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Nachbetrachtung von Orkan "Klaus" -Teil 1 (Synoptik) geschrieben von: Felix aus Innsbruck (Februar 2009)
geschrieben von: Admin (IP-Adresse bekannt)
Datum: 30. November 2009 13:25

Link zum Originalbeitrag: [www.wzforum.de]

1. Einleitung

Während der Winterverlauf bis Mitte Januar 2009 von überwiegend blockierenden Großwetterlagen mit häufigen Troglagen in Europa geprägt war, stellte sich das nordhemisphärische Strömungsmuster zwischen dem 17. Januar und dem 25. Januar 2009 vorübergehend um. Die Höhenströmung über dem Nordatlantik zeigte eine deutliche Zonalisierung mit teils erheblichen Windgeschwindigkeiten im Bereich des Jetstreams, in Spitzen über 300 km/h, wobei der Jetstream über Mitteleuropa nach Norden abbog. Die Meteorologen nennen eine solche Strömungskonstellation "winkelförmige Westlage", wohingegen eine lupenreine Westlage eine zonale und meist nördlich verschobene Frontalzone von Neufundland bis nach Russland bringt. Am Donnerstag, 22. Januar 2009, entwickelte sich zwischen Island und Schottland ein ausgedehnter Orkanwirbel, der für die nachfolgenden Sturm- und Orkantiefs "Joris" und "Klaus" als Zentraltief fungierte.

Am Freitag morgen, 23. Januar 2009, lag "Joris" als vollentwickeltes Sturmtief mit einem Kerndruck von 965hPa über dem Ärmelkanal. Weiter stromaufwärts über dem Nordatlantik war sein Nachfolger "Klaus" bereits gut in den Satellitenbildern als auch in den Druckkarten auszumachen und wurde vom Deutschen Wetterdienst als Welle mit 995 hPa analysiert. Bis Freitag abend löste sich "Joris" über Deutschland, wo das Tief orkanartige Sturmböen im südwestdeutschen Flachland brachte sowie Orkanböen bis 151 km/h auf dem Feldberg, allmählich auf. Gleichzeitig vertiefte sich "Klaus" bis Mitternacht innerhalb 18h Stunden um 30 hPa und erreichte als gefährliches Orkantief die Biskaya.

Zwischen Samstag, 24. Januar 2009, Mitternacht und früher Nachmittag entfaltete "Klaus" sein ganzes Zerstörungspotential mit dem vor allem im dritten Quadranten des Tiefs stark ausgeprägten Druckgradienten. Spitzenreiter bei den Windböen war die Station Punta Candeeira auf 254 m Höhe an der Nordküste Galiziens mit 215 km/h, aber auch sonst wurden verbreitet Orkanböen in Nordspanien und Südfrankreich zwischen 120 und 170 km/h gemeldet. Orkan "Klaus" hat mindestens 26 Todesopfer gefordert, alleine in Frankreich entstanden Schäden in Höhe von 600 Millionen Euro, hunderttausende Haushalte waren ohne Strom - damit gehört "Klaus" zu den schwersten Orkantiefs seit "Lothar" am 26.12.1999.

2. Synoptische Entwicklung zwischen Donnerstag, 22. Januar 2009, 18 UTC und Samstag, 24.Januar 2009, 18 UTC

Es gibt viele Möglichkeiten, die dynamische Entwicklung von Tiefdruckgebieten mit Reanalysiskarten nachzuvollziehen. Ich werde im Folgenden die Archivkarten von Wetter3 verwenden, und zwar...

  • 500 hPa Geopotential [gpdm], Bodendruck [hPa], relative Topographie H500-H1000 [gpdm]


    für die Konstellation von Höhentrog und Bodentief sowie für die Intensität der Schichtdickenadvektion




  • 850 hPa pseudopotentielle Temperatur [Grad C], Bodendruck [hPa]


    Entwicklung der Fronten



  • 300 hPa Wind [Kn], horizontale Divergenz in Einheiten von 10^-5/s, Geopotential [gpdm]


    Lage des Jetstreams, Jetkonfiguration




...im Abstand von sechs Stunden, farbig markiert jeweils die Orte des Tiefkerns, blau markiert die Trogachse.


