ANALYSE WARNRELEVANTER WINDEREIGNISSE AM BODENSEE

Ludwig-Maximilians-Universitaumlt Muumlnchen

Institut fuumlr Meteorologie

D i p l o m a r b e i t

ZUM BESSEREN VERSTAumlNDNIS DER SYNOPTISCHEN PROZESSE UND

ZUR WEITEREN OPTIMIERUNG DES STURMWARNDIENSTES

vorgelegt von

David Piper

Betreuung und Begutachtung

Prof Dr George Craig Institut fuumlr Meteorologie LMU Muumlnchen Lehrstuhl fuumlr Theoretische Meteorologie

Dipl Met Uwe Schickedanz Deutscher Wetterdienst Regionalzentrale Stuttgart

Stuttgart April 2011

Danksagung

Mein besonderer Dank geht an meine Betreuer von der Regionalzentrale Stuttgart des Deutschen Wetterdienstes Herr Uwe Schickedanz Frau Dr Mona Vetter und Frau Peggy Hofheinz die mir immer hilfsbereit und engagiert zur Seite standen und auch an arbeitsreichen Schichtdiensttagen fuumlr meine Fragen offen waren Ob anfaumlngliche Schwierigkeiten bei der Bewaumlltigung der Datenflut oder strukturelle Fragen beim Verfassen der Arbeit stets konnte ich mich auf ihre guten Ratschlaumlge verlassen

Bei Herrn Uwe Schickedanz moumlchte ich mich auszligerdem sehr fuumlr den unkomplizierten und produktiven Email-Wechsel ganz zu Anfang bedanken aus dem das interessante Thema dieser Arbeit hervorging sowie fuumlr die freundliche Aufnahme in sein Meteorologenteam den schoumlnen Arbeitsplatz und sein Vertrauen bei der unbuumlrokratischen Schluumlsselvergabe Vielen Dank auch fuumlr die Bereitstellung der DWD-Daten

Ein spezieller Dank gilt meinem Betreuer der LMU Muumlnchen Herrn Prof Dr George Craig der mir bei vielen Fragen interessiert und freundlich weiterhalf obwohl das Thema der Arbeit auszligerhalb seines Forschungsgebiets liegt

Ich danke allen Mitarbeitern der Regionalzentrale und Luftfahrtberatungszentrale Stuttgart fuumlr das tolle Arbeitsklima und die vielen anregenden und gewinnbringenden Gespraumlche In der kollegialen und freundlichen Atmosphaumlre habe ich mich sehr wohl und willkommen gefuumlhlt

Des Weiteren bedanke ich mich beim Verein Berliner Wetterkarte eV fuumlr die schnelle und unentgeltliche Zusendung aller archivierten Wetterkarten die ich fuumlr die Wetterlagenanalyse benoumltigte

Meinen Eltern Dr Waltraud Berle und Nikolaus Piper sowie meiner Freundin Julia Hackenbruch moumlchte ich sehr fuumlr das Gegenlesen meiner Diplomarbeit und die zahlreichen wertvollen Korrekturvorschlaumlge danken

Ich danke meinen Eltern auszligerdem dafuumlr dass sie mir mein Meteorologiestudium ermoumlglicht und finanziert haben

Kurzfassung

In dieser Diplomarbeit wird eine raumlumlich differenzierte Untersuchung von Starkwind- und Sturmereignissen am Bodensee vorgenommen Grundlage der Analyse waren Winddaten des Deutschen Wetterdienstes die in einem fuumlnfjaumlhrigen Zeitraum von Januar 2005 bis Dezember 2009 gemessen wurden Dies ist der bisher laumlngste Untersuchungszeitraum der Windverhaumlltnisse am Bodensee was naturgemaumlszlig zu einer houmlheren Verlaumlsslichkeit der Resultate fuumlhrt Hinzu kommt dass erstmals Sturmboumlen getrennt von Windboumlen analysiert wurden wodurch eine differenzierte Aussage uumlber die beiden Windregimes getroffen werden konnte

Fuumlr neun Messstationen entlang der Uferlinie wurde die Starkwind- und Sturmhaumlufigkeit im Hinblick auf Jahresgang und Abhaumlngigkeit von der Windrichtung sowie von den meteorologischen Ursachen der Windereignisse untersucht und das Windfeld somit umfassend charakterisiert Einen zusaumltzlichen Unterschied zu aumllteren Publikationen stellt die Wahl der Boumlenstaumlrke anstatt der mittleren Windgeschwindigkeit dar Wichtige Ergebnisse sind der markante Jahresgang der Haumlufigkeit von Starkwind- und Sturmereignissen mit den houmlchsten Werten im Winter sowie das Auftreten von drei klar definierten Hauptwindrichtungen

Als zentrales Merkmal des Windfeldes erwiesen sich die groszligen lokalen Unterschiede die sich aus der komplexen Orographie am Bodensee ableiten Die Untersuchung schafft eine umfassende Kenntnis der Windverhaumlltnisse die diesen Unterschieden Rechnung traumlgt Dadurch koumlnnen lokale Besonderheiten erklaumlrt werden so dass das bisherige Wissen vertieft ergaumlnzt und differenziert wird

Zweiter Arbeitsschwerpunkt ist die Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes Bodensee die von vitalem Interesse fuumlr die gesamte Seeschifffahrt ist und bislang noch in keiner Veroumlffentlichung behandelt wurde Zum ersten Mal wird die Prognoseguumlte dabei in Bezug auf die meteorologischen Randbedingungen analysiert was es ermoumlglicht punktuelle Schwierigkeiten im Warnprozess zu erkennen und Optimierungsansaumltze zu finden Die Untersuchung ergab eine bereits sehr hohe Guumlte der Starkwindwarnungen Deutliches Verbesserungspotential besteht dagegen bei den Sturmwarnungen die mitunter erst spaumlt ausgegeben werden Das Problem uumlberfluumlssiger Warnungen stellt sich hauptsaumlchlich bei der Prognose von Gewitterboumlen

Eine empirisch ermittelte Gleichung die es kuumlnftig gestattet aus dem Geopotentialfeld in 850 hPa fuumlr jede Messstation naumlherungsweise die zu erwartende Spitzenboumle zu berechnen stellt ferner ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit dar Diese Gleichung parametrisiert den Einfluss der komplex strukturierten Grenzschicht auf die Boumlenstaumlrke am Boden in Form zweier ortsabhaumlngiger Parameter und macht dadurch Aussagen uumlber die lokalspezifischen Besonderheiten der einzelnen Messpunkte Im operationellen Warndienst angewendet kann sie insbesondere bei der zentralen Frage helfen ob eine Starkwindwarnung durch eine Sturmwarnung ersetzt werden muss

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Theorie der Windentstehung und die Bedeutung des Sturmwarndienstes Bodensee 3 21 Ursachen von Starkwind- und Sturmereignissen 3

211 Zyklonen3 212 Foumlhn7 213 Gewitter 9

22 Der Sturmwarndienst Bodensee 11 23 Stand der Forschung14

3 Geographie und Klima der Bodenseeregion 17 31 Geographie 17

311 Geographische Daten 17 312 Die Entstehung des Bodenseegebietes 18

32 Klima20 321 Klima allgemein 20 322 Bise23 323 Foumlhn23 324 Land-See-Wind 27

33 Klimatologie der Jahre 2005 bis 200930 331 Temperatur 30 332 Niederschlag30 333 Sonnenscheindauer31 334 Wind 32

4 Datenmaterial und Analysemethoden 37 41 Datenmaterial 37

411 Winddaten 37 412 Verifikationsdaten 38

42 Analysemethoden 40 421 Haumlufigkeitsverteilungen fuumlr Monate und Jahreszeiten40 422 Signifikanztests 40 423 Windrosen 42 424 Untersuchung von Westnordwestwinden im Ostteil 42 425 Bestimmung der Ursachen von Starkwindereignissen43 426 Betrachtung der Groszligwetterlagen Europas 46 427 Korrelationsberechnung 46 428 Herleitung einer Beziehung zwischen Geopotentialgradient und Windgeschwindigkeit 47 429 Bestimmung der Prognoseguumlte in Abhaumlngigkeit von der Jahreszeit 48 4210 Bestimmung der Prognoseguumlte fuumlr ausgewaumlhlte Richtungssektoren 49 4211 Richtungsbezogene Betrachtung verpasster Boumlen 49

5 Haumlufigkeit von Starkwind- und Sturmereignissen im Zeitraum 2005 bis 200951 51 Vergleich der einzelnen Stationen 51

511 Geschwindigkeitsspektren51

512 Vergleich der mittleren Starkwindboumlengeschwindigkeiten an den Stationen 52 513 Korrelation zwischen den Stationen in Bezug auf die Windgeschwindigkeit53

52 Saisonale Variation der Starkwindhaumlufigkeiten54 521 Starkwind 54 522 Sturm 60 523 Jahresgang des Korrelationskoeffizienten63

53 Abhaumlngigkeit von der Windrichtung 63 531 Starkwind63 532 Sturm 66 533 Das Verhalten des Ostteils bei Suumldwest- und Westnordwestwind68 534 Windrichtungsabhaumlngigkeit des Korrelationskoeffizienten 69

54 Abhaumlngigkeit von meteorologischen Ursachen71 541 Haumlufigkeit von konvektiven meso- und synoptischskaligen Starkwindereignissen 71 542 Haumlufigkeitsverteilung der Groszligwetterlagen Europas an Starkwindtagen im Vergleich mit allen Tagen 73 543 Berechnung der maximalen Boumlengeschwindigkeit aus dem Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850 hPa77

6 Analyse der Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes 83 61 Saisonale Variation 83

611 Starkwind83 612 Sturm 85

62 Abhaumlngigkeit von der Windrichtung 86 621 Prognoseguumlte in ausgewaumlhlten Sektoren 86 622 Windrichtungsbezogene Betrachtung verpasster Boumlen im Ostteil 88

