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Die Autoren um Christopher Taylor vom britischen Centre for Ecology & Hydrology und Wolfgang Wagner vom Department für Geodäsie und Geoinformation der Technischen Universität (TU) Wien verweisen in ihrer Arbeit auf Daten der Weltwetterorganisation (WMO), wonach Gewitter zwischen 2010 und 2019 weltweit für etwa 30.000 Todesfälle und wirtschaftliche Verluste in Höhe von rund 500 Milliarden US-Dollar verantwortlich waren. Einerseits gebe es zwar Fortschritte bei Frühwarnsystemen, andererseits werde erwartet, dass die Intensität der Unwetter mit der Erwärmung des Klimas zunehme.
Während sich die Bewegung von Luftmassen auf großer Skala mittlerweile sehr gut berechnen lässt, würden die bisherigen Modelle bei Dimensionen in der Größenordnung von einigen Kilometern an ihre Grenzen stoßen, betonte Wagner in einer Aussendung. Und genau auf dieser mittleren Skala entstehen Gewitter.
Weil Satelliten immer genauere Messwerte liefern, konnten die Forscher in ihrer Arbeit 2,2 Millionen Gewitterereignisse in Afrika mit Daten über die Bodenfeuchte in Beziehung setzen. Dabei stießen sie auf einen bisher unbekannten Zusammenhang: Gewitterzellen wachsen bevorzugt dort besonders rasch und heftig, wo Unterschiede in der Bodenfeuchte zu bodennahem Wind führen und in größerer Höhe der Wind in die Gegenrichtung bläst.
Und so funktioniert der Mechanismus im Detail: Die unterschiedliche Bodenfeuchte führt zu bodennahem Wind, weil die feuchtere Luft kälter ist und zu einer trockenen Region mit wärmerer Luft und geringerem Druck strömt. "Die durch die Bodenfeuchtigkeitsmuster erzeugte Brise reicht nicht weit in die Atmosphäre hinein, weniger als einen Kilometer", erklärte Taylor gegenüber der APA. Der Wind in höheren Luftschichten wird davon nicht beeinflusst. Weht er dem bodennahen Luftstrom entgegen, "kommen die Wolken pro Zeit mit maximal viel neuer, bodennaher Luft in Kontakt - und diese Luft ist es, die dann von unten die Gewitterzelle füttert", so Taylor.
Denn die Luft im untersten Kilometer der Atmosphäre sei in der Regel feuchter als in höheren Lagen. "Und diese Feuchtigkeit in niedrigen Höhen ist der Treibstoff für konvektive Stürme", so Taylor. Durch die Konvektion werde feuchte Luft von unten nach oben gezogen, dort kühlt sie ab und kann dann rasch schwere Gewitterwolken bilden. Es komme zu einer sich selbst verstärkenden Aufwärtsbewegung und eine lokale Instabilität wird zum Gewitter.
Entscheidend sei gewesen, dass wir "dieses Phänomen anhand konkreter Satellitendaten robust nachweisen konnten", erklärte Wagner gegenüber der APA. Mit seinem Team entwickelt er seit vielen Jahren Methoden, um aus Satelliten-Messdaten die Bodenfeuchte überall auf der Erde zu berechnen. Dank verbesserter Auflösung der Bodenfeuchtigkeitsdaten (15 Kilometer-Raster, zwei Aufnahmen pro Tag) habe man die genauen räumlichen Muster untersuchen können.
Ihr auf diesen Erkenntnissen erstelltes Modell konnten die Forscher mit unabhängigen Datensätzen validieren: Satellitenbilder zeigen schnelles Wolkenwachstum genau dort, wo das Modell es vorhersagt. Und auch Blitzdaten bestätigten, dass die intensivsten Gewitter bevorzugt über trockenen Bodenflächen entstehen, wenn die Windrichtungen in Bodennähe und in größerer Höhe gegenläufig sind.
"Wenn es gelingt, die Satellitenbeobachtungen noch besser in die Wettervorhersagemodelle zu integrieren, dann sollten sich die Gewitterprognosen speziell in Afrika verbessern", betonte Wagner. Taylor sieht in den neuen Erkenntnissen "die spannende Möglichkeit, lokale Gebiete mit einer Größe von zehn bis 30 Kilometern, in denen die Gefahr von Gewittern besteht, auf der Grundlage von Bodenfeuchtigkeitsmessungen bereits Stunden im Voraus zu identifizieren".
(SERVICE - https://doi.org/10.1038/s41586-025-10045-7 )
THEMENBILD: Illustration zum Thema Wetter / Wolken. Ein sich anbahnendes Gewitter über dem Untersberg am Montag, 13. August 2018, in Salzburg.