Donnerstag, 22. Januar 2009, 18 UTC




Donnerstag abend ist die sich abzeichende Orkantiefentwicklung auf dem Nordatlantik erstmals im Atlantikausschnitt der Modellkarten absehbar. Im eingekreisten Bereich drängen sich die Isohypsen der relativen Topographie, d.h. dort gibt es einen horizontalen Temperaturunterschied (Frontalzone). Zudem zeigt die 1005 hPa-Isobare eine zyklonale Ausbeulung - der vergrößerte Isobarenabstand ist ein guter Indikator für Wellenbildungen. Ein ausgeprägter Höhentrog ist hier noch nicht sichtbar. Die starke Drängung der Isohypsen der absoluten Topographie (500 hPa) deutet lediglich auf die Existenz eines Jetstreams bzw. Jetstreaks hin.

Weiter stromabwärts am Eingang des Ärmelkanals ist an der zyklonalen Delle der 980 hPa-Isobare das sich herausbildende Sturmtief "Joris" erkennbar, welches in die Zirkulation des steuernden Zentraltiefs bei Island eingebunden ist.




In der oberen Troposphäre sieht man den Grund für die weitere Vertiefung der Welle, da sie im sogenannten "rechten Einzugsgebiet des Jetstreams" liegt. Nach dem Jetstream-Modell (nachzulesen etwa im Stull 2000, oder in meinem Magazin) befindet sich im rechten Einzugsgebiets des Jets ein Gebiet mit Divergenz in der Höhe, d.h. Abströmen von Luft, die von unten her ersetzt werden muss. Ist die Divergenz betragsmäßig größer als die Konvergenz am Boden, dann fällt der Luftdruck in der ganzen Luftsäule, d.h. am Boden setzt Zyklogenese ein. Bemerkenswert ist außerdem die hohe Windgeschwindigkeit im Kern des Jetstreams, die in der Spitze über 190 Knoten erreicht.




In der unteren Troposphäre liegt das Zentraltief mit einem Kerndruck von 936 hPa bei Island. Seine Okklusion teilt sich über der Doggerbank in einen schmalen Warmsektor bis Benelux auf. "Joris" folgt westlich von England mit einem breiten Warmsektor, in dem energiereiche Luftmassen advehiert werden. Auffallend sind die Gradienten in den Isentropen (Linien gleicher pseudopotentieller Temperatur) im Bereich des Jetstreams. Es scheint hier zwei Dränungszonen zu geben, was darauf zurückzuführen ist, dass sich hier zwei Jetstreams, der Polarfront- und der Subtropenjet vereinigen, folglich auch zwei Frontalzonen. Die Welle, aus der später "Klaus" entsteht, liegt weiter westlich südlich von Neufundland. Am Wellenscheitel, wo die Warm- zur Kaltfront wechselt, ist die Isentropendrängung besonders stark (von +20°C auf +50°C).


Freitag, 23. Januar 2009, 00 UTC




Kurze Zeit später ist die Entwicklung nun bedeutend vorangeschritten. Es hat sich ein flacher, aber klar gekrümmter Kurzwellentrog gebildet, auf dessen Vorderseite die Welle nun liegt. Der Isobarenabstand hat sich noch etwas vergrößert, auch die relative Topographie zeigt eine Vergrößerung der Schichtdicke (= Warmluftadvektion zwischen 1000 hPa und 500 hPa) nach Nordosten hin, während dort, wo der Kurzwellentrog liegt, eine Erniedrigung der Schichtdicke ( = Kaltluftadvektion zwischen 1000 hPa und 500 hPa) zu beobachten ist. Vereinfacht gesagt entsteht ein Wellenberg da, wo die Schichtdicke zunimmt, und ein Wellental da, wo die Schichtdicke abnimmt. Dasselbe geschieht auch in der absoluten Topographie. Sind beide (die thermische und die dynamische) Wellen zueinander in einer bestimmten Länge phasenverschoben, bildet sich ein Tiefdruckgebiet.




