Worum geht es genau?

Hagel wird mit verschiedenen Methoden gemessen. Das Projekt «Hagelklima Schweiz» verwendet Radardaten und statistische Ansätze, um eine nationale Hagelklimatologie zu erstellen. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von seltenen Ereignissen abgeschätzt werden.  

Das Foto zeigt eine Nahaufnahme von Hagelkörnern

Hagelereignisse sind meist kleinräumig und von kurzer Dauer. Dies erschwert die Messung von Hagel. Derzeit verwendete Hagelkarten sind üblicherweise räumlich grob aufgelöst, nicht einheitlich und teilweise veraltet. Da Hagel für viele Sektoren hochrelevant ist, werden mit den wachsenden technologischen Möglichkeiten auch neue Messmethoden entwickelt und eingesetzt. Die meisten Daten aus diesen Messungen sind jedoch nur punktuell verfügbar und / oder liegen noch nicht in ausreichender Menge und Qualität vor.

 
 
Wie wird Hagel gemessen?

Hagel-Pads

Hagel-Pads sind mit Aluminiumfolie überdeckte Styroporplatten auf deren Oberfläche nach Aufprallen von Hagelkörner Dellen zu erkennen sind. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf die Hagelkorngrösse. Hagel-Pad-Beobachtungen sind punktuell, und dichte Netzwerke sind nur auf kleinen Flächen möglich. Die Kontrolle und Auswertung der Pads erfolgt höchstens einmal täglich. Die Kosten sind tief, der Aufwand aber gross. Momentan ist in der Schweiz kein Hagel-Pad-Netzwerk vorhanden.

Quelle: CoCoRaHS

Automatische Hagelsensoren

Automatische Hagelsensoren bestehen aus einer Makrolonscheibe, die beim Aufprall von Hagel Schwingungen erzeugt, welche von einem Mikrophon aufgenommen werden. Man kann so die Hagelkorngrösse abschätzen. Nach Installation und Kalibrierung ist der Aufwand gering; die Kosten sind aber hoch. Ein Hagelsensorennetzwerk mit 80 Sensoren wird momentan in den Hagelhotspots der Schweiz aufgebaut. Mehr zu den Hagelsensoren gibt es auch im vierten Teil der Hagelblogserie aus dem Jahr 2019.

Quelle: MeteoSchweiz / Franziska Keller

Schadendaten von Versicherungen

Die Auflösung der Schadendaten ist niedrig und meist ist nur der Tag und die Postleitzahl für einen Hagelschaden verfügbar. Rückschlüsse auf Hagelkorngrössen sind meist nicht möglich. Zudem ist die Verfügbarkeit dieser Daten gering, da sie von Versicherungen nur selten geteilt werden.

Crowdsourcing-Daten

Hagelmeldungen aus der Bevölkerung (z. B. über die MeteoSchweiz App) liefern Grösseninformationen zu Hagel mit genauen Standort- und Zeitangaben. Die Verteilung dieser Daten hängt von der Bevölkerungsdichte ab; in der Schweiz ist die räumliche Abdeckung in den besiedelten Gebieten meist hoch. Diese Daten sind relativ günstig, benötigen aber umfassende Plausibilitätsprüfungen, z. B. um Falschmeldungen zu identifizieren und zu filtern. Mehr zu Crowdsourcing-Daten gibt es auch im dritten Teil der Hagelblogserie aus dem Jahr 2019.

Wetterradar

In der Schweiz existiert ein Radarnetzwerk mit fünf Wetterradaren, welches die ganze Landesfläche in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung abdeckt (1km2, 5 min). Um daraus Hagelinformation abzuleiten, werden die Radarsignale mit Temperaturinformationen verknüpft, typischerweise mit der Höhe der Nullgradgrenze aus dem Wettermodell COSMO. Bei MeteoSchweiz werden, basierend auf historischen Bodenbeobachtungen, zwei verschiedene Hagelwerte berechnet: Zum einen wird die Wahrscheinlichkeit von Hagel am Boden (Probability of Hail, POH), zum anderen dessen Grösse (Maximum Expected Severe Hail Size, MESHS) modelliert. Mehr Infos rund um das Schweizer Wetterradarnetz finden Sie hier.

Radardaten eignen sich zur Berechnung einer Hagelklimatologie, da die Daten flächendeckend zeitlich und räumlich hoch aufgelöst sind. Dies ist eine Grundvoraussetzung, um die vergleichsweise kleinen und kurzlebigen Hagelzellen abzubilden. Seit 2002 liegen die Rohdaten der Wetterradare in hoher Datenqualität vor und decken die ganze Schweiz auf einem 1 km x 1 km Raster ab. Jedoch bringen auch Radardaten Herausforderungen mit sich: Zum einen handelt es sich um eine Messung von Radarecho-Signalen in der Höhe, die für Angaben zum Wettergeschehen am Boden zunächst aufwändig umgerechnet werden müssen. Zum anderen wurden im Lauf der Zeit auch die Radaranlagen selbst, sowie die in den Hagelalgorithmus einfliessenden Daten der Wettermodelle, stetig verbessert. Während diese Verbesserungen die Qualität der Beobachtungen und Vorhersagen erhöhen, können diese Veränderungen auch Auswirkungen auf die langjährige Vergleichbarkeit von Messungen haben. Im Projekt «Hagelklima Schweiz» werden Auswirkungen dieser technischen Änderungen auf die vieljährige Datenreihe erstmals dokumentiert, quantifiziert und nach Möglichkeit korrigiert.