63 Abhaumlngigkeit von meteorologischen Ursachen90 631 Starkwind90 632 Sturm 93

7 Vergleichende Diskussion zu den Windverhaumlltnissen am Bodensee und Perspektiven fuumlr den Sturmwarndienst 95

71 Vergleichende Diskussion 95 72 Optimierungsmoumlglichkeiten fuumlr den Warndienst98

8 Zusammenfassung und Ausblick 101

Literaturverzeichnis 103

Anhang A 107 Anhang B 109

Erklaumlrung 118

Abbildungsverzeichnis

Abb 21 Vereinfachte Entstehung einer Mittelbreitenzyklone Isothermen sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet Isobaren durch durchgezogene Quelle Kraus et al 2003 3 Abb 22 Mechanismus der Entstehung von Boumlen Turbulente Mischungsprozesse in der Grenzschicht lenken einzelne Luftpakete in Richtung der Erdoberflaumlche ab Quelle Brasseur 2001 6 Abb 23 Zugbahnen (links) und Zugbahndichte (rechts) von Zyklonen uumlber Deutschland exemplarisch untersucht anhand von 58 schadenintensiven Stuumlrmen Quelle Klawa 2001 6 Abb 24 Sturm Lothar als Randtief des Tiefdrucksystems westlich von Norwegen in der Wetterkarte vom 26121999 000 UTC Quelle Kraus et al 2003 Nach Berliner Wetterkarte 7 Abb 25 Schematische Darstellung des hydraulischen Sprungs bei Gebirgsuumlberstroumlmung Quelle Steinacker 2006 8 Abb 26 Entwicklung der Warnguumlte fuumlr Starkwind bis 2010 uumlber die drei Seeteile gemittelt links prozentuale Trefferrate TR rechts prozentuale Falschalarmrate FA Quelle Schickedanz et al 2011 13 Abb 31 Der Bodensee und seine Zufluumlsse Quelle IGKB 2004 17 Abb 32 Die Entstehung des Bodensees vom fruumlhen Eiszeitalter bis heute Quelle IGKB 2004 19 Abb 33 Gletschervorstoumlszlige in der Mindel- Riss- und Wuumlrmeiszeit sowie Lage der Drumlinfelder Quelle Eberle et al 2007 20 Abb 34 Klimadiagramm fuumlr Konstanz im Mittel der Jahre 1961-1990 Quelle IGKB 2004 21 Abb 35 Mittlerer Beginn der Apfelbluumlte Quelle Gebhardt 2008 21 Abb 36 Niederschlagshoumlhen am Bodensee uumlber die Jahre 1931-1960 gemittelt Quelle Internationale Bodenseekonferenz (oJ) 22 Abb 37 Verlauf der mittleren Jahrestemperatur in Bregenz Quelle IGKB 2004 22 Abb 38 Links Jahresgang der mittleren monatlichen Anzahl der Foumlhntage in Altdorf (weiszlig) Rohrspitz (schwarz) und Friedrichshafen (gestrichelt) im Zeitraum 1111969 bis 31101979 Quelle Waibel 1984 Rechts Jahresgang der relativen monatlichen Foumlhnhaumlufigkeiten in Prozent der Jahressumme in Altdorf (weiszlig) Rohrspitz (schwarz) und Friedrichshafen (gestrichelt) im Zeitraum 1111969 bis 31101979 Quelle Waibel 1984 24 Abb 39 Foumlhnhaumlufigkeit uumlber dem Bodensee und im Muumlndungsgebiet des Alpenrheins in StundenJahr uumlber den Zeitraum Mai 1973 bis April 1975 gemittelt Quelle Muumlhleisen 1977 25 Abb 310 Entstehung einer Land-See-Wind-Zirkulation aufgrund des lokalen Druckgradienten Quelle Simpson 1994 28 Abb 311 Einfluss der Orographie auf die Richtung der Land- und Seewinde Quelle Simpson 1994 28 Abb 312 Vergleich der Monatsmitteltemperatur in Konstanz fuumlr 2005 2006 2007 2008 und 2009 mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (1960-1990) 30 Abb 313 Niederschlagssumme in den Monaten der Jahre 2005 (violett) 2006 (rot) 2007 (orange) 2008 (gruumln) und 2009 (blau) verglichen mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (schwarze Linie) 31 Abb 314 Sonnenscheindauer in den Monaten der Jahre 2005 (violett) 2006 (rot) 2007 (orange) 2008 (gruumln) und 2009 (blau) verglichen mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (schwarze Linie) 31 Abb 315 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Windgeschwindigkeiten von 25 kn bis 33 kn (Starkwind) an der Station Konstanz in den Jahren 2005 2006 2007 2008 und 2009 Zur besseren Lesbarkeit aumlndert sich die Skalierung der Ordinate ab dem Wert 30 um den Wert 4 die Balken sind in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt 32 Abb 316 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Windgeschwindigkeiten ab 34 kn (Sturm) an der Station Konstanz in den Jahren 2005 2006 2007 2008 und 2009 Zur besseren Lesbarkeit aumlndert sich die Skalierung der Ordinate ab dem Wert 10 um den Faktor 5 die Balken sind in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt 32 Abb 317 Haumlufigkeitsverteilung der Starkwindstunden (rotbraun) und Sturmstunden (gelb) in Konstanz im Betrachtungszeitraum von 2005 bis 2009 33 Abb 318 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Konstanz (dunkelblau) und Altenrhein (rosa) waumlhrend der Sturmes Kyrill am 181912007 33 Abb 319 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (Ste dunkelblau) Sipplingen (Sip violett) und Altenrhein (Alt orange) waumlhrend des Sturmes Emma vom 29208 bis 2308 Die Boumlenspitze bezieht sich auf ein 10-Minuten-Intervall 34 Abb 320 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Guumlttingen (dunkelblau) Altenrhein (rot) und Lindau (tuumlrkis) waumlhrend eines starken Frontdurchgangs am 1982008 Die Boumlenspitze bezieht sich auf ein 10-Minuetn-Intervall 35 Abb 321 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (dunkelblau) Guumlttingen (rosa) und Altenrhein (gruumln) waumlhrend starker Frontgewitter am 2652009 35 Abb 322 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (Ste dunkelblau)

Guumlttingen (Guumlt rosa) und Altenrhein (Alt gruumln) waumlhrend des Sturms Quinten am 1022009 Anfang und Ende des Foumlhns in Altenrhein sind schwarz markiert 36 Abb 41 Flussdiagramm zur Einstufung von Starkwindtagen in die Klassen 1 und 2 44 Abb 42 Wetterkarte vom 2582009 00 UTC fuumlr das Niveau 850 hPa Quelle Berliner Wetterkarte eV 44 Abb 51 Geschwindigkeitsspektrum der Stationen Espasingen Steckborn und Sipplingen Auf der Abszisse ist fuumlr jede Klasse der obere Wert angegeben 51 Abb 52 Geschwindigkeitsspektrum der Stationen Friedrichshafen Altenrhein und Lindau 52 Abb 53 Mittlere Boumlengeschwindigkeit an den neun Stationen Bei der arithmetischen Mittelung werden nur Werte ab 25 kn (Starkwind und Sturm) beruumlcksichtigt 53 Abb 54 Korrelationskoeffizient r in Bezug auf die Boumlengeschwindigkeit fuumlr alle Stationspaare 53 Abb 55 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) in Konstanz (links) und von 10-Minuten-Intervallen an den Stationen des Westteils (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn rechts) Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Im oberen Bereich der Ordinate ist die Skalierung zur besseren Lesbarkeit verschieden (dunkle Faumlrbung) 54 Abb 56 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen des Mittelteils auszliger Konstanz (Friedrichshafen und Guumlttingen links) und des Ostteils (Altenrhein und Lindau rechts) Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 55 Abb 57 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn) Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Im oberen Bereich der Ordinate ist die Skalierung zur besseren Lesbarkeit verschieden (dunkle Faumlrbung) 57 Abb 58 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen im Ostteil (Altenrhein und Lindau) Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 57 Abb 59 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn links) und Ostteil (Altenrhein und Lindau rechts)

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Beim Wert 70 aumlndert sich die Skalierung der Ordinate weshalb die Balken in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt sind 60 Abb 510 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn) Monatsbetrachtung (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Beim Wert 40 aumlndert sich die Skalierung der Ordinate weshalb die Balken in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt sind 61 Abb 511 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Ostteil (Altenrein und Lindau) Monatsbetrachtung (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 61 Abb 512 Jahresgang des Korrelationskoeffizienten fuumlr drei ausgewaumlhlte Stationspaare (Steckborn-Espasingen Altenrhein-Espasingen und Friedrichshafen-Guumlttingen) 63 Abb 513 Windrose Sipplingen (links) und Espasingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 64 Abb 514 Windrose Steckborn (links) und Friedrichshafen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 64 Abb 515 Windrose Altenrhein (links) und Lindau (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 64 Abb 516 Windrose Sipplingen (links) und Espasingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 66 Abb 517 Windrose Steckborn (links) und Friedrichshafen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 67 Abb 518 Windrose Altenrhein (links) und Lindau (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 67 Abb 519 Differenz der mittleren Boumlengeschwindigkeiten ( v) in Lindau und Sipplingen (blau) bzw Lindau und Steckborn (rot) Beruumlcksichtigung fanden nur Termine an denen die Boumlenstaumlrke mindestens 16 kn betrug Die Windrichtung ist in Dekagrad angegeben Positive Werte von v bedeuten definitionsgemaumlszlig dass die Geschwindigkeit in Lindau houmlher ist 69 Abb 520 Korrelationskoeffizient r in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Steckborn Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet (Steckborn-Gailingen Steckborn-Espasingen Steckborn-Guumlttingen Steckborn-Lindau und Steckborn-

Friedrichshafen) 70 Abb 521 Gesamte absolute Haumlufigkeit von Starkwindtagen mit den Ursachen zyklonal mitohne Front Front bei schwachem synoptischskaligem Gradienten Foumlhn und Luftmassengewitter (LWH) im Zeitraum

2005 bis 2009 72 Abb 522 a) (links) Anteil der beiden Hauptwindrichtungen SW-W (blau) und NO (gelb) an der Gesamtheit der gradientgetriebenen Starkwindtage b) (rechts) Anteil der Kaltfronten (grau) und Okklusionen (weiszlig) an der Gesamtheit der frontal bedingten Starkwindtage 72 Abb 523 Haumlufigkeitsverteilung der Starkwindtage die auf Gewitter zuruumlckzufuumlhren sind Die erste Zahl gibt jeweils den absoluten Wert an dahinter ist das Verhaumlltnis zur Summe aller gewitterinduzierten Starkwindtage aufgefuumlhrt Abkuumlrzungen W = Waumlrmegewitter H = Gewitter aufgrund von Advektion von Houmlhenkaltluft L = sonstiges Luftmassengewitter F = Frontgewitter K = Gewitter an Konvergenzlinie 73 Abb 524 Vergleich der Haumlufigkeit der Groszligwettertypen zwischen Starkwindtagen und allen Tagen Angegeben ist die Differenz der relativen Haumlufigkeiten in Prozent Positive Werte bedeuten dass die relative Haumlufigkeit in Bezug auf die Starkwindtage houmlher ist als in Bezug auf alle Tage HM = Hoch Mitteleuropa TM = Tief Mitteleuropa 74 Abb 525 Abs und rel Haumlufigkeit der Groszligwettertypen Links alle Tage rechts Starkwindtage 75 Abb 526 Abs und rel Haumlufigkeit von zyklonalen (violett) und antizyklonalen (blau) Groszligwetterlagen Links alle Tage rechts Starkwindtage 75 Abb 527 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der zonalen Zirkulationsform (West-zyklonal (Wz) West-antizyklonal (Wa) suumldliche Westlage (Ws) und winkelfoumlrmige Westlage (Ww)) Links alle Tage rechts Starkwindtage 76 Abb 528 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der gemischten Zirkulationsform (Suumldwest-zyklonal (SWz) Suumldwest-antizyklonal (SWa) Nordwest-zyklonal (NWz) Nordwest-antizyklonal (NWa) Hoch Mitteleuropa (HM) Bruumlcke Mitteleuropa (BM) und Tief Mitteleuropa (TM)) Links alle Tage rechts Starkwindtage 76 Abb 529 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Sipplingen in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung ausgewaumlhlter Starkwindtage (rote Punkte gestrichelte Regressionsgerade) und aller Starkwindtage (blaue Punkte durchgezogene Gerade) Die zugehoumlrigen Gleichungen und Bestimmtheitsmaszlige sind oben rechts angegeben und in der entsprechenden Farbe unterlegt 79 Abb 530 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Steckborn in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung ausgewaumlhlter Starkwindtage Schwarze Linie Regressionsgerade (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben) 79 Abb 531 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Lindau in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa Blaue Punktedurchgezogene Linie WertepaareRegressionsgerade der Tage an denen kein Westnordwestwind herrschte rote Punktegestrichelte Linie WertepaareRegressionsgerade der Tage mit Westnordwestwind (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben Hintergrundfaumlrbung entspricht der Farbe der zugehoumlrigen Punkte) 81 Abb 532 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Altenrhein in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa Farbgebung und Linienform entsprechend Abb 531 81 Abb 61 Mittlerer Jahresgang der Trefferrate TR im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Starkwind) 83 Abb 62 Mittlerer Jahresgang der Falschalarmrate FA im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Starkwind) 83 Abb 63 Mittlerer Jahresgang der Trefferrate (TR) (links) und Falschalarmrate (FA) (rechts) im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Sturm) 86 Abb 64 Trefferrate TR in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Mittelteil (links) und Ostteil (rechts) 87 Abb 65 Trefferrate TR in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Westteil 87 Abb 66 Falschalarmrate FA in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Mittelteil (links) und Ostteil (rechts) 87 Abb 67 Falschalarmrate FA in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Westteil 88 Abb 68 Anzahl der 10-Minuten-Intervalle mit Starkwind (gt27 kn) die in Lindau (rot) und Altenrhein (gelb) zu einem B (= verpasste Boumle ) in der Verifikation fuumlhrten Auf der Abszisse ist die Windrichtung in Dekagrad aufgetragen 89 Abb 69 Anzahl der 10-Minuten-Intervalle mit Sturm (gt36 kn) die in Lindau (rot) und Altenrhein (gelb) zu einem B 89 Abb 610 Trefferrate TR fuumlr gradientgetriebene Starkwinde aus den westlichen und nordoumlstlichen Sektoren frontale Boumlen bei schwachem groszligskaligen Druckgradienten und Luftmassengewitter in den drei Seeteilen90 Abb 611 Falschalarmrate FA fuumlr gradientgetriebene Starkwinde aus den westlichen und nordoumlstlichen Sektoren frontale Boumlen bei schwachem groszligskaligen Druckgradienten und Luftmassengewitter in den drei Seeteilen 91 Abb 612 Trefferrate (gruumln) und Falschalarmrate (rot) bei von Foumlhn verursachtem Starkwind 92 Abb 613 Prognoseguumlte fuumlr gradientgetriebene westliche Stuumlrme und Fronten ohne starken groszligskaligen Druckgradienten in den drei Seeteilen Links Trefferrate TR rechts Falschalarmrate FA 93 Abb 614 Trefferrate und Falschalarmrate bei foumlhnbedingtem Sturm 94