In der Höhe liegt die Welle weiterhin im rechten Jeteinzug, wenngleich sehr nahe an der Jetachse und somit im Bereich, wo zwar Divergenz herrscht (dort, wo das Plus-Zeichen ist), aber nicht intensiv. Das erklärt auch, warum sich die Welle bisher nicht markant vertieft hat.




Sturmtief "Joris ist unter leichter Vertiefung weiter nach England gezogen. Die Welle "Klaus" tritt in das Reifestadium der Zyklogenese ein - ihre Fronten haben einen Winkel von rund 120° zueinander. Die Drängung der Isentropen ist unverändert stark, wobei vorderseitig der Kaltfront potentiell recht warme (+über 50°C) Luftmassen advehiert werden.


Freitag, 23. Januar 2009, 06 UTC





Freitag morgen hat sich der Wellenberg in der relativen Topographie weiter aufgebaut, wohingegen der Kurzwellentrog recht unverändert in seiner Amplitude geblieben ist. Jedoch ist die Isohypsendrängung im Südteil des Troges stärker geworden, folglich auch die Windgeschwindigkeit. Das Bodentief liegt nun knapp vorderseitig der Trogachse und damit unter positiver Vorticityadvektion PVA), genau genommen unter differentieller (mit der Höhe zunehmender) PVA. Die PVA setzt sich aus Scherungs- und Krümmungsvorticity zusammen. Beide sind dort, wo der Trog seine stärkste Krümmung mit der höchsten Isohypsendrängung aufweist, am Größten. Die stärkste Advektion der positiven (zyklonalen) Vorticity herrscht knapp stromabwärts (= "vor") der Trogachse. Summa summarum liegt das Bodentief also dort, wo der stärkste Hebungsantrieb zu erwarten ist. Die folgenden achtzehn Stunden werden auch den maximalen Druckfall bringen.




Ein weiterer Grund für die explosive Entwicklung ist die Jetkonstellation. "Klaus" befindet sich unverändert im rechten Jeteinzug, gleichzeitig aber auch im Auszugsgebiet eines weiteren Jets stromaufwärts. Noch in dessen rechten Jetauszug, was an sich Höhenkonvergenz (und damit Massenzufluss) bedeutet, was sich aber im weiteren Verlauf noch ändert.




Sturmtief "Joris" steht kurz vor seinem Höhepunkt am Ausgang des Ärmelkanals mit einem Kerndruck von 966 hPa, An seiner Südflanke verstärkt sich der Druckgradient deutlich, im Bereich der westlichen Nordalpen setzt Südföhn ein.
"Klaus" ist nun erstmals mit einem individuellen Kerndruck von 995 hPa analysiert. Warm- und Kaltfront sind deutlich ausgeprägt, auch eine kurze Okklusion kann man einzeichnen - insbesondere, wenn man sich die Satellitenbilder dazu betrachtet (dazu später mehr).


Freitag, 23. Januar 2009, 12 UTC




Freitag mittag ist der thermische Wellenberg weiter angewachsen, der flache Kurzwellentrog dagegen nahezu unverändert geblieben. Damit bleibt der wesentliche Antrieb für die Zyklogenese aufrechterhalten - das Bodentief befindet sich unmittelbar vor der Trogachse im Bereich starker differentieller PVA.




Im Jetfeld haben sich die Bedingungen dagegen verbessert. "Klaus" liegt im rechten Jeteinzug des kleinräumigen Jets südlich von England und gleichzeitig im linken Jetauszug des nachfolgenden, ebenfalls schmalen Jetstreaks. Das breite Divergenzfeld deutet an, dass hier beide Jets zusammenwirken.




