Hamburg Hauptbahnhof, 6. Juni 2011, später Nachmittag. Unvermittelt setzt ein heftiger Regenguss ein. Durch undichte Stellen im Dach finden die Wassermassen ihren Weg, in der Bahnhofshalle bricht das Chaos aus. Auf Gängen und Galerien bilden sich riesige Pfützen, über die Treppen rauscht das Wasser auf die Bahnsteige, Ordnungskräfte sperren Geschäfte und Gleise ab. Starkregen, so nennen Meteorologen wie Elmar Weigl vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach Niederschläge, bei denen pro Stunde Regenmengen von 25 Millimetern und mehr zu Boden gehen. Präzise gemessen werden diese Werte von den sogenannten Niederschlagsstationen.
"Die Niederschlagsstationen bestehen eigentlich nur aus einem Topf. Da wird auf einer 200 Quadratzentimeter großen Auffangfläche der Regen gesammelt. Dann wird er gewogen und wird ermittelt, wie viel Regen in dem Topf enthalten ist."
Aus 1.000 dieser Präzisions-Regentonnen besteht das Messnetz des Deutschen Wetterdienstes. Die Daten laufen online bei den Fachleuten in Offenbach auf, also in Echtzeit – eine wichtige Grundlage etwa für Unwetterwarnungen. Seit mehr als 100 Jahren werden die Regenmengen in Deutschland erfasst – ein wissenschaftlicher Schatz für Meteorologen und Klimaforscher. Doch die Stationen haben einen Nachteil. Sie messen nur punktuell.
"Die Stationen sind nicht flächendeckend verfügbar, sondern zum Beispiel in Hamburg nur zwei bis drei Stationen, die der Deutsche Wetterdienst betreibt. Das ist natürlich viel zu wenig, um die lokalen Starkregen-Ereignisse zu erfassen."
Die Messstationen kriegen also längst nicht jeden heftigen Schauer mit, viele gehen ihnen schlicht durch die Lappen. Hier springt seit etwas mehr als zehn Jahren eine andere Technik ein, das Regenradar. Das Prinzip: Radarsender schicken elektromagnetische Wellen in den Himmel. Regentropfen reflektieren die Signale, und Antennen fangen diese Radarechos auf. 17 dieser Radarstationen betreibt der Wetterdienst. Jede erfasst ein Gebiet von mehr als 30.000 Quadratkilometern. Damit ist ganz Deutschland abgedeckt. Das Ergebnis, sagt Elmar Weigl, ist
"Dass wir aktuell die Niederschläge auf jedem Quadratkilometer in ganz Deutschland erfassen können. Und zwar stündlich quantitativ sehr gut. Deswegen bekommen das auch die Hochwasser-Vorhersagezentralen. Und sogar fünfminütlich qualitativ, das ist wichtig für die Wetterüberwachung."
So präzise wie die Niederschlagsstationen sind die Radardaten aber nicht. Denn die Signale geben keine direkte Auskunft über die Regenmenge. Deswegen müssen sie stündlich mit den Messdaten aus den Niederschlagsstationen abgeglichen werden.
"Das heißt, die ‚Wahrheit’ wird in den Niederschlagstöpfen gesehen. Und das wird auf die Radardaten mittels mathematisch-statistischer Verfahren angewandt. Und das Ganze in die Fläche über die Radardaten interpoliert."
Anhand der Radardaten sind die Experten in der Lage, mit Computermodellen die Zugbahnen potenzieller Starkregen-Wolken bis zu zwei Stunden im Voraus vorherzusagen. Das genügt, um bei Gefahr eine Unwetterwarnung herauszugeben. Probleme dabei macht jedoch noch der sog. Stadteffekt. Denn wegen der dichten Bebauung ist es in einer Großstadt deutlich wärmer im Umland. Die aufsteigende Luft kann auf eine an sich unspektakuläre Regenwolke eine Art Turboeffekt haben. Und plötzlich beginnt es auch für die Experten überraschend heftig an zu schütten.
"Es kann durchaus passieren, dass durch den Stadteffekt, durch die Wärme in der Stadt, diese starken Niederschlags-Zellen noch mal einen Drall drauf bekommen, sodass sie noch stärker werden. Und diese Entwicklung haben wir noch nicht. Da haben wir derzeit noch Forschungsbedarf."