Abb 71 Anteil der Stunden mit Windstaumlrken ab 4 Bft an allen Stunden des Jahres 1968 Quelle Muumlhleisen 1977 S 18 96

Tabellenverzeichnis

Tab 21 Trefferraten (TR) und Falschalarmraten (FA) fuumlr Starkwind und Sturm in den Jahren 2008 und 2009 (gesamter Bodensee) Bearbeitet nach Schickedanz et al 2010 13 Tab 22 Trefferraten (TR) und Falschalarmraten (FA) fuumlr Starkwind und Sturm in den Jahren 2009 und 2010 (West- Mittel- und Ostteil getrennt) Bearbeitet nach Schickedanz et al 201113 Tab 31 Empirisch gewonnene Foumlhnkriterien fuumlr die Alpentaumller und das Flachland Quelle Burri et al 199927 Tab 41 Geographische Informationen uumlber die Stationen des Sturmwarndienstes Bodensee 37 Tab 42 Berechnung und Bedeutung der Variablen die die Guumlte von JaNein-Vorhersagen beschreiben38 Tab 43 Kontingenztabelle fuumlr Warnungen Quelle Stanski et al (1989) 39 Tab 44 Zeitliche Entwicklung des 10-Minuten-Maximums der Windgeschwindigkeit (fx) und 10-Minuten-Mittels der Richtung (dd) in Steckborn (Ste) Guumlttingen (Guumlt) und Lindau (Lin) am 2582009 45 Tab 51 Quotient q aus abs Haumlufigkeit von Starkwindintervallen im Fruumlhling und im Sommer (jeweils 1 Zeile) und Quotient r aus abs Haumlufigkeit im Fruumlhling und Winter (jeweils 2 Zeile)56 Tab 52 Quotient s aus abs Haumlufigkeit von Starkwindintervallen im Maumlrz und im Januar58 Tab 53 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der das Haumlufigkeitsmaximum im Maumlrz als uumlberzufaumlllig gewertet werden kann Abkuumlrzungen Gai(lingen) Ste(ckborn) Esp(asingen) Sip(plingen) Kon(stanz) Fri(edrichshafen) Guumlt(tingen) Alt(enrhein) Lin(dau) 58 Tab 54 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Maumlrz der jeweiligen Jahre und uumlber alle Maumlrze summiert Betrachtet werden nur die Stationen Gailingen Steckborn und Espasingen an denen das Maumlrzmaximum laut Tab 53 hochsignifikant ist58 Tab 55 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der Haumlufigkeitsmaxima in den Monaten Mai Juli und September als uumlberzufaumlllig gewertet werden koumlnnen Kein Eintrag bedeutet dass das Maximum uumlberhaupt nicht sichtbar ist Abkuumlrzungen Ste(ckborn) Gai(lingen) Esp(asingen) Sip(plingen) Kon(stanz) Fri(edrichshafen) Guumlt(tingen) Alt(enrhein) Lin(dau) 59 Tab 56 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Mai der jeweiligen Jahre und der uumlber alle Jahre (Monat Mai) summierten Haumlufigkeit Betrachtet werden nur die Stationen Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Friedrichshafen und Lindau an denen das Maimaximum laut Tab 55 hochsignifikant ist In der zweiten Spalte jedes Jahres sind fuumlr Sipplingen und Lindau die analog berechneten Quotienten fuumlr das Septembermaximum angegeben 59 Tab 57 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Juli der jeweiligen Jahre und der uumlber alle Jahre (Monat Juli) summierten Haumlufigkeit Betrachtet werden nur die Stationen Steckborn Friedrichshafen Altenrhein und Lindau an denen das Julimaximum laut Tab 55 hochsignifikant ist59 Tab 58 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der die Differenz der Sturmhaumlufigkeiten im Winter und Fruumlhjahr als uumlberzufaumlllig gewertet werden kann 60 Tab 59 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der Haumlufigkeitsmaxima in den Monaten Mai Juli und Januar (2 bis 4 Zeile) Haumlufigkeitsminima im Februar und Dezember (56 Zeile) und eine Zweiteilung der sturmreichen Monate November bis Maumlrz ( Winter 1 Zeile Erklaumlrung im Text) als uumlberzufaumlllig gewertet werden koumlnnen Kein Eintrag bedeutet dass die Abweichung uumlberhaupt nicht sichtbar ist 62 Tab 510 Quotient t aus den Werten der beiden Sektoren in denen innerhalb der SW-W- bzw NO-Komponente der maximale Haumlufigkeitswert erreicht wird fuumlr Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Altenrhein und Lindau Ein eingeklammerter Wert signalisiert dass innerhalb von fuumlnf Jahren nur einmal mindestens 25 kn aus einer Richtung der NO-Komponente gemessen wurde 65 Tab 511 Quotient q aus den Werten der beiden Sektoren in denen innerhalb der SW-W- bzw NO-Komponente der maximale Haumlufigkeitswert erreicht wird fuumlr Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Altenrhein und Lindau Ein eingeklammerter Wert signalisiert dass innerhalb von fuumlnf Jahren houmlchstens zweimal Sturmboumlen aus einer Richtung der NO-Komponente gemessen wurden 68 Tab 512 Steigung m Verschiebung in positiver Ordinatenrichtung t und Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 der linearen

Regression fuumlr alle Stationen (Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Lindau und Altenrhein) 80 Tab 513 Parameter und der Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 fuumlr alle Stationen Im Ostteil wird zwischen Wind aus dem Westnordwest-Sektor (gekennzeichnet durch ) und Wind aus den uumlbrigen Richtungen () unterschieden82 Tab 61 10-Minuten-Maximum der Windgeschwindigkeit in kn (fx) und 10-Minuten-Mittel der Windrichtung (dd) fuumlr Steckborn Sipplingen Guumlttingen und Altenrhein sowie Verifikationsdaten (Starkwind) am 822007 von 1200 bis 1550 GZ wobei J = gerechtfertigte Warnung W = uumlberfluumlssige Warnung N = keine Warnung und keine Boumle Geschwindigkeiten ab 23 kn sind grau unterlegt 85 Tab 62 Anzahl bewarnter ( J ) und verpasster Boumlen ( B ) bei Luftmassengewittern im Vergleich zu den Klassen gradientgetrieben (West) und Front Zusaumltzlich ist jeweils auch die Anzahl uumlberfluumlssiger Warnungen ( W ) aufgefuumlhrt 91

Abbildungsverzeichnis des Anhangs

Abb A1 Detaillierte Karte des Bodenseegebietes mit Messpunkten des Sturmwarndienstes (schwarze Quadrate) Warnleuchten (rot) und Grenzen zwischen West- Mittel und Ostteil (schwarze Linien) westliche Haumllfte Quelle Deutscher Wetterdienst 2010 107 Abb A2 Detaillierte Karte des Bodenseegebietes mit Messpunkten des Sturmwarndienstes (schwarze Quadrate) Warnleuchten (rot) und Grenzen zwischen West- Mittel und Ostteil (schwarze Linien) oumlstliche Haumllfte Quelle Deutscher Wetterdienst 2010 108 Abb B1 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) in Konstanz Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 109 Abb B2 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) im Mittelteil Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 109 Abb B3 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) in Konstanz

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Beim Wert 10 aumlndert sich die Skalierung der Ordinate weshalb die Balken in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt sind 110 Abb B4 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Mittelteil

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 110 Abb B5 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) in Konstanz

Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 111 Abb B6 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Mittelteil

Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 111 Abb B7 Windrose Gailingen (links) und Guumlttingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 113 Abb B8 Windrosen Konstanz Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) links und ab 34 kn (Sturm) rechts fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 113 Abb B9 Windrose Gailingen (links) und Guumlttingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) 113 Abb B10 Korrelationskoeffizient in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Altenrhein Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet 114 Abb B11 Korrelationskoeffizient in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Sipplingen Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet 114 Abb B12 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der meridionalen Zirkulationsform (Nz Na HNz HNa HB TrM NEz NEa HFz HFa HNFz HNFa SEz SEa Sz Sa TB TrW) alle Tage 116 Abb B13 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der meridionalen Zirkulationsform (Nz Na HNz HNa HB TrM NEz NEa HFz HFa HNFz HNFa SEz SEa Sz Sa TB TrW) Starkwindtage 116 Abb B14 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Sipplingen in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung aller zyklonalen Starkwindtage Schwarze Linie Regressionsgerade (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben) 117

Tabellenverzeichnis des Anhangs

Tab B1 Tabelle zur sup2-Verteilung Irrtumswahrscheinlichkeit in Abhaumlngigkeit von sup2 und der Freiheitsgrade f Quelle Schickedanz 1991 nach Weber 1961 112 Tab B2 Kurze Erlaumluterung der Groszligwetterlagen Europas Die Groszligwettertypen sind fett gedruckt und umfassen die Groszligwetterlagen die jeweils nachfolgend aufgelistet sind Veraumlndert nach Gerstengarbe et al 1999 115

1 Einleitung

Malerisch zwischen den sanften Huumlgeln des Linzgaus und der steil aufragenden Kulisse der Schweizer Alpen gelegen und mit landschaftlichen Kleinoden wie den Inseln Mainau und Reichenau oder dem Naturreservat an der Schussenmuumlndung reichlich ausgestattet ist der Bodensee als drittgroumlszligtes Binnengewaumlsser Europas ein Magnet fuumlr Erholungssuchende auch uumlber die Grenzen der Anrainerstaaten hinaus

Mit Blick auf seine Groumlszlige einerseits und die landschaftliche Schoumlnheit andererseits ist es naheliegend dass sich der Bodensee schon fruumlh zu einem wichtigen Revier fuumlr die Freizeitschifffahrt entwickelte Wer zwischen Fruumlhling und Herbst an Schoumlnwettertagen auf den See blickt wird eine Vielzahl privater Sportboote von kleinsten Kajaks bis hin zu groszligen Segelyachten entdecken Dies trifft sowohl auf die schmalen Seearme Uumlberlinger See und Untersee zu als auch auf den ungleich weitlaumlufigeren Obersee Daneben nimmt die Berufsschifffahrt einen bedeutenden Anteil am Verkehr auf dem Bodensee ein Zum einen fuumlr die Fischer zum anderen fuumlr die Mitarbeiter der wichtigen Faumlhrlinien Meersburg-Konstanz sowie Friedrichshafen-Romanshorn ist der See der taumlgliche Arbeitsplatz Nicht zu vergessen sind dabei die zahlreichen Ausflugsschiffe die den See auf den verschiedensten Routen erschlieszligen

Fuumlr alle ist das Wetter von grundlegender Bedeutung Insbesondere von ploumltzlich auftretenden Windboumlen geht vor allem fuumlr kleinere Boote eine erhebliche Gefahr aus und ein zuverlaumlssiger Warndienst ist deshalb im Interesse der Sicherheit aller unabdingbar Mittels eines zweistufigen Prognosesystems erstellen der Deutsche Wetterdienst gemeinsam mit dem Bundesamt fuumlr Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Warnungen vor solchen Windereignissen die zur Aktivierung von Sturmwarnleuchten fuumlhren Sowohl uumlber das Internet als auch direkt auf dem See erfaumlhrt der Nutzer also von den bevorstehenden Gefahren Die Wasserschutzpolizeien der drei Anrainerstaaten Deutschland Schweiz und Oumlsterreich werden durch die amtlichen Warnungen gleichzeitig in erhoumlhte Alarmbereitschaft versetzt

Der Warnprozess ist ein hochkomplexer Vorgang weil das Windfeld uumlber dem Bodensee lokal stark variieren kann Daher stellt seine Vorhersage auch fuumlr erfahrene Meteorologen eine anspruchsvolle Aufgabe dar Die jaumlhrlichen vom Sturmwarndienst herausgegebenen Verifikationsberichte (Schickedanz et al 2008-2010) evaluieren das jeweils vergangene Jahr hinsichtlich der Prognoseguumlte und haben die Idee fuumlr eine tiefer gehende Untersuchung im Rahmen der vorliegenden Arbeit geliefert die sich auf die bisher groumlszligte Datenmenge aus fuumlnfjaumlhrigen Messungen stuumltzen kann

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es das Wissen uumlber die Windverhaumlltnisse am Bodensee zu vertiefen und im Zuge dessen neue Erkenntnisse uumlber lokale Besonderheiten zu gewinnen Dabei werden aufgrund ihrer Gefaumlhrlichkeit stets Boumlen ab 25 kn (Starkwind und Sturm) im Vordergrund stehen Des Weiteren soll die Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes anhand zweier aussagekraumlftiger Variablen analysiert und das Optimierungspotential bei bestimmten Wettersituationen aufgezeigt werden In der Vergangenheit haben sich schon mehrere Forschungsarbeiten mit dem Windfeld uumlber dem See beschaumlftigt (Huss et al 1970 Muumlhleisen 1977 Zenger et al 1990 Wagner 2003) Sie stuumltzten sich aber alle auf einen relativ kleinen Datensatz ohne explizite Beruumlcksichtigung von Boumlen Die Prognoseguumlte wurde dabei immer ausgeklammert

Der erste Teil der Diplomarbeit fuumlhrt in die theoretischen Grundlagen der Thematik ein (Kapitel 2 und 3) Dabei wird die Physik der Wetterphaumlnomene erlaumlutert die am Bodensee zu Starkwind fuumlhren koumlnnen gefolgt von einer Darstellung des Sturmwarndienstes Bodensee und seiner Geschichte sowie einer Zusammenschau der Resultate fruumlherer Arbeiten (Kapitel 2) Daran schlieszligt sich ein Uumlberblick uumlber die Geographie der Bodenseeregion und eine Charakterisierung des regionalen Klimas unter besonderer Beruumlcksichtigung des Foumlhns und der Land-See-Wind-Zirkulation an (Kapitel 3)

Die verwendeten Daten und Analysemethoden werden in Kapitel 4 ausfuumlhrlich beschrieben Die Ausfuumlhrungen zur Methodik sollen den Leser in die Lage versetzen die Auswertung theoretisch auch selber durchfuumlhren zu koumlnnen und dabei zu vergleichbaren Ergebnissen zu kommen

Im Hauptteil dieser Arbeit werden die Untersuchungsergebnisse dargestellt und erlaumlutert (Kapitel 5 und 6) Die Starkwind- und Sturmhaumlufigkeit wird fuumlr neun verschiedene Bodenseestationen im Hinblick auf Jahresgang Richtungsabhaumlngigkeit und Ursachen der Windereignisse analysiert wobei ergaumlnzend auch auf die mittlere Geschwindigkeit bei Starkwindereignissen die Windgeschwindigkeitsverteilung sowie die Korrelation der Stationen eingegangen wird (Kapitel 5) Darauf folgt eine Untersuchung der Qualitaumlt der Windprognosen anhand der Haumlufigkeiten verpasster Boumlen und uumlberfluumlssiger Warnungen (Kapitel 6) Das Hauptaugenmerk liegt erneut auf Jahresgang und Windrichtungsabhaumlngigkeit der Haumlufigkeiten sowie den unterschiedlichen Ergebnissen bei verschiedenen Starkwindursachen

Eine abschlieszligende Diskussion vergleicht die zentralen Resultate dieser Arbeit mit fruumlheren Publikationen und geht auf Optimierungsmoumlglichkeiten des Sturmwarndienstes Bodensee auf Basis der erhaltenen Ergebnisse ein (Kapitel 7) Der Schlussteil fasst die wesentlichen Punkte zusammen und zeigt moumlgliche Ansatzpunkte zukuumlnftiger Forschungsarbeiten auf (Kapitel 8)

Im Anhang sind einige weitere interessante Ergebnisse zusammengestellt die zum Verstaumlndnis der Arbeit nicht zwingend erforderlich waumlren aber dennoch aus Gruumlnden der Vollstaumlndigkeit miteinbezogen werden Insbesondere sind dies Graphiken fuumlr weitere Messstationen die sich von den im Hauptteil dargestellten und erlaumluterten nicht wesentlich unterscheiden Auf sie wird jeweils an gegebener Stelle verwiesen und kurz eingegangen

Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit schaffen eine umfassende Kenntnis der Windverhaumlltnisse am Bodensee Indem erstmals Boumlen explizit betrachtet Sturmboumlen getrennt von Windboumlen analysiert und lokalspezifische Besonderheiten erklaumlrt werden ergaumlnzen die Ergebnisse das bisherige Wissen um viele wichtige Punkte Die Wahl des bisher laumlngsten Untersuchungszeitraums fuumlhrt zu einer houmlheren Verlaumlsslichkeit der Resultate Zum ersten Mal wird die Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes Bodensee in Bezug auf die meteorologischen Randbedingungen analysiert was es ermoumlglicht Schwierigkeiten im Warnprozess genau zu lokalisieren Die Ergebnisse tragen dank eines breiteren Wissens uumlber die Zusammenhaumlnge dazu bei den Sturmwarndienst Bodensee weiter zu optimieren

2 Theorie der Windentstehung und die Bedeutung des

Sturmwarndienstes Bodensee

21 Ursachen von Starkwind- und Sturmereignissen

211 Zyklonen

Zyklonen nehmen eine zentrale Rolle im Wettergeschehen der mittleren Breiten ein indem sie den Energieaustausch zwischen Subtropen und Polargebieten bewerkstelligen Ihre Entstehung wird durch Abb 21 veranschaulicht

Abb 21 Vereinfachte Entstehung einer Mittelbreitenzyklone Isothermen sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet Isobaren durch durchgezogene Quelle Kraus et al 2003

Wenn in einem Gebiet warme Luft die kalte verdraumlngt sinkt dort aufgrund der niedrigeren uumlber die Luftsaumlule integrierten Dichte der Luftdruck und die Umgebungsluft versucht in das Tiefdruckzentrum einzustroumlmen um diese Stoumlrung auszugleichen Aufgrund der groszligen horizontalen Erstreckung ist die Corioliskraft nicht vernachlaumlssigbar und es stellt sich ein Kraumlftegleichgewicht gemaumlszlig der Gradientwindgleichung ein dh die Summe aus Coriolis- und Zentrifugalkraft gleicht die Druckgradientkraft aus Die Luft stroumlmt also im Gegenuhrzeigersinn um den Tiefdruckkern herum Reibungseffekte verleihen dem Wind eine ageostrophische nach innen gerichtete Komponente und hemmen so die Rotation Die Fronten des Tiefdruckgebietes sorgen fuumlr den oben erwaumlhnten Energieaustausch Da sich die Kaltfront aufgrund ihrer geringeren Reibung schneller verlagert als die Warmfront holt sie diese nach einiger Zeit ein und okkludiert mit ihr Dabei wird der Warmluftsektor vom Erdboden abgehoben Sobald sich eine Okklusionsfront ausgebildet hat fuumlllt sich die Zyklone auf und die Rotationsenergie geht dissipativ verloren (Kraus et al 2003)

Oft bilden sich auf der dem Aumlquator zugewandten Seite einer groszligen Zyklone kleine sogenannte Mesozyklonen (Randzyklonen) Meist ist die Zentralzyklone dann bereits okkludiert waumlhrend im Bereich der Mesozyklonen starke meridionale Temperaturgradienten herrschen die die Zyklogenese beguumlnstigen Manchmal koumlnnen solche Randtiefs auch auf der polwaumlrtigen Seite der Zentralzyklone entstehen und werden dann Polar Lows genannt Allen dieser Zyklonentypen ist gemein dass sie

Starkwinde Stuumlrme und Orkane mit sich bringen koumlnnen (Kraus et al 2003)

Die Bedingungen fuumlr hohe Vertikalgeschwindigkeiten in Zyklonen lassen sich aus den Gleichungen der quasigeostrophischen Theorie herleiten (Busch 1998) Nach Holton (1992) kann man die quasigeostrophische Vorticitygleichung und die Thermodynamische Gleichung zu einer Formel fuumlr die Vertikalgeschwindigkeit im p-System der sogenannten Omegagleichung verknuumlpfen

wobei ps

1 der Stabilitaumltsparameter

pvA pgT

die geostrophische Schichtdicken- bzw Temperaturadvektion und

pgV vA

die geostrophische Vorticityadvektion sind

Unter Verwendung eines Fourieransatzes fuumlr den Laplace-Operator auf einer Druckflaumlche und Vernachlaumlssigung des zweiten Summanden laumlsst sich die linke Seite der Omegagleichung folgendermaszligen vereinfachen

Aus dieser Form sind drei Bedingungen fuumlr eine hohe Vertikalgeschwindigkeit direkt ersichtlich Erstens ist eine geringe Stabilitaumlt im Inneren des Tiefdruckgebietes noumltig Busch (1998) gibt den maximalen Stabilitaumltsparameter mit 22221052 hPasm

an Zweitens muss starke Kaltluftadvektion im Westen der Zyklone und Warmluftadvektion im Osten herrschen und drittens die Trogachse mit der Houmlhe nach hinten geneigt sein Die letzte Bedingung entspricht der Forderung dass der erste Term in der Klammer positiv ist Es ist zu beachten dass

als Variable des p-Systems immer ein der Vertikalgeschwindigkeit entgegengesetztes Vorzeichen hat Die Groumlszligenordnung der Vertikalgeschwindigkeit in warmen Zyklonen der gemaumlszligigten Breiten liegt bei 10 cm s-1 (Busch 1998 nach Emmrich 1977 und Defant et al 1973) Damit sich Tiefdruckgebiete bis auf Sturmstaumlrke intensivieren koumlnnen benoumltigen sie auszligerdem ein hohes Mischungsverhaumlltnis und eine latent labile Schichtung der unteren Troposphaumlre (Busch 1998)

Peterssen und Smebye unterscheiden zwischen zwei grundlegenden Arten der Zyklonenentwicklung Entsteht die Zyklone aus einer frontalen Welle bei gleichzeitig unbedeutender Vorticityadvektion in der Houmlhe handelt es sich um den Typ A Im Gegensatz dazu bezeichnet Typ B solche Tiefdruckgebiete die sich unter bodennaher Warmluftadvektion bilden und auszligerdem mit einem Houmlhentrog mit kraumlftiger Vorticityadvektion wechselwirken (Klawa 2001 nach Peterssen und Smebye 1971) Entgegen der weithin akzeptierten Meinung muss barokline Instabilitaumlt nicht immer Ausloumlser der Zyklogenese sein Handelt es sich beispielsweise um eine Typ-B-Zyklone so sind haumlufig barotrope Prozesse fuumlr den Anfang ihrer Entwicklung verantwortlich waumlhrend erst danach die barokline Umwandlung verfuumlgbarer potentieller Energie in kinetische Energie die Zyklone intensiviert

(Klawa 2001 nach Sogalla und Ulbrich 1993) Einen wichtigen Beitrag zur Verstaumlrkung eines Tiefdruckgebietes leistet daneben die Kondensation innerhalb der Wolken die durch Freisetzung latenter Waumlrme erstens die Entwicklung beschleunigt und zweitens die frontale Sekundaumlrzirkulation intensiviert (Klawa 2001 nach Vincent et al 1977 Lin und Smith 1982 Golding 1984 Emanuel et al 1987 Gutowski et al 1992 und 1998 und Parker 1998) Zur Quantifizierung der Baroklinitaumlt laumlsst sich auf der Grundlage des Eady-Modells der sogenannte Eadyparameter herleiten (Eady) fuumlr den nur die vertikale Windscherung und die Stabilitaumlt in Form der Brunt-Vaumlisaumllauml-Frequenz bekannt sein muumlssen

fBI 310 (3)

wobei dz

Der Vorteil dieser Formel ist ihre Einfachheit die den lediglich zwei einfach zu bestimmenden Variablen geschuldet ist Nachteilig wirkt sich der Umstand aus dass die Beziehung nur fuumlr einen konstanten Grundstrom guumlltig ist weshalb die Mittelung stets uumlber mehrere Tage erfolgen sollte Der Energieinhalt der Luft in Form latenter Waumlrme kann indirekt uumlber die aumlquivalent-potentielle Temperatur angegeben werden Diese ist bei adiabatischen Bewegungen unter Einbeziehung von Kondensationsprozessen eine Erhaltungsgroumlszlige und kann daher zur Luftmassenidentifizierung benutzt werden Die aumlquivalent-potentielle Temperatur findet auszligerdem bei der Berechnung von Konvektionsparametern Anwendung (Klawa 2001 nach Eady 1949)

Klawa (2001) konnte durch die statistische Analyse von Zyklonen die Deutschland uumlberquerten zeigen dass vor besonders schadensintensiven Stuumlrmen sehr oft aumluszligerst hohe Werte des Baroklinitaumltsparameters und der aumlquivalent-potentiellen Temperatur auftraten Es ist hierbei bemerkenswert dass sich die Zone extremer Baroklinitaumlt vom Gebiet der Entstehung haumlufig bis Deutschland erstreckte Die Tiefdruckgebiete befinden sich also in diesen Faumlllen noch in ihrer Entwicklungs- und Intensivierungsphase wenn sie Mitteleuropa uumlberqueren Mit der extremen Intensivierung von Zyklonen ging oft auszligerdem ein markanter Kaltluftvorstoszlig in der mittleren und unteren Troposphaumlre einher Diese Vorstoumlszlige waren allerdings nicht statistisch signifikant so dass das Auftreten feuchtwarmer Luftmassen dh mit hoher aumlquivalent-potentieller Temperatur fuumlr die Vertiefung der Zyklonen wahrscheinlich entscheidender ist als die Kaltluftvorstoumlszlige

Einen weiteren Faktor fuumlr die Entstehung von Stuumlrmen stellt die Nordatlantische Oszillation (NAO) dar Die NAO ist eine periodische Schwankung der Luftdruckdifferenz zwischen den Azoren und Island Klawa (2001) hat durch Auswertung der Wetterlagen uumlber Deutschland herausgefunden dass in der positiven Phase der NAO verstaumlrkt West- oder Suumldwestwetterlagen auftreten Da die Baroklinitaumlt und aumlquivalent-potentielle Temperatur die wichtigsten Einflussgroumlszligen auf die Entwicklung von Mittelbreitenzyklonen sind liegt es nahe auch die Korrelation zwischen ihnen und der NAO zu untersuchen In der negativen NAO-Phase ist der Baroklinitaumltsparameter meist klein dh die Intensivierung von Tiefdruckgebieten wird nicht gefoumlrdert In der positiven und neutralen Phase hingegen ist die Baroklinitaumlt haumlufig hoch Maxima der aumlquivalent-potentiellen Temperatur ergeben sich primaumlr fuumlr einen negativen NAO-Index aber zweitrangig auch fuumlr einen positiven Alle drei Faktoren zusammengenommen folgt dass bevorzugt in der positiven Phase der NAO schadensintensive Zyklonen nach Deutschland ziehen Der direkte Vergleich von NAO-Index und Anzahl der Sturmereignisse bestaumltigt dieses Ergebnis obgleich es in Ausnahmefaumlllen auch bei stark negativen Indexwerten zu intensiven Zyklonen uumlber Deutschland kommen kann (Klawa 2001)

Uumlber dem Meer ist in den mittleren Breiten bei zyklonalen Wetterlagen oft schon die mittlere Windstaumlrke ausreichend um eine Gefahr fuumlr die Schifffahrt darzustellen Da der Bodensee im Gegensatz dazu weitraumlumig von Landflaumlchen umgeben ist schaffen es dort in der Regel nur Boumlen die Warnschwellen von 25 kn bzw 34 kn (siehe Kap 22) zu uumlberschreiten (Muumlhleisen 1977) Eine Theorie zur Entstehung von Boumlen hat Brasseur (2001) entwickelt Danach haben die Boumlen ihren Ursprung in der Dynamik des oberen Teils der atmosphaumlrischen Grenzschicht Die Luftpakete werden durch turbulente Eddies nach unten abgelenkt und wirken am Erdboden sofern sie diesen erreichen als Windboumlen (Abb 22) Ob sie so weit nach unten kommen haumlngt davon ab ob ihre turbulente kinetische Energie groszlig genug ist um die Auftriebskraft zu uumlberwinden Bei stabiler Schichtung wird die Ablenkung zum Boden aufgrund des hohen Auftriebs stark gehemmt waumlhrend sie bei labiler Schichtung gefoumlrdert wird Daher sind die Schichtung der atmosphaumlrischen Grenzschicht und die turbulente kinetische Energie wichtige Einflussfaktoren bei der Entstehung von Boumlen

Abb 22 Mechanismus der Entstehung von Boumlen Turbulente Mischungsprozesse in der Grenzschicht lenken einzelne Luftpakete in Richtung der Erdoberflaumlche ab Quelle Brasseur 2001

Ob ein Tiefdruckgebiet uumlber dem Bodensee auch tatsaumlchlich Starkwind- oder Sturmboumlen hervorruft haumlngt insbesondere vom Weg ab auf dem es Europa uumlberquert Eine empirische Untersuchung der Zugbahnen von Mittelbreitenzyklonen zeigt dass etwa die Haumllfte aller Sturmzyklonen vom Atlantik kommend uumlber die Britischen Inseln und die Nordsee ziehen bevor sie Deutschland uumlberqueren (Abb 23) Einige Tiefdruckgebiete waumlhlen auch eine Zugbahn die vom Ozean noumlrdlich von Schottland uumlber die Nordsee nach Suumldschweden und anschlieszligend nach Deutschland fuumlhrt Eine Ausnahme bilden die Stuumlrme die die Nordsee umgehen und stattdessen direkt uumlber Nordfrankreich ziehen Obwohl sie recht selten sind zeichnen sie sich oft durch ihre hohe Zerstoumlrungskraft aus wie es die Zyklonen Lothar aus dem Jahr 1999 und Wiebke aus dem Jahr 1990 zeigen (Klawa 2001)

Abb 23 Zugbahnen (links) und Zugbahndichte (rechts) von Zyklonen uumlber Deutschland exemplarisch untersucht anhand von 58 schadenintensiven Stuumlrmen Quelle Klawa 2001

Beispielsweise wurden waumlhrend des Sturmes Lothar am 26121999 auf dem Feldberg im Schwarzwald Boumlen von 585 ms-1 registriert waumlhrend es an der Station Lahr im Oberrheingraben

immer noch 379 ms-1 waren (vgl Abb 24) Beide Werte entsprechen gemaumlszlig der Beaufortskala Windstaumlrke 12 (Kraus et al 2003)

Abb 24 Sturm Lothar als Randtief des Tiefdrucksystems westlich von Norwegen in der Wetterkarte vom 26121999 000 UTC Quelle Kraus et al 2003 Nach Berliner Wetterkarte

212 Foumlhn

In der Geschichte der meteorologischen Forschung hat es verschiedene Erklaumlrungsversuche fuumlr das Wetterphaumlnomen Foumlhn gegeben Nachdem anfangs die Advektion von trocken-heiszliger Saharaluft als Ursache postuliert worden war wies Hann auch in Groumlnland Foumlhnereignisse nach und zeigte damit dass die Advektion subtropischer Luftmassen nicht der Grund fuumlr die beobachtete Erwaumlrmung im Lee sein konnte (Steinacker 2006 nach Hann 1866) Daraufhin setzte sich die bis heute in Lehrbuumlchern dominierende Erklaumlrung durch nach der der feuchtadiabatische Aufstieg im Luv mit ergiebigem Niederschlag und Ausbildung einer Foumlhnmauer uumlber dem Alpenhauptkamm und der anschlieszligende leeseitige trockenadiabatische Abstieg zu den erhoumlhten Temperaturen fuumlhren Dies wird als Schweizer Foumlhntypus bezeichnet (Steinacker 2006) Hann fand durch die Analyse von Stationsdaten allerdings heraus dass es auch Suumldfoumlhn ohne Niederschlag im Luv gibt und der Schweizer Foumlhntyp daher keine allgemeinguumlltige Erklaumlrung des Phaumlnomens sein kann Wenn die Gebirgsuumlberstroumlmung durch einen rein trockenadiabatischen Aufstieg gekennzeichnet und die potentielle Temperatur auf dem gesamten Weg konstant ist spricht man vom Oumlsterreichischen Foumlhntypus (Steinacker 2006 nach Hann 1866) Steinacker (2006) fand heraus dass meistens eine Uumlberlagerung beider Typen vorliegt wobei der Oumlsterreichische den groumlszligten Beitrag zur Erwaumlrmung liefert

Eine interessante Frage neben der nach der Ursache des Foumlhns an sich ist warum die Luft die stabile Schichtung uumlberwindet und in die Taumller absinkt Ihrer Beantwortung widmen sich mehrere Theorien von denen hier nur diejenigen geschildert werden die sich als die plausibelsten erwiesen haben Die Vertikale Aspirationstheorie nimmt an dass die Foumlhnstroumlmung in der Houmlhe die Kaltluft in den Niederungen durch turbulente Prozesse erodiert und schlieszliglich komplett verdraumlngt Bei der Horizontalen Aspirationstheorie wird davon ausgegangen dass ein vorbeiziehendes Tiefdruckgebiet bodennah einen ageostrophischen Wind induziert und so die kalte unterste Luftschicht abgesaugt wird Als zutreffend hat sich ebenfalls die Hydraulische Theorie erwiesen die darauf basiert dass die Luft das Gebirge uumlberkritisch uumlberquert dh die Stromlinien fallen waumlhrend der gesamten Uumlberstroumlmung ab (Abb 25) Ein solches Flussregime kann mit der Situation an einem Wehr verglichen werden Im Lee ist zusaumltzlich ein hydraulischer Sprung moumlglich (Steinacker 2006)

Abb 25 Schematische Darstellung des hydraulischen Sprungs bei Gebirgsuumlberstroumlmung Quelle Steinacker 2006

Die letztgenannte Theorie bewaumlhrt sich besonders im Falle des sogenannten seichten Foumlhns Dieser tritt auf wenn sich die Foumlhnstroumlmung zunaumlchst nur auf die untersten Schichten eines Tales beschraumlnkt bevor sie auf houmlhere Niveaus uumlbergreifen kann (Steinacker 2006)

Foumlhnereignisse zeichnen sich durch drei charakteristische Merkmale aus Neben stuumlrmischem Wind mit kraumlftigen Boumlen treten ein Temperaturanstieg und eine Verringerung der relativen Luftfeuchtigkeit auf (Kuhn 1989) Die Grundvoraussetzung dafuumlr dass sich Foumlhn ausbilden kann ist statische Stabilitaumlt im Uumlberstroumlmungsgebiet denn eine neutrale oder labile Schichtung wuumlrde die Erwaumlrmung im Lee des Gebirges verhindern Kaltluftseen in den Taumllern beguumlnstigen deshalb Foumlhnereignisse Prinzipiell kann der Foumlhn aus Suumlden und aus Norden wehen also entweder das deutsche oder italienische Alpenvorland betreffen wobei fuumlr die Richtung allein die horizontalen Druckgradienten maszliggeblich sind Die optimale Wetterlage fuumlr Foumlhn in Bayern und Baden-Wuumlrttemberg ist dementsprechend ein im Westen liegendes Tiefdruckgebiet dessen Kern sich noumlrdlich der Alpen befindet Suumlddeutschland ist dabei unter Hochdruckeinfluss der in der Houmlhe fuumlr warme und trockene Luft sorgt waumlhrend sich am Boden durch die naumlchtliche Ausstrahlung kalte Luftmassen bilden Daraus resultiert ein positiver vertikaler Gradient der potentiellen Temperatur und damit statische Stabilitaumlt Beim Herannahen des Tiefs stellt sich durch den Druckabfall eine positive Differenz zwischen dem Druck auf der Alpensuumldseite und dem auf der Nordseite ein die den Foumlhndurchbruch ermoumlglicht Obgleich Kaltluftseen in den Alpentaumllern wie zuvor erlaumlutert fuumlr hohe statische Stabilitaumlt sorgen verhindern sie gleichzeitig das Uumlbergreifen des Windes auf die bodennahe Luftschicht und koumlnnen bewirken dass manche Messstationen keine erhoumlhten Windgeschwindigkeiten registrieren obwohl es in houmlheren Lagen stuumlrmt Gelingt es dem Foumlhn bis zum Boden durchzubrechen kann die naumlchtliche Strahlungsinversion eine Foumlhnpause induzieren (Kuhn 1989)

Grundsaumltzlich ist die Foumlhnstroumlmung sehr heterogen Die Alpentaumller und -paumlsse kanalisieren den Wind und lassen sogenannte Foumlhnstriche entstehen Neben dem Wipptal zwischen dem Brennerpass

und Innsbruck ist das Rheintal zwischen Chur und der Bodenseemuumlndung eines der wichtigsten Beispiele fuumlr dieses Phaumlnomen (Kuhn 1989) Das Alpenrheintal stellt aufgrund seines Reichtums an Paumlssen unter den nordalpinen Haupttaumllern einen Sonderfall dar Es ist fuumlr diese Arbeit interessant weil es die Foumlhnwinde in kanalisierter Form zum Bodensee leitet Untersuchungen haben gezeigt dass die Paumlsse im oberen Rheintal eine im Vergleich zu anderen Taumllern schwaumlchere Erwaumlrmung der Luft zu Folge haben so dass die potentielle Temperatur bei einem Foumlhnereignis in diesem Gebiet vergleichsweise niedrig ist Gleichzeitig profitieren die Foumlhndurchbruumlche im unteren Rheintal von den an vielen Stellen direkt angrenzenden hohen Bergketten wie zum Beispiel im Gebiet von Vaduz Diese bewirken eine zusaumltzliche Warmluftadvektion so dass die Zunahme der potentiellen Temperatur bei Foumlhn hier mit bis zu 8 K deutlich groumlszliger ist als etwa im Wipptal wo maximal 5 K erreicht werden Auszligerdem kann beobachtet werden dass der Wind im gesamten Alpenrheintal zeitlich sehr variabel ist Der Grund dafuumlr sind zum einen die hohe Stoumlrungsanfaumllligkeit des seichten Foumlhns der speziell im Rheintal haumlufig auftritt und zum anderen die vielen Richtungswechsel des Tales Daneben spielen auch Effekte im Zusammenhang mit Schwerewellen eine Rolle (Steinacker 2006 Drobinski et al 2007)

Die zuverlaumlssige lokale Vorhersage von Foumlhnstuumlrmen scheitert primaumlr an der Aufloumlsung der Prognosemodelle Laut Steinacker ist ein horizontaler Gitterabstand von maximal 1 km noumltig um die Stroumlmung uumlber die komplexe Topographie mit ausreichender Genauigkeit darzustellen Weitere Hindernisse sind die Guumlte der Anfangsbedingungen besonders im Zusammenhang mit bodennahen Kaltluftseen die richtige Auswertung von Messergebnissen und die Wiedergabe von moumlglicherweise brechenden Leewellen Auch ein Modell wie das MM5 (NCARPennsylvania State Mesoscale Model 5 Generation) das speziell fuumlr Prognosen auf der Mesoskala konzipiert wurde ist nicht in der Lage bei Foumlhnereignissen die groszligen lokalen Unterschiede in Bezug auf Luftdruck und potentielle Temperatur mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen Chimani zeigt im Rahmen ihrer exemplarischen Untersuchung von vier Foumlhnereignissen dass die vom MM5 prognostizierten Werte an allen Stationen im Rheintal von den Beobachtungen im Mittel deutlich abweichen An manchen Stationen versagt das Modell auch qualitativ da es nicht nur die Staumlrke von Temperatur- und Druckaumlnderungen falsch wiedergibt sondern den Foumlhndurchbruch selbst nicht erkennt (Steinacker 2006 Chimani 2002)

213 Gewitter

Gewitter bilden am Bodensee eine wichtige Ursache fuumlr die Entstehung von Starkwinden und Stuumlrmen Wird die Lufttemperatur am Boden lokal so hoch dass der adiabatische Aufstieg des Luftpakets auch nicht beim Durchqueren stabil geschichteter Houmlhenbereiche innerhalb der Troposphaumlre zum Erliegen kommt kann sich eine Gewitterwolke bilden Ist lediglich eine einzige Auftriebsblase vorhanden wird dies Single-cell-Gewitter genannt Dabei bildet sich in der Wolke ein Aufwindgebiet ( updraft ) aus in dem die Luft bis zur Wolkenobergrenze aufsteigt und anschlieszligend auszligerhalb wieder absinkt Die Kondensation von Wasserdampf oberhalb des Kondensationsniveaus hat zur Folge dass latente Waumlrme frei wird und die statische Instabilitaumlt verstaumlrkt Aufgrund des starken Aufwindes sammeln sich die Niederschlagsteilchen im oberen Abschnitt der Wolke an Sobald ihr Gewicht zu groszlig wird beginnen sie zu fallen und dabei reibungsbedingt Luft mitzureiszligen Im unteren Teil der Wolke sind die Aufwinde so stark dass sie die Troumlpfchen wieder nach oben befoumlrdern wobei diese laufend mit anderen kollidieren und verschmelzungsbedingt wachsen Durch Gefrier- und Schmelzprozesse wird das Wachstum weiter

gefoumlrdert Wenn die Tropfen so schwer sind dass die Gewichtskraft groumlszliger als ihre Auftriebskraft ist fallen sie aus der Wolke Es entsteht ein intensiver Fallwind ( downdraft ) der Regen Graupel und Hagel beinhaltet und am Erdboden aus Kontinuitaumltsgruumlnden horizontal auseinanderstroumlmt Da Aufwinde die Existenzgrundlage einer jeden Gewitterwolke sind bedeutet das Einsetzen des Fallwindes gewoumlhnlich die Zerstoumlrung der Wolke Diese bleibt zunaumlchst noch dynamisch inaktiv bestehen bis sie sich durch Diffusion an den Raumlndern aufloumlst Die charakteristische Zeitskala eines solchen Gewitters umfasst 30 min die raumlumliche Skala zwischen 2 und 10 km (Kraus et al 2003)

Falls eine vertikale Windscherung vorliegt bildet sich ein schraumlger Wolkenturm aus Die Niederschlagsteilchen sammeln sich weiterhin in seinem oberen Bereich an fallen dann aber auszligerhalb der Wolke zum Erdboden so dass in ihrem Inneren kein Downdraft mehr entstehen kann Das Gewitter zerstoumlrt sich also nicht mehr selbst so wie es im zuvor besprochenen Fall geschah Im Gegenteil kann die Wolke nun an ihrem Rand zusaumltzliche Zellen entwickeln deren Niederschlag ebenfalls auszligerhalb von ihnen abregnet Dieses Phaumlnomen wird Multi-cell-Gewitter genannt wobei die Zeitskala mehrere Stunden und die raumlumliche Skala uumlber 30 km betragen Zusaumltzlich wird im mittleren Bereich der Wolke von auszligen trockene Luft angesaugt die sich aufgrund von Verdunstungsprozessen stark abkuumlhlt Die daher im Vergleich zur Umgebung hohe Dichte laumlsst einen kalten Fallwind entstehen der am Boden als Kaltfront das Niederschlagsereignis begleitet Dort wo diese auf die warme feuchte Luft stoumlszligt die das Gewitter naumlhrt bildet sich starke Turbulenz in Form einer Boumlenwalze aus Da die kalte Luft ein niedrigeres Kondensationsniveau hat als die Umgebungsluft liegt die Walze unter dem eigentlichen Gewitter und wird somit deutlich sichtbar (Kraus et al 2003) Die Kaltfront wird nach der Definition von Fujita Downburst genannt sobald sich am Boden sehr starke Horizontalwinde ausbilden Die Windstaumlrke kann in seltenen Faumlllen bis zu 80 ms-1 erreichen Fujita schaumltzt dass in den USA im Mittel viermal im Jahr ein Wert von 67 ms-1 auftritt (Kraus et al 2003 nach Fujita 1985)

Multi-cell-Gewitter zeichnen sich dadurch aus dass neue Zellen nicht kontinuierlich erzeugt werden Gruumlnde dafuumlr sind zum einen Unterschiede der Oberflaumlchenbeschaffenheit und damit der fuumlhlbaren und latenten Waumlrmefluumlsse und zum anderen eine starke zeitliche Schwankung der Windscherung Expandiert eine Gewitterzelle kontinuierlich bezeichnet man sie als Superzellengewitter Hier sind die Rotation sowohl der Up- und Downdrafts als auch der Gewitterwolke als Einheit charakteristisch Es gibt drei Prozesse die zur Entstehung der Vorticity einer Superzelle fuumlhren Wenn die Luft in einen Updraft einstroumlmt verengt sich ihr Stroumlmungsquerschnitt was eine horizontale Konvergenz und damit die Bildung von Vorticity zur Folge hat Andererseits kann auch eine kraumlftige vertikale Windscherung zu Wirbeln fuumlhren Diese haben zwar zunaumlchst eine horizontale Drehachse die sich aber im Updraft so stark verbiegt dass sie nahezu vertikal wird Ein Wirbel kann des Weiteren auftriebsbedingt entstehen indem an einer Stelle warme Luft aufsteigt und an einer anderen kalte absinkt

Groszlige Gewitterzellen werden auszligerdem von aumluszligeren Faktoren angetrieben Beispielsweise kann eine Seewindfront an Land eine horizontale Konvergenz und Aufsteigen induzieren was die Bildung von Cumulus- und Gewitterwolken foumlrdert Gleichermaszligen erhoumlhen groszligskalige Druckwellen gebietsweise die Vertikalgeschwindigkeit und unterstuumltzen so die Konvektion Allgemein gilt dass die Windgeschwindigkeit in den Up- und Downdrafts groszliger Gewitter 40 ms-1

uumlberschreiten kann Die genaue Funktionsweise dieser Superzellen ist allerdings bisher noch unbekannt

Besondere Aufmerksamkeit im Zusammenhang mit Gewittern muss den Tornados gewidmet werden Dies sind schnell rotierende Wolkensaumlulen mit horizontalem Durchmesser bis etwa 100 m die aus Gewitterwolken bis an den Erdboden herunterreichen wo sie Windgeschwindigkeiten von uumlber 150 ms-1 erzeugen koumlnnen In ihnen herrschen gleichzeitig so starke Aufwinde dass Gegenstaumlnde von ihnen oft bis in groszlige Houmlhen geschleudert werden Tornados treten meistens im

Rahmen von Superzellengewittern auf und obwohl bezuumlglich ihrer Physik noch weitgehend Unklarheit herrscht konnte festgestellt werden dass die Vorticity der Superzelle und die des Tornados eng korreliert sind Besonders die Scherzone zwischen Auf- und Abwinden im Gewitter scheint in der Lage zu sein einen Wirbel zu erzeugen der schlieszliglich gekippt wird und sich bis zum Erdboden ausdehnt Auszligerdem ist es moumlglich dass die oben angesprochene Boumlenwalze einen Tornado hervorrufen kann Es sei der Vollstaumlndigkeit halber angemerkt dass es sich um ein kleinskaliges Phaumlnomen handelt und damit ein zyklostrophisches Gleichgewicht ohne Beteiligung der Corioliskraft herrscht Tornados treten am Bodensee sehr selten dann aber mit hoher Zerstoumlrungskraft auf (Kraus et al 2003)

22 Der Sturmwarndienst Bodensee

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) hat die hoheitliche Aufgabe die Bevoumllkerung vor extremen Wetterereignissen zu schuumltzen Hierzu gibt er bei entsprechenden Wetterlagen Warnungen heraus die auf der einen Seite fuumlr die Landgebiete andererseits aber auch die Nord- und Ostsee oder die deutschen Binnenseen betreffen koumlnnen

Das Warnsystem fuumlr die Landgebiete ist sowohl raumlumlich als auch zeitlich dreigliedrig Neben einer taumlglich erstellten Wochenvorhersage die qualitativ die Wahrscheinlichkeit fuumlr markante Wettererscheinungen angibt wird fuumlnfmal taumlglich mit einer Vorlaufzeit von 48 bis 12 Stunden eine Vorwarninformation herausgegeben bevor schlieszliglich die eigentlichen Basiswarnungen erfolgen (Vorlaufzeit houmlchstens 12 Stunden) Die Wochenvorhersage informiert dabei uumlber groszligskalige Wetterlagen waumlhrend die Vorwarninformationen sowohl fuumlr ganz Deutschland als auch fuumlr eine Unterteilung in zwoumllf Regionen verfuumlgbar sind Die aktuellen Warnungen werden auf Landkreisbasis erstellt (Weingaumlrtner et al 2010) Sowohl fuumlr diese als auch fuumlr die Vorwarninformationen sind die Berechnungen der numerischen Modelle verbunden mit synoptischen Beobachtungen und Fernerkundungsdaten ausschlaggebend Uumlber Land wird die Staumlrke des gewarnten Wetterereignisses mit Hilfe einer vierstufigen Farbskala gekennzeichnet Diese beginnt bei den Wetterwarnungen (gelb) gefolgt von Warnungen vor markantem Wetter (ocker) und endet bei den Unwetter- und Extremunwetterwarnungen (rot und violett) Warnungen sind gerechtfertigt bei Starkwind oder Sturm Stark- oder Dauerregen Glaumltte Schneefall Gewitter Nebel Frost und Tauwetter (Weingaumlrtner et al 2010)

Aufgrund der Groumlszlige des Bodensees und seiner Bedeutung fuumlr Fischerei Schifffahrt und Tourismus sind dort zuverlaumlssige Boumlenwarnungen von groszliger Wichtigkeit Der Ausloumlser fuumlr die Einrichtung des Sturmwarndienstes am Bodensee war ein Ungluumlck beim Meersburger Seenachtsfest im Jahre 1936 als ein ploumltzlich einsetzender Sturm sieben Menschen das Leben kostete Im darauffolgenden Jahr wurde das erste Warnsystem eingerichtet das kriegsbedingt unterbrochen werden musste aber von 1950 bis heute durchgehend in Betrieb ist Nach dem Krieg nahmen die Wetterwarte Friedrichshafen und die Flugwetterwarte Zuumlrich in einer internationalen Kooperation den Warndienst wieder auf 1951 kam die neu gegruumlndete Wetterwarte Konstanz dazu (Deutscher Wetterdienst 2010) Zwischen den deutschen Warnzentralen und der schweizerischen gab es zwar regelmaumlszligigen Kontakt aber die Warnungen erfolgten dennoch in beiden Laumlndern unabhaumlngig voneinander So warnte der schweizerische Warndienst nur vor Windereignissen die den ganzen See betrafen wohingegen die deutschen Wetterwarten auch bei lokalen Boumlen eine Warnung herausgaben Ein weiteres anfaumlngliches Problem war dass keine Entwarnungen vorgesehen waren und die Warnungen stets bis Mitternacht bestehen blieben Seit 1954 werden die Warnungen deshalb nach dem Windereignis manuell wieder aufgehoben Ab 1953 kam zur Windwarnung bei Boumlen von uumlber 20 kn eine sogenannte Vorsichtsmeldung hinzu die bereits im Vorfeld auf das Windereignis aufmerksam machen sollte Diese Unterteilung wurde

spaumlter durch die Abstufung Starkwind-Sturm ersetzt (Deutscher Wetterdienst 2010)

Heute sind fuumlr den Bodenseewarndienst sowohl die Regionalzentrale Stuttgart des DWD als auch MeteoSchweiz in Zuumlrich gemeinschaftlich verantwortlich und es gilt die Regel dass stets einheitlich gewarnt werden muss Anfangs erfolgten die Warnungen pauschal fuumlr den gesamten Bodensee bevor 1966 in einen Ost- und Westteil unterschieden und 2000 zusaumltzlich noch ein Mittelteil eingefuumlhrt wurde Die fruumlheren Flaggen und Baumllle die zur Signalisierung von Starkwind und Sturm gehisst wurden sind 1963 durch 36 Warnleuchten ersetzt worden (Weingaumlrtner et al 2010) Ab einem Schwellenwert von 25 kn (Bft 6) wird eine Starkwindwarnung herausgegeben Dies bedeutet dass an mindestens einer Stelle im bewarnten Seeteil solche Windboumlen auftreten werden Der Schwellenwert fuumlr die Sturmwarnung liegt bei 34 kn (Bft 8) Die Warnleuchten signalisieren Starkwind mit einer Blinkfrequenz von 40 Blitzen in der Minute und Sturm mit einer Frequenz von 90 Blitzen in der Minute (Deutscher Wetterdienst 2010) Sobald sich der Sturmwarndienst fuumlr eine Warnung entschieden hat werden die Wasserschutzpolizei Konstanz und die Seepolizei Thurgau informiert die daraufhin die Warnleuchten aktivieren Da der Bodensee in den Nachtstunden kaum befahren wird sind in dieser Zeit Warnungen nicht noumltig Dementsprechend werden sie vom 1 November bis zum 31 Maumlrz von 7 Uhr bis 20 Uhr und in der uumlbrigen Zeit des Jahres von 6 Uhr bis 22 Uhr signalisiert (Weingaumlrtner et al 2010)

Um die Qualitaumlt des Warndienstes zu beurteilen wurde ein Verifikationssystem eingefuumlhrt das im Folgenden beschrieben ist Die beiden entscheidenden Parameter sind die Trefferrate TR und die Falschalarmrate FA Unter Verwendung der Variablen

NN = Stunden ohne Boumle und ohne Warnung (Trivialfall) NW = Stunden ohne Boumle aber mit Warnung NB = Stunden mit Boumle aber ohne Warnung NJ = Stunden mit Boumle und mit Warnung

ergeben sich die Formeln

JTR (Idealfall TR = 1) und (4)

WFA (Idealfall FA = 0) (5)

Wenn Warnungen fruumlher als eine Stunde vor Beginn des Windereignisses ausgegeben werden gehen sie als Falschalarme in die Statistik ein Genauso duumlrfen sie nur eine Stunde nach Ende des Windereignisses noch aktiv sein ohne negativ gewertet zu werden Wird zu spaumlt gewarnt so wird die erste Stunde als Stunde mit Boumle und ohne Warnung eingestuft Bei der Verifikation ist auszligerdem zu beruumlcksichtigen dass eine Toleranz von 2 kn gilt dh eine Warnung ist auch dann gerechtfertigt wenn die Boumlen nur 23 kn erreichen und die Warnschwelle damit eigentlich verfehlen Genauso wird eine nicht gewarnte Boumle der Geschwindigkeit 27 kn auch noch nicht als verpasst gewertet (Weingaumlrtner et al 2010)

In den vergangenen Jahren ist es dem Sturmwarndienst Bodensee gelungen die Trefferrate bei Werten um 90 zu halten wobei die Falschalarmrate von 60 im Jahr 2000 auf rund 20 im Jahr 2010 sank (siehe Abb 26)

Entwicklung der Verifikationsmaszlige

Prozentuale Trefferraten von 1997 bis 2010

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Entwicklung der VerifikationsmaszligeProzentuale Falschalarmraten von 1999 bis 2010

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Abb 26 Entwicklung der Warnguumlte fuumlr Starkwind bis 2010 uumlber die drei Seeteile gemittelt links prozentuale Trefferrate TR rechts prozentuale Falschalarmrate FA Quelle Schickedanz et al 2011

Wie Tab 21 und Tab 22 zeigen ist die Warnguumlte bei Sturmwarnungen immer geringer als bei Starkwindwarnungen Grundsaumltzlich sind die Trefferraten bei Sturm im Ostteil niedriger als in den uumlbrigen Seeteilen die Falschalarmrate ist sowohl bei Starkwind als auch bei Sturm im Ostteil am houmlchsten

Tab 21 Trefferraten (TR) und Falschalarmraten (FA) fuumlr Starkwind und Sturm in den Jahren 2008 und 2009 (gesamter Bodensee) Bearbeitet nach Schickedanz et al 2010

Jahr TR (Starkwind) TR (Sturm) FA (Starkwind) FA (Sturm)

97 87 20 20

95 85 23 20

Tab 22 Trefferraten (TR) und Falschalarmraten (FA) fuumlr Starkwind und Sturm in den Jahren 2009 und 2010 (West- Mittel- und Ostteil getrennt) Bearbeitet nach Schickedanz et al 2011

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

Eine Windrichtungsanalyse ergab fuumlr 2008 dass an der Station Altenrhein fast ausschlieszliglich Boumlen aus suumldlichen Richtungen verpasst wurden was auf die haumlufigen Foumlhndurchbruumlche zuruumlckzufuumlhren ist In Lindau hingegen wurden uumlberwiegend noumlrdliche bis nordwestliche Boumlen verpasst Dies steht in Verbindung mit dem langen Weg den die Luft bei westlicher bis nordwestlicher Anstroumlmung uumlber der reibungsarmen Wasserflaumlche zuruumlcklegt wodurch sie um einige Knoten beschleunigen und so unerwartet im Ostteil die Warnschwelle uumlberschreiten kann (Jellinghaus unveroumlffentlicht)

Die vorliegende Arbeit soll durch eine eingehende Untersuchung der meteorologischen Ursachen von Starkwinden und Stuumlrmen uumlber dem Bodensee dazu beitragen die Prognoseguumlte besonders im

Ostteil weiter zu verbessern

Um eine Vorstellung von der Lage und Verteilung der Bodenseestationen zu ermoumlglichen ist im Anhang (Abb A1 und A2) eine detailgetreue Karte abgedruckt Zu Gunsten der Lesbarkeit wurde diese in zwei Haumllften geteilt Die schwarzen Quadrate geben die Position der Windmessstationen des Sturmwarndienstes an die roten Symbole am Ufer markieren die Lage der Warnleuchten Die Stationen St Gallen und Vaduz (nicht im Kartenausschnitt enthalten) dienen der Fruumlherkennung von Foumlhn Bezuumlglich der geographischen Koordinaten und Houmlhe der Messpunkte sei auf Kap 41 verwiesen

Sowohl die deutschen als auch die schweizerischen Windmesser registrieren alle zehn Minuten einen Wert fuumlr die mittlere Windgeschwindigkeit die maximale Boumle und die mittlere Windrichtung lediglich Konstanz weicht mit einem Messintervall von sechzig Minuten davon ab Liegt die Geschwindigkeit der Spitzenboumle unter 19 kn wird auf deutscher Seite allerdings trotzdem jede Stunde nur ein Wert gespeichert waumlhrend bei den anderen fuumlnf 10-Minuten-Intervallen der jeweiligen Stunde 0 kn vermerkt werden Die schweizerischen Stationen speichern hingegen unabhaumlngig von der Windstaumlrke jeden 10-Minuten-Wert ab (vgl Kap 41)

23 Stand der Forschung

In der Vergangenheit haben sich bereits mehrere Arbeiten auf verschiedene Weisen den Windverhaumlltnissen uumlber dem Bodensee gewidmet

Huss et al (1970) zogen die Messreihen verschiedener Landstationen am Ober- und Uumlberlinger See fuumlr den Zeitraum von 1961 bis 1963 heran um die raumlumliche Differenzierung der Windstaumlrke zu analysieren Zentrale Beobachtungen waren die Haumlufung hoher Windgeschwindigkeiten im Spaumltwinter und Fruumlhling und ihre Beschraumlnkung auf westliche und nordoumlstliche Anstroumlmrichtungen der Anstieg der mittleren Windgeschwindigkeit von West nach Ost und die wichtige Rolle von Foumlhndurchbruumlchen an bestimmten Stationen

Muumlhleisen (1977) untersuchte exemplarisch die Windintensitaumlten und Windrichtungsverteilungen an den Bodenseestationen waumlhrend des Jahres 1968 Er benutzt hierbei die Bezeichnung Starkwind fuumlr alle Winde die staumlrker als 55 ms-1 sind und weicht damit von der beim DWD uumlblichen Klassifizierung ab nach der erst ab 25 kn oder 125 ms-1 von Starkwind zu sprechen ist Die Studie bezieht sich auszligerdem auf den mittleren Wind und betrachtet die Boumlenintensitaumlt nicht gesondert Bezuumlglich der Haumlufigkeit des Auftretens starker Winde stellt Muumlhleisen heraus dass Winde der Staumlrke 6 und 7 Bft an allen Stationen nur noch in einem Bruchteil der Stunden in denen die Staumlrke 4 gemessen wurde auftraten und Staumlrke 8 nie gemessen wurde Die wichtigsten Ergebnisse sind der Unterschied der Starkwindhaumlufigkeiten zwischen Suumld- und Nordufer und der Einfluss der Houmlhenlage der Messstation Am Nordufer von Unteruhldingen bis Wasserburg haben die Starkwinde uumlberwiegend die Richtungen West bis Westsuumldwest In Friedrichshafen und Lindau wurde auch haumlufig starker Ost- bis Nordostwind gemessen Die Suumldseite des Sees zeichnet sich im Gegensatz dazu durch keine oder nur sehr seltene Starkwinde aus dem W-SW-Sektor aus Das ist darauf zuruumlckzufuumlhren dass bei diesen Windrichtungen die Landoberflaumlche und speziell die Bebauung im Luv der Stationen Konstanz Staad Romanshorn Horn und Mehrerau durch ihre hohe Rauhigkeit stark bremsend wirken In Staad und Horn findet aufgrund der nach Westen ansteigenden Haumlnge zusaumltzlich eine Uumlberstroumlmung der Stationen statt Muumlhleisen (1977) untersuchte auszligerdem auch die Winde uumlber dem See Dazu wurde bei Nord- bis Nordostwind der Bodensee an vier Stellen gleichzeitig von Schiffen uumlberquert die mit Messgeraumlten bestuumlckt waren Es ergab sich daraus bei ablandigem Wind ein Faktor 3 um den sich der Messwert der Uferstation von der Windstaumlrke uumlber dem freien See unterscheidet Bei auflandigem Wind ist

die Staumlrke an Land halb so groszlig wie uumlber dem Wasser Des Weiteren beschaumlftigte sich Muumlhleisen mit dem Einfluss der Orographie auf das Windfeld am Uumlberlinger See mithilfe eines sehr lokalen Vergleichs der Messpunkte Ludwigshafen Espasingen und Bodman (alle an der Westspitze des Uumlberlinger Sees gelegen) Ludwigshafen zeigt in jeder Hinsicht starke Abweichungen von den uumlbrigen Stationen Wenn beispielsweise in Espasingen und Bodman Starkwind gemessen wird tritt dieser auch in Ludwigshafen auf allerdings ist die Richtung um 40deg nach Suumlden gedreht und das Spektrum ist deutlich breiter Diese starke Streuung ist auch bei schwachen Winden zu beobachten Als Grund kommt primaumlr die Orographie noumlrdlich von Ludwigshafen in Frage wo die Huumlgel auf bis zu 200 m uumlber dem See ansteigen (Muumlhleisen 1977)

Zenger et al (1990) untersuchten das Windfeld auf dem Uumlberlinger See mit Hilfe einer Boje die von 1986 an in dessen Mitte verankert war Dabei verglichen sie exemplarisch fuumlr drei Windereignisse die Messwerte der Boje mit denen der Wetterwarte Konstanz und entwickelten eine analytische Methode um uumlber das Prandtlsche Geschwindigkeitsprofil die Geschwindigkeiten an der Landstation auf die Bedingungen der Seestation zu transformieren Es zeigte sich dass dieses Verfahren fuumlr Winde aus Nordost gut funktionierte waumlhrend die errechneten Geschwindigkeiten der Seestation bei suumldwestlicher Anstroumlmung durchweg houmlher waren als die gemessenen Als Grund fuumlr dieses Phaumlnomen kommt nur eine starke Abschattung des Uumlberlinger Sees durch den steil ansteigenden Bodanruumlck in Frage Am Nordufer steigt das Gelaumlnde zwar auch an aber deutlich sanfter als an der Suumldseite so dass die Abschattung bei Nordostwind nur sehr schwach ausfaumlllt Es ergab sich auszligerdem eine gute Korrelation der Windrichtungen an der Land- und Seestation wobei die Winde uumlber dem Uumlberlinger See in Richtung der Seeachse um etwa 20deg kanalisiert werden (Zenger et al 1990)

Im Jahr 2001 fand am Bodensee eine groszligangelegte Messkampagne unter Beteiligung des Instituts fuumlr Wasserbau der Universitaumlt Stuttgart und des Centre of Water Research der Universitaumlt von West-Australien statt Dabei sollten die raumlumlich-zeitlichen Variationen der Windkraumlfte und die Reaktionen interner Wellenbewegungen im Bodensee analysiert werden Ein System aus acht temporaumlren Bojen maszlig im 10-Sekunden-Takt das vertikale Temperaturprofil bis in Tiefen von 100 m und gleichzeitig an der Oberflaumlche die meteorologischen Parameter (Appt et al 2002) Im Rahmen dieser Messkampagne fand Wagner (2003) im Rahmen seiner Diplomarbeit mithilfe statistischer Methoden heraus dass es am Bodensee zwei ausgepraumlgte Hauptwindrichtungen gibt Zyklonale Wetterlagen bringen meist Suumldwest- oder Westwind mit sich waumlhrend bei Bise Richtungen um Nordost gemessen werden Eine Besonderheit des oumlstlichen Bodensees ist die foumlhnbedingte dritte Hauptwindrichtung Suumld Wagner (2003) untersuchte auszligerdem den Zusammenhang der Messwerte an den Landstationen mit denen der temporaumlren Messpunkte auf dem Wasser Auch Wagner verwendet die von der Norm abweichende Grenze von 55 ms-1 fuumlr Starkwind Bei Wind aus dem SW-W-Sektor lassen sich demnach die Windverhaumlltnisse an fast allen Seestationen mithilfe linearer Regression aus den Werten der Station Friedrichshafen berechnen Bei Nordostwind repraumlsentiert die Landstation Guumlttingen in analoger Weise das Windfeld uumlber dem See am besten Diese Beobachtungen legen die Vermutung nahe dass die Abweichung vom Wind uumlber der freien Wasseroberflaumlche am stromab gelegenen Ufer geringer ist als am stromauf gelegenen

Einen markanten Widerspruch gibt es zwischen den Autoren Muumlhleisen (1977) und Wagner (2003) So zeigte Muumlhleisen dass der Wind auf dem offenen See grundsaumltzlich staumlrker weht als am Ufer Demnach ist die Windgeschwindigkeit auch auf der stromab gelegenen Seeseite niedriger als auf dem See Wagner hingegen ermittelte dass Winde aus Suumldwest bis West am Nordufer zu houmlheren Werten fuumlhren als auf dem See und analog Nordostwinde am Suumldufer im Vergleich zur Seemitte houmlhere Geschwindigkeiten liefern indem bei vielen SW-W-Ereignissen die Geschwindigkeit an den am Nordufer gelegenen Stationen Friedrichshafen und Lindau groumlszliger war als auf dem offenen See

Gleichwohl liegt die Windstaumlrke an Land und uumlber dem Wasser im Allgemeinen in der gleichen Groumlszligenordnung Dieser Widerspruch ist bislang mangels Messungen nicht aufgeloumlst worden reibungstheoretische Uumlberlegungen stuumltzen aber Wagners These

Alle diese Arbeiten haben gemein dass sie sich auf eine verhaumlltnismaumlszligig kurze Zeitperiode stuumltzen Den laumlngsten Zeitraum benutzen dabei Huss et al (1970) mit drei Jahren waumlhrend es bei Muumlhleisen (1977) und Wagner (2003) nur ein Jahr war Zenger et al (1990) werteten exemplarisch lediglich drei Starkwindereignisse aus

Bislang hat keine Publikation Bezug auf den Sturmwarndienst genommen Demzufolge wurde die Guumlte der offiziellen Warnungen vor Windereignissen noch nicht untersucht und die Ursachen fuumlr systematische Fehler des Warndienstes nicht analysiert Die vorliegende Arbeit bezieht sich auf eine Periode von fuumlnf Jahren und untersucht damit einen deutlich laumlngeren Zeitraum als die vorherigen Forschungsarbeiten Eine Analyse einer ausreichend langen Zeitreihe um zufaumlllige Effekte besser von uumlberzufaumllligen abgrenzen zu koumlnnen fehlt bisher Zudem lag das Hauptaugenmerk der fruumlheren Analysen immer auf dem 10-Minuten-Mittel der Windgeschwindigkeit Da uumlber dem Bodensee aber nur in den seltensten Faumlllen von der mittleren Windstaumlrke Gefahr ausgeht sondern vielmehr von den Boumlenspitzen wird diesen hier erstmals der Vortritt gewaumlhrt Auch ist bisher nie das Kollektiv der Starkwinde entsprechend der gaumlngigen Definition (Bft 6 und 7) so detailliert untersucht worden wie im Rahmen dieser Arbeit wobei zusaumltzlich die gesonderte Behandlung der Stuumlrme (ab Bft 8) neue Erkenntnisse verspricht Weitere spezifische Fragestellungen sind die Windzunahme im Obersee von West nach Ost die in der Literatur zwar erwaumlhnt aber nicht naumlher untersucht worden ist das Verhalten des Windfeldes im Untersee mit der Station Steckborn und die Bedeutung von Gewittern als Quelle von starken Winden Luumlcken im bisherigen Forschungsstand bestehen bezuumlglich einer fundierten Kenntnis der Windbedingungen am Bodensee sowie der Prognoseguumlten des Sturmwarndienstes Bodensee Diese zu schlieszligen hat die vorliegende Arbeit zum Ziel

3 Geographie und Klima der Bodenseeregion

31 Geographie

311 Geographische Daten

Der Bodensee ist der drittgroumlszligte See Europas Seine mittlere Gesamtoberflaumlche betraumlgt rund 534 kmsup2 wovon der Obersee 472 kmsup2 einnimmt Das oberirdische Einzugsgebiet des Bodensees schlieszligt 10903 kmsup2 ein Bei einer maximalen Tiefe von 254 m liegt die mittlere Houmlhe des Wasserspiegels im Obersee bei 39527 m uuml NN Da der Abfluss des Sees nicht staugeregelt wird schwankt der Wasserstand zwischen einem schmelzwasserbedingten Fruumlhsommermaximum und einem Minimum im Spaumltwinter um durchschnittlich 192 m Das Ufer des Bodensees ist 273 km lang wovon 173 km zu Deutschland gehoumlren 72 km zur Schweiz und 28 km zu Oumlsterreich Die maximale Breite betraumlgt 13 km und die laumlngste Ausdehnung 63 km Der uumlber das Jahr gemittelte Zufluss liegt bei 372 msup3s-1 wovon 230 msup3s-1 auf den Alpenrhein entfallen Ungleich weniger bedeutend ist die Bregenzerach (468 msup3s-1) der zweitgroumlszligte Zufluss des Bodensees