Der Höhepunkt von Sturmtief "Joris" ist über den Niederlanden erreicht. In den Druckanalysen beträgt der tiefste Kerndruck 962 hPa, jeweils in De Bilt und Amsterdamm um 13 UTC gemessen. Die hohe Drängung der Isobaren im Bereich der Warmfront bzw. des Warmsektors schlägt sich auch in den Spitzenböen für den Süden Deutschlands nieder. Im Schwerzwald werden Windspitzen bis 151 km/h erreicht, bei Chasseral (Jura) auf 1599m sogar 170 km/h, der Weinbiet (557m) im Pfälzer Wald ist mit 130 km/h dabei, im württembergerischen Flachland werden verbreitet 80 bis 100 km/h gemessen, z.T. auch darüber. Spitzenreiter ist der Wendelstein (1835m) mit 187 km/h. Am Patscherkofel (2252m) in Tirol werden föhnbedingt 155 km/h registriert. Im restlichen Deutschland bleibt "Joris" trotz des niedrigen Kerndrucks verhältnismäßig schwach.


Der Kerndruck von "Klaus" ist innerhalb sechs Stunden um 11 hPa gefallen. Das Isobarenfeld ist deutlich zusammengerückt. Die Warmfront weist eine stärkere Isentropendrängung als die Kaltfront auf. Weiter stromaufwärts südlich von Neufundland kündigt sich bereits die nächste Tiefentwicklung an.


Freitag, 23. Januar 2009, 18 UTC




Freitag abend rückt das Bodentief immer näher an die Höhentrogachse herein. Der Kurzwellentrog hat sich deutlich vertieft und ist krümmer geworden. Der Anteil der Krümmungsvorticity am Hebungsantrieb für die Zyklogenese wächst. Krümmung bedeutet in erster Linie, dass sich das Bodentief stärker einringelt, während die Scherung eine rasche Verlagerung des Tiefs ermöglicht. Darum sind die "Schnellläufer-Orkane" typischerweise von Scherungsvorticity dominiert. Tatsächlich verlangsamt sich "Klaus", ehe er das französische Festland betritt.




Im Höhenfeld ist die doppelte Jetkonstellation weiterhin vorhanden. Es handelt sich strenggenommen sogar um drei Jetstreams, wobei für die Entwicklung von "Klaus" nur der Jet über Westeuropa und westlich der Iberischen Halbinsel von Bedeutung ist. Das Bodentief liegt zudem noch knapp vorderseitig der Trogachse in 300 hPa.




Während sich "Joris" über Norddeutschland allmählich auffüllt und ein durch die Kaltluftadvektion rückseitig der Kaltfront von "Joris" entstandenes Genuatief die Südalpen mit Niederschlägen beeinflusst, verlagert sich "Klaus" weiter ostwärts und senkt seinen Kerndruck innerhalb sechs Stunden um weitere 12 hPa ab. An der Frontintensität hat sich wenig geändert. Okklusion und Warmfront besitzen die stärksten Drängungszonen in den Isentropen, die Kaltfront ist relativ schwach ausgebildet.


Samstag, 24. Januar 2009, 00 UTC




Samstag Mitternacht ist zwar der Höhepunkt von "Klaus" erreicht, was seinen tiefsten Kerndruck betrifft - er liegt bei ca. 962hPa- , was einen Kerndruckfall von 33 hPa in achtzehn Stunden bedeutet bzw. von 42 hPa in vierundzwanzig Stunden. Damit ist die Definition einer "rapid cyclogenesis" (24 hPa Druckfall in 24 h) deutlich erfüllt. Sein wetterwirksames Unwesen in Nordspanien und Südfrankreich beginnt jetzt erst. Die Trogachse liegt nun achsensenkrecht zum Bodentief. Der Hebungsantrieb liegt damit stromabwärts vom Bodentief - die Zyklogenese ist beendet. Dass sich das Tief dennoch ostwärts verlagert, ist dem Umstand geschuldet, dass die großräumige Strömung auf West-Nordwest bleibt und weiter stromaufwärts bereits das nächste Tief im Reifestadium ist.