Und zwar wollen Weigl und seine Kollegen die Computermodelle, mit denen sie auf Basis der Radardaten die Zugbahnen der Wolken prognostizieren, in den nächsten Jahren weiter verfeinern. Und dann sollten sich auch unvermittelte Sturzfluten besser voraussagen lassen können als heute.
"Die Niederschlagsstationen bestehen eigentlich nur aus einem Topf. Da wird auf einer 200 Quadratzentimeter großen Auffangfläche der Regen gesammelt. Dann wird er gewogen und wird ermittelt, wie viel Regen in dem Topf enthalten ist."
Aus 1.000 dieser Präzisions-Regentonnen besteht das Messnetz des Deutschen Wetterdienstes. Die Daten laufen online bei den Fachleuten in Offenbach auf, also in Echtzeit – eine wichtige Grundlage etwa für Unwetterwarnungen. Seit mehr als 100 Jahren werden die Regenmengen in Deutschland erfasst – ein wissenschaftlicher Schatz für Meteorologen und Klimaforscher. Doch die Stationen haben einen Nachteil. Sie messen nur punktuell.
"Die Stationen sind nicht flächendeckend verfügbar, sondern zum Beispiel in Hamburg nur zwei bis drei Stationen, die der Deutsche Wetterdienst betreibt. Das ist natürlich viel zu wenig, um die lokalen Starkregen-Ereignisse zu erfassen."
Die Messstationen kriegen also längst nicht jeden heftigen Schauer mit, viele gehen ihnen schlicht durch die Lappen. Hier springt seit etwas mehr als zehn Jahren eine andere Technik ein, das Regenradar. Das Prinzip: Radarsender schicken elektromagnetische Wellen in den Himmel. Regentropfen reflektieren die Signale, und Antennen fangen diese Radarechos auf. 17 dieser Radarstationen betreibt der Wetterdienst. Jede erfasst ein Gebiet von mehr als 30.000 Quadratkilometern. Damit ist ganz Deutschland abgedeckt. Das Ergebnis, sagt Elmar Weigl, ist
"Dass wir aktuell die Niederschläge auf jedem Quadratkilometer in ganz Deutschland erfassen können. Und zwar stündlich quantitativ sehr gut. Deswegen bekommen das auch die Hochwasser-Vorhersagezentralen. Und sogar fünfminütlich qualitativ, das ist wichtig für die Wetterüberwachung."
So präzise wie die Niederschlagsstationen sind die Radardaten aber nicht. Denn die Signale geben keine direkte Auskunft über die Regenmenge. Deswegen müssen sie stündlich mit den Messdaten aus den Niederschlagsstationen abgeglichen werden.
"Das heißt, die ‚Wahrheit’ wird in den Niederschlagstöpfen gesehen. Und das wird auf die Radardaten mittels mathematisch-statistischer Verfahren angewandt. Und das Ganze in die Fläche über die Radardaten interpoliert."
Anhand der Radardaten sind die Experten in der Lage, mit Computermodellen die Zugbahnen potenzieller Starkregen-Wolken bis zu zwei Stunden im Voraus vorherzusagen. Das genügt, um bei Gefahr eine Unwetterwarnung herauszugeben. Probleme dabei macht jedoch noch der sog. Stadteffekt. Denn wegen der dichten Bebauung ist es in einer Großstadt deutlich wärmer im Umland. Die aufsteigende Luft kann auf eine an sich unspektakuläre Regenwolke eine Art Turboeffekt haben. Und plötzlich beginnt es auch für die Experten überraschend heftig an zu schütten.
"Es kann durchaus passieren, dass durch den Stadteffekt, durch die Wärme in der Stadt, diese starken Niederschlags-Zellen noch mal einen Drall drauf bekommen, sodass sie noch stärker werden. Und diese Entwicklung haben wir noch nicht. Da haben wir derzeit noch Forschungsbedarf."
Und zwar wollen Weigl und seine Kollegen die Computermodelle, mit denen sie auf Basis der Radardaten die Zugbahnen der Wolken prognostizieren, in den nächsten Jahren weiter verfeinern. Und dann sollten sich auch unvermittelte Sturzfluten besser voraussagen lassen können als heute.