolkenband mit hochreichender Feuchtigkeit (400 hPa) und kaum Labilität. Eine thermische Auslösung (s.Darstellung) bei 19°C – 21 °C hätte praktisch dort nichts gebracht. Der Fritzlarer Temp, der mehr noch die Vorderseitenverhältnisse repräsentierte, war insgesamt labiler. Obwohl eine rein thermische Auslösung dort auch gar nicht realisierbar war (2m-Temperaturen etwa wie in NRW), war dynamische Auslösung aber denkbar. Deutlich labil war die Schichtung jedoch nirgends und die potentielle Labilität auch nur schwach ausgebildet (Fritzlar). Die Entstehung der Konvektion war also keine „Selbstverständlichkeit“, was sich u.a. auch darin äußerte, daß LM damals gar keine hochreichende Konvektion (für 12 UTC) prognostizierte, obwohl dieses Modell Gewitter eher überprognostiziert. Was die vertikale Windschichtung anbetrifft, so war der Essener Temp der eindrucksvollere mit knapp 50 Knoten schon nahe 600 hPa.
Bis 17 UTC (19 MESZ) hatte sich die Gewitter-Squall-Line voll entwickelt und befand sich zu diesem Zeitpunkt im östlichen Münsterland und über dem Weserbergland :
Radar-Komposit (Java-MAP, DWD) 05.10.04 17 UTC :

Von der Uhrzeit her war dies etwa ½ Stunde vor dem gemeldeten vermutlichen Tornado und man sah insgesamt 3 deutlich voneinander getrennte konvektive Zentren, eingebettet in die Linie. Noch schöner und im geographischen Umfeld gut erkennbar zeigt der folgende Zoom die Lage von 17 UTC :
Radar-Komposit-Zoom (Java-MAP, DWD) 05.10.04 16 UTC :

Das Hauptinteresse konzentrierte angesichts dieses Bildes auf die kräftigste Zelle nördlich von Bielefeld („blauer“ Kern mit >= 55 dBZ). Denn diese Zelle war von dem markanten Weser-Eck (Porta Westfalica) mit dem östlich nachfolgenden Tornado-Strich (siehe auch meldende Station Bückeburg) am wenigsten entfernt.
Details der Entwicklung sollen nun mit den lokalen Radarbildern verfolgt werden. Dafür kamen im wesentlichen 3 Radarstationen in Frage : Essen (10410), Flechtdorf (10440) und Hannover (10338). Die Entfernung zum Ort des vermutlichen Tornados waren : Essen 160-170 km, Flechtdorf 70-80 km, Hannover 70-80 km. Aufgrund des räumlichen Ablaufs verwende ich hier hauptsächlich die Radarbilder von Essen und Flechtdorf. Ich beginne mit dem Quasi-3D lokalen Radarbild von Essen von 16.25 UTC, eine ½ Stunde vor dem oben gezeigten Radar-Komposit :
Lokales Radarbild Essen („PL“) 05.10.04 16.25 UTC :

Man erkennt zunächst die schon betrachtete Gesamt-Struktur des Echobandes mit den inkorporierten Zellen (s. auch Auf- und Seitenriß). Die Vorderkante besaß schon die Squall-Line-typischen starken Reflektivitätsgradienten, wobei sich die dortigen Zellenbereiche zusätzlich durch Auswülstungen nach vorne auszeichneten. Für das Verständnis der folgenden Detail-Entwicklungen ist es wichtig die Streichrichtung bzw. Verlagerungsrichtung der Linie von der Verlagerungsrichtung der inkorporierten Zellen zu unterscheiden. Die Streichrichtung der Linie war ziemlich genau 45°, d.h. von SW nach NE. Die Verlagerung der Linie ging senkrecht dazu Richtung Südost (deutlich rechts von der Höhenströmung) . Die eingebetteten Zellen wanderten etwa mit 20° (gegenüber der Ostrichtung), d.h. sie hatten je eine Bewegungskomponente linienparallel und liniensenkrecht. Dadurch bewegte sich die Linie in den vorderseitigen Bereich hinein, bei der Abschätzung, von wo die Zelle, die den möglichen Tornado entwickelte, kam, mußte man die Querbewegung beachten. In diesem Sinne war der auffällige Cluster zwischen Lippe und Ruhr um 16.25 (s.oben) für die direkte Tornado-Entwicklung nicht relevant. Zur Demonstration die nachfolgenden Essener Radarbilder bis 17.25 UTC :
Lokales Radarbild Essen („PL“) 05.10.04 16.42 UTC :

Lokales Radarbild Essen („PL“) 05.10.04 16.57 UTC :

Lokales Radarbild Essen („PL“) 05.10.04 17.10 UTC :