Aus dem Jetfeld ist ebenfalls ersichtlich, dass keine weitere Vertiefung zu erwarten ist. Vom Einzugsgebiet des nördlichen Jets hat sich das Bodentief entfernt, ebenso vom Auszugsgebiet des südlichen Jets. Die Windgeschwindigkeit hat deutlich abgenommen - unter 60 Knoten, und damit per definitionem außerhalb des Jetstreams. Zudem überlagert die Trogachse in 300 hPa das Bodentief. Differentielle PVA ist nicht mehr gegeben.




Die Okklusion ringelt sich jetzt deutlich ein (aus Platzgründen nur angedeutet), der starke Gradient an der Warmfront verringert sich, die Kaltfront ist unverändert schwach ausgeprägt. Weiter konzentriert sich alles auf den Kernbereich der Orkanzyklone, wo zugleich die stärkste Isobarendrängung vorzufinden ist. An der Nordküste Spaniens werden Windspitzen bis 215 km/h gemessen (in Punta Candeeira), in Malpica 183 km/h, in Ancares 182 km/h, an der Küste Asturiens, in Gijon sogar 199 km/h.


Wie kommt es zu diesen hohen Windgeschwindigkeiten? In der Mehrzahl von Winterstürmen findet man die höchsten mittleren Windgeschwindigkeiten im Warmsektor (wie auch bei "Joris"), wo sich die Fortbewegungs- und Rotationsgeschwindigkeit des Tiefs addieren. Ist der nachfolgende Druckanstieg jedoch sehr groß bzw. der Kerndruckfall heftig, dann kann sich auch im Bereich und rückseitig der Kaltfront ein hoher Druckgradient aufbauen.
Wie man an den Höhenkarten oben sieht, ist das Drängungsfeld der Isobaren rückseitig der Kaltfront gelegen, und gleichzeitig auch rückseitig der Trogachse, wo Höhenkaltluft einfließt. Somit kann eine starke Labilisierung entstehen, die durch den "vertikalen Impulstransport" die heftigen Höhenwinde (80-100 Kn in 850 hPa) bis zum Boden herabtransportiert. Dies geschieht mit dem Durchzug von Schauern oder Gewittern, deren Abwinde die Höhenwinde herabreißen.


Samstag, 24. Januar 2009, 06 UTC




Samstag morgen hat der Nordwesten Spaniens das Schlimmste bereits überstanden, wohingegen Südwestfrankreich nun vom Orkan voll erfasst wird. Zwischen Pyrenäen und Tiefdruckkern stellt sich ein Düseneffekt ein. Die durchgeschleuste Luft wird zusätzlich beschleunigt und kann besonders hohe Windgeschwindigkeiten erreichen. Höhentief und Bodentief liegen achsensenkrecht - der Auffüllungsprozess, auch Zyklolyse genannt, schreitet fort. Hauptaugenmerk gilt nun dem Tief an der Südostküste Frankreichs, das auf der Trogvorderseite liegt.





Orkantief "Klaus" hat sich weiter vom Jetstream entfernt, der nördliche Jet ist nur noch als sehr schmales Band über Mitteleuropa sichtbar. Die stark diffluente Höhenströmung hat die Isohypsenabstände entzerrt. Weiter stromaufwärts über dem Nordatlantik sind nun Polarfront- und Subtropenjet in der Koexistenz sichtbar.




Zwischen Mitternacht und frühen Morgenstunden entfaltet "Klaus" sein volles Zerstörungspotential. Mit der umgebogenen Okklusion und den darin eingebetteten Schauern kann der Höhenwind bis zum Boden durchgreifen. Biscarosse und Cap Ferret erreichen um 04 UTC 171 km/h, Bordeaux 161 km/h. Unterdessen wird an der Südostküste Frankreichs ein weiteres Tief als Teiltief am Okklusionspunkt ("secondary cyclogenesis at the triple point") geboren. Es kann als "Klaus II" bezeichnet werden. "Klaus II" sorgt dafür, dass der Druckgradient im Kernbereich von "Klaus" langsam abgebaut wird.