Das Ziel ist, einen zeitlich möglichst homogenen Datensatz zu erhalten, um langfristig robuste Aussagen über das Hagelgeschehen machen zu können. Unter anderem werden neu auch Crowdsourcing-Meldungen und Sensormessungen verwendet, um die modellierten Grössenangaben aus den Radar-Hagelalgorithmen möglichst genau auf die gemessene Hagelkorngrösse auf dem Boden zu kalibrieren.

 
Die Abbildung zeigt, welche Schritte notwendig sind, um von Wetterradaren und Wettervorhersagemodellen zu Häufigkeitskarten von Hagel zu gelangen. Die Wetterradare und Wettervorhersagemodelle werden kombiniert, um Radar-Hageldaten zu erhalten, die der kurzfristigen Vorhersage und Warnung dienen. In diesen werden Unsicherheiten identifiziert und gefiltert, um einen Klima-Hageldatensatz zu erhalten. Dieser kann für langfristige Anwendungen verwendet werden. Über statistische Auswertungen und Ansätze wie beispielsweise Resampling können so Häufigkeitskarten erstellt werden, die der Prävention und Ereignisbewältigung dienen.
Bevor statistische Auswertungen gemacht werden können, müssen die für kurzfristige Prognosen optimierten Radar- und Wettermodelldaten auf die langfristige klimatologische Anwendung vorbereitet werden.

Zunächst werden Hagelbeobachtungen analysiert: Wo kristallisieren sich in der Schweiz Hagel-Hotspots heraus? Welche Korngrössen treten typischerweise auf? Wo hagelt es seltener? Zusätzlich werden Informationen aus aufgezeichneten Zugbahnen vergangener Gewitterzellen gewonnen und mit der vorherrschenden Wettersituation verknüpft. Diese erste sorgfältige Analyse des Radardatensatzes legt den Grundstein für einen weiteren Schritt: die Modellierung von sehr viel selteneren Ereignissen wie beispielsweise solchen mit einer 50- oder 100-Jahr-Wiederkehrperiode. Diese Aussagen werden für die angewandte Risikobewertung, im Ingenieursalltag und als Grundlage für Bauauflagen oder Versicherungspolicen benötigt.

 
Die Abbildung zeigt Schäden an einer Hausfassade, die durch Hagel verursacht wurden.
Hagelschäden an einer Hauswand. Vor allem in Zusammenhang mit starkem Wind können Hagelkörner enorme Schäden anrichten. Um das Risiko zu reduzieren, berücksichtigen Bauauflagen Angaben zur Wiederkehrperioden von Hagelkorngrössen. Das Ziel des Hagelprojekts ist es, diese Angaben erheblich zu verbessern.

Die Modellierung solch seltener Hagelereignisse ist herausfordernd. Ein Ansatz, der hierfür in der Versicherungsbranche geläufig ist, ist der Resampling-Ansatz, ein statistisches Verfahren. Mit ihm werden beobachtete Hagelzugbahnen statistisch vervielfältigt, um so die natürliche Variabilität von Wetter und Klima über die Beobachtungen hinaus zu berücksichtigen. So können zum Beispiel die potenziellen Schäden eines schweren Hagelgewitters unter Annahme verschiedener Zugbahnen simuliert werden. Erkenntnisse aus Analysen von hochaufgelösten Radardaten bieten die Möglichkeit, ein solches Resampling-Verfahren klimatologisch plausibel zu verbessern. Dafür werden sowohl hochaufgelöste Details einzelner Hagelzellen als auch grösserskalige atmosphärische Bedingungen, unter denen Hagel entstehen kann, in Betracht gezogen.

Im Projekt «Hagelklima Schweiz» wird dieser Resampling-Ansatz daher für die Anwenderinnen und Anwendern verfeinert, um die Auftretenswahrscheinlichkeit von seltenen Ereignissen quantifizieren zu können. Da Hagelbeobachtungen im Vergleich zu Niederschlags- oder Temperaturmessungen erst für viel kürzere Zeiträume vorliegen, ist bei der Analyse mit grösseren Unsicherheiten zu rechnen, die ebenfalls quantifiziert werden. Die langfristige Sicherstellung qualitativ hochwertiger Messungen stellt hier die wichtigste Massnahme dar, um diese Situation nachhaltig zu verbessern.

Ein intensiver, projektbegleitender Austausch mit den Interessensvertretern und -vertreterinnen aller Partnerorganisationen stellt sicher, dass Produkte zielgerichtet und anwenderorientiert entwickelt werden und so direkt in die Praxis einfliessen können.

 

Letzte Änderung 13.11.2019

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