Lokales Radarbild Essen („PL“) 05.10.04 17.25 UTC :

Der beschriebene größere Cluster bewegte sich wie angedeutet mit etwa 20°-30° ostnordostwärts, blieb dabei zunächst stark und schwächte sich aber bis 17.25 UTC im Raum der Ems-Mündung deutlich ab. Um 16.42 UTC (s.oben) befand sich eine weitere Linien-Zelle zwischen Ems und Lippe (mit „roter“ Intensität, >= 46 dBZ). Diese Zelle zog ebenfalls ostnordostwärts, übersprang die Ems und erreichte um 17.25 UTC genau den Tornado-Strich an der Weser. Es war also aus Essener Sicht genau diese Zelle, die den mutmaßlichen Tornado erzeugte und es war offensichtlich auch genau diese Uhrzeit. Direkt nördlich davon, bei Bückeburg, sah man eine zweite Zelle. Diese 2. Zelle war aus Essener Sicht erst ganz kurzfristig entstanden, da sie ¼ Stunde vorher noch gar nicht als eigenständiges Gebilde identifizierbar war. Allerdings mußte hier bedacht werden, daß die „Sichtstrecke“ von Essen aus für diese Zelle durch das breite Echofeld im Endbereich „gedämpft“ war. Dadurch war zusätzlich auch die wahre Stärke der Tornadozelle offensichtlich nicht adäquat wiedergegeben.
Dieser letzte Effekte mußten nun aus der Sicht von Flechtdorf wegfallen, da Flechtdorf einerseits in der Endphase näher dran war, andererseits immer ungestört in die Vorderkante hineinschaute. Hier daher die Radarbildfolge aus Flechtdorfer Sicht zwischen 16.43 UTC und 17.25 UTC :
Lokales Radarbild Flechtdorf („PL“) 05.10.04 16.43 UTC :

Lokales Radarbild Flechtdorf („PL“) 05.10.04 16.58 UTC :

Lokales Radarbild Flechtdorf („PL“) 05.10.04 17.13 UTC :

Lokales Radarbild Flechtdorf („PL“) 05.10.04 17.25 UTC :

Was die grundsätzlichen Aussagen anbetrifft unterschied sich Flechtdorf nur wenig von Essen, allerdings kamen im direkten zeitlichen Vorfeld zum Tornado die erwarteten, Lage-bedingten Detail-Unterschiede heraus : Die Zelle, die (wieder) genau um 17.25 UTC den Tornado-Strich erreichte, war auch aus Flechtdorfer Sicht zwischen Ems und Lippe entstanden. Sie wirkte schon um 16.43 UTC (wegen der besseren Sicht) deutlich stärker. Sie blieb bei der weiteren Wanderung (20°-30° gegenüber Ost) gleich intensiv und erschien auch über dem Tornadostrich stärker als aus Essener Sicht (u.a. „rot“ bis 5 km Höhe). Die erwähnte 2.Zelle bei Bückeburg war auch aus Flechtdorfer Sicht „gedämpft“ (da direkt hinter der 1.Zelle stehend). Im Gegensatz zur Essener Sicht war diese Zelle aber aus Flechtdorfer Sicht schon um 16.43 UTC identifizierbar und um 16.58 UTC so stark, daß im Grundriß sogar ein „blauer“ Pixel erschien. Danach schwächte sie sich ab, bevor sie dann hinter der 1.Zelle „verschwand“. Die genaue Stärke der Bückeburger Zelle war also weder aus Essener noch Flechtdorfer Sicht erkennbar. Aus Hannoveraner Sicht mußte man im Endstadium die 2.Zelle aber besser sehen können :
Lokales Radarbild Hannover („PL“) 05.10.04 17.25 UTC :

Beide Zellen erschienen denn auch im Hannoveraner Bild gleich stark (z.T. „blau“ oberhalb des Bodens). An der zeitlichen Zuordnung änderte sich aus Hannoveraner Sicht nichts. Man mußte also aus allen Radar-Informationen von etwa 17.25 UTC (19.25 MESZ) vom Zeitpunkt des Tornados ausgehen. Daß diese Annahme tatsächlich richtig ist, zeigten jeweils die ¼ Stunde später folgenden lokalen Radarbilder. Hier vertretungsweise das Radarbild Flechtdorf von 17.43 UTC :
Lokales Radarbild Flechtdorf („PL“) 05.10.04 17.43 UTC :

Die beiden beschriebenen Zellen hatten sich jetzt zu einem Bow-Echo verbunden und waren deutlich nordostwärts abgerückt. Eine Zeit von 17.36-17.38 UTC (19.36-19.38 MESZ), wie z.T. angegeben, kann demnach nicht die richtige Tornadozeit gewesen sein.
Die bisher vorgestellten Radar-Echo-Bilder geben wichtige Details der Entwicklung wieder. Sie lassen in jedem Fall die Vermutung eines Tornados zu, sie beweisen aber nicht die Rotation, da u.a. keine eindeutigen Anzeichen von Hook sichtbar waren. Hoch aufgelöste 5-Minuten-Bilder der Radarreflektivität standen mir (leider) nicht zur Verfügung, sonst hätte man von hierher vielleicht etwas mehr erkennen können. Glücklicherweise konnte ich aber auf Radialwinddaten der Doppler-Radar-Station Flechtdorf zurückgreifen und glücklicherweise waren dabei auch Teile des Münsterlandes und das direkte Umfeld an der Weser noch im Erfassungsbereich von Flechtdorf. Und diese Daten nun waren für mich ganz bemerkenswert und beweiskräftig, sowohl für die Detail-Struktur der Squall-Line in den Zellen als auch des Tornados selbst.
Nachfolgend daher die ¼-Stunden-Serie der Dopplerwinde zwischen 16.39 UTC und 17.40 UTC von Flechtdorf :
Doppler-Radial-Winde Flechtdorf („PR“) 05.10.04 16.39 UTC :

Zur grundsätzlichen Interpretation der Radialwinde verweise ich auf mein Radar-Grundlagen-Posting vom Juni 2002 („interessante Beiträge“). Relativ zum Standort von Flechtdorf passierte alles im Nordwest- bis Nordsektor. Eine südwestliche Grundströmung mußte u.a. ein Muster erzeugen, wie es auch in diesem ersten Doppler-Bild oben links zu sehen ist : Links von einer neutralen Linie die Farbe grün (als Hinweis für Wind in die konzentrischen Kreise , also zum Zentrum des Bildes hinein), rechts bräunlich/gelblich (als Hinweis für Wind aus den konzentrischen Kreisen heraus, also weg vom Zentrum des Bildes). Die neutrale Linie steht senkrecht auf der Windrichtung, die Windrichtung war etwa WSW. Alles, was von diesem Muster abwich, war Squall-Line-bedingte Zirkulation : Der (oben beschriebene) Cluster zwischen Lippe und Ruhr hatte rückseitig ziemlich „blau“ (Windkomponente zum Zentrum hin), am Vorderrand nur hellgrün oder sogar bräunlich (schwache Komponente zum Zentrum hin bzw. weg). Daraus folgte eine deutliche rückseitige Strömung, vorderseitig eine schwache Komponente senkrecht zur Squall-Line. D.h. hier wird die Konvergenz der Strömung deutlich sichtbar. Ähnliches galt für die Zelle zwischen Ems und Lippe (der späteren Tornado-Zelle) : Auch in dieser Zelle bestand eine Konvergenz im Vorderbereich , wenn auch mit leicht verschobener Farbgebung erkennbar, was unter anderem mit dem anderen Zentralwinkel Richtung Flechtdorf zusammenhing.
Dieses Bild bestätigte sich auch um 16.55 UTC :
Doppler-Radial-Winde Flechtdorf („PR“) 05.10.04 16.55 UTC :

Die scharfen Konvergenzstrukturen beider Zellen waren gleich deutlich sichtbar und bildeten nun geradezu ein Paradebeispiel für Squall-Line-Strukturen im Doppler-Radarbild. Eine Rotation (bipolares Muster der warmen und kalten Farben) war um diese Zeit noch nicht vorhanden. Die Frage danach stellte sich aber schon für den nächsten Zeitpunkt von 17.10 UTC :
Doppler-Radial-Winde Flechtdorf („PR“) 05.10.04 17.10 UTC :

Schaut man auf dies 17.10 UTC-Radial-Wind-Bild, so erkennt man als erstes die nun eintretende Abschwächung der Dopplerwind-Strukturen beim nachlaufenden Cluster : Die vorderseitig Konvergenzstruktur zerfiel bereits (gemischte Farbfolge). Die kommende Tornadozelle kommende war in dieser Beziehung noch immer recht deutlich : Vorne überwiegend Radialwind zur Zelle hin, dahinter in die entgegengesetzte Radialwindrichtung. Die Farben waren zwar etwas „abgeblast“, aber das war zumindest teilweise durch den neuen Zentralwinkel nach Flechtdorf hin zu erklären. An der (in Bewegungsrichtung der Zelle) linken vorderen Kante konnte man andererseits schon eine Andeutung von Rotation sehen mit bräunlichen Pixeln knapp rechts neben tief bläulichen Pixeln (zyklonale Rotation rechts weg vom Zentrum, links zum Zentrum des Bildes hin). Die Vermutung besteht daher, daß um diese Zeit eine Mesozyklone schon bestanden hat.
Endgültig deutlich wurde die Mesozyklone dann mit dem Doppler-Wind-Bild von 17.25 UTC, dem Zeitpunkt des Tornados :
Doppler-Radial-Winde Flechtdorf („PR“) 05.10.04 17.25 UTC :

Aufgrund der Grundströmung erschien die Zelle selbst ganz in warmen (gelblichen) Farben, da hier die Bewegung schon aufgrund des erneut geänderten Zentralwinkels aus den konzentrischen Kreisen heraus führte (s. zum Vergleich die neutrale Linie). An der rechten Kante und genau im Gebiet des gemeldeten Tornados hatten wir nun sehr klar die bipolare Radialwind-Struktur einer Meso-Zyklone : Vorne stark bräunlich, hinten stark bläulich, der Skala entsprechend etwa jeweils 20-30 m/s. Wenn man die Entfernung vom Radarstandort bedenkt (rund 70-80 km) (Radarstrahlspreizung!) war das Signal als äußerst deutlich einzuschätzen. Erwähnen sollte ich hier, daß in den hier gezeigten Flächen-Darstellungen die Radialwinde in einer Höhe von 2 km wiedergegeben werden (vgl.Legende). Das Fadenkreuz im Grundriß gibt an, von wo die im Auf- und Seitenriß dargestellten Radialwinde stammen. Die rötlich-braune Färbung aus dem nördlichen Bereich des Nord-Südschnittes deutet eine Art Low-Level-Jet an.
Zum Abschluß noch die Radialwinde von 17.40 UTC :
Doppler-Radial-Winde Flechtdorf („PR“) 05.10.04 17.40 UTC :

Man sieht auch auf diesem Bild, daß sich um 17.40 UTC der Tornado nicht mehr im Gebiet befunden haben kann.
Unter dem Strich waren für mich alle Aspekte dieser Tornadolage äußerst interessant, angefangen von der synoptischen Grundsituation über die mesoskaligen Ursachen und Entwicklung der Squall-Line bis hin zur kleinräumigen Entstehung der Tornadozelle. Am bemerkenswertesten waren schließlich die Dopplerradialwind-Stukturen von Squall-Line und Tornado . Sie würde ich geradezu als lehrbuchreif bezeichnen.
Wetterfuchs



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  18.06.02: Eine Gewitterlage der Superlative 6669 org. Wetterfuchs 02.07.2003 02.07.03 16:41
  Unwetterdoku vom 23.06.2003 4908 Christian (Braunschweig) 01.07.03 21:37
  Tornadolage 10.06.03 : Met.Strukturen (2,5 mB) 6940 Org: Wetterfuchs am 21.06.2003 21.06.03 13:09
  Ausführlicher Bericht aus Acht / Eifel 4011 Matthias, Bonn 12.06.03 21:14
  So! hier nun die Karte des Ortsgebietes Acht 3488 Matthias, Bonn 12.06.03 23:12
  Bilder aus Acht 3889 Matthias, Bonn 13.06.03 13:14
  Das Straßburger Gewitter-Drama vom 06.07.2001 7117 org:Wetterfuchs am 06.07.02 08.06.03 01:28
  MCS 07.07.2001 : Harmonie der Synergetik 5792 org:Wetterfuchs am 07. 07 2002 08.06.03 01:26
  Heute vor 2 Jahren : Schwergewitterlage 02.07.2000 6584 org:Wetterfuchs am 02.07.02 11.05.03 13:17
  Die Gewitterfront kam wie eine Wand, 02.06.99 7963 org:Wetterfuchs am 10.09.02 13.09.02 13:59
  Heute vor 8 Jahren : Schwere Hagelgewitter in NRW 5882 org:Wetterfuchs am 4.07.02 30.08.02 19:53
  21.07.92 : Top-Schwergewitterlage in Mitteleuropa 10322 org: Wetterfuchs 23.07.02 15:29
  Ein Markstein : Münchener Hagelunwetter 12.07.1984 7829 org: Wetterfuchs 24.07.02 10:08
  Noch ein Bericht zum Sturm am 10.Juli 2002 4840 org: Christoph Gatzen am 13.07.2002 21.08.02 20:32
  Interessante Bemerkungen zum Hagelschlag vom 15.06 5337 org: Martin Hubrig am 1.07.2002 21.08.02 20:28
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  Analyse/Rückblick: Der markante 30.7.2009 im Norden... geschrieben von: Jan Hinrich Struve (August 2009) 5358 Admin 30.11.09 13:18
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