Samstag, 24. Januar 2009, 12 UTC




Samstag mittag hat sich "Klaus" weiter aufgefüllt. Dafür sind mehrere Ursachen verantwortlich. Im Höhenfeld ganz klar die Lage rückseitig der Trogachse (, die sich in mehrere, kleinere Trogachsen aufspaltet) und damit unter Absinken. Dafür verantwortlich ist der Kurzwellenkeil, der sich vom Ostatlantik hereinschiebt und "Klaus" nach Osten abdrängt. Weiters zieht "Klaus" über das Zentralmassiv und klatscht gegen die Westalpen. Die Bodenreibung erhöht sich also ganz massiv, auch das bewirkt verstärktes konvergentes Einströmen (Massenfluss) in den Tiefkern.




In der Höhenkarte sind beide Tiefkerne eingezeichnet. "Klaus" liegt im Niemandsland unter geringen Höhenwinden und rückseitig der Haupttrogachse. "Klaus II" dagegen näher am linken Jetauszug und somit unter minimaler Vertiefung.




In Cap Ferret werden weiterhin Orkanböen mit Spitzen bis zu 169 km/h gemeldet. In Pau am Fuß der Pyrenäen gibt es 131 km/h, in Mont-de-Marsan 130 kmh, in Toulouse 129 km/h. Verbreitet im südfranzösischen Binneland, aber auch in Nordostspanien treten über Stunden hinweg Orkanböen auf. Ursächlich dafür sind in die Okklusion eingebettete Schauerstaffeln. "Klaus II" zieht währenddessen langsam weiter nach Mittelitalien. Wegen der nicht ganz so günstigen Jetkonstellation übernimmt "Klaus II" das Erbe seines Vaters aber nicht.


In den frühen Nachmittagstunden erreicht die Okklusion die Mittelmeerküste mit Orkanböen von verbreitet 150-180 km/h. Spitzenreiter ist "Perpignan" mit 183 km/h. Die heftigen Orkanböen halten bis zum Abend an. Möglicherweise wurde die Labilität hier durch das relativ warme Mittelmeer noch gesteigert. Ein weiterer Effekt ist das "hydrostatische" Druckgefälle, das sich vom relativ kalten Festland zum relativ wärmeren Meer aufbaut, sozusagen ein verstärkter "Landwind". Ähnliche Effekte kann man bei Bora an der kroatischen Küste beobachten.
In Barcelona werden Spitzenböen bis 140 km/h gemeldet, die zum Einsturz einer Sporthalle führen und vier Kinder in den Tod reißen.


Samstag, 24. Januar 2009, 18 UTC




Am Samstag abend ist von "Klaus" nicht mehr viel übrig. Lediglich eine nach Westen ausgedehnte Isobarendelle lässt noch auf die Reste des Bodentiefkerns schließen. Die Isobarendrängung zwischen Nordostspanien und Südfrankreich lässt langsam nach. Nachfolgend schiebt sich ein markanter Bodenkeil herein. Er ist übrigens der Grund dafür, dass es bis in die Abendstunden noch Sturm- und Orkanböen in der erwähnten Region gibt. "Klaus II" verbleibt über Mittelitalien, richtet aber keine Verwüstungen mehr an.




"Klaus II" ereilt nämlich dasselbe Schicksal wie Klaus - er gerät abseits vom Jetstream und unter zunehmender Höhenkonvergenz.




Im Bodendruckfeld bleibt eine Zyklone wie im Lehrbuch übrig, die nicht "Klaus" ist, denn "Klaus" ist längst okkludiert. Korrekt gesprochen ist "Klaus" an den Maritimen Alpen zerschellt und nicht, wie es in den Medien oder bei Wikipedia heißt "weiter nach Italien gezogen". In den Radiosendungen, etwa im österreichischen Staatssender Oe1, hieß es noch, dass "weitere Stürme und Orkane in den nächsten Tagen bevorstünden". Auch dies war anhand der damals vorliegenden Modellvorhersagen nicht haltbar. Denn das Sturmtief über dem Ostatlantik drehte nach Nordosten ab und beeinflusste die Katastrophengebiete Spaniens und Frankreichs nicht mehr.




Teil 2 (Satellitenbilder) folgt demnächst....

Felix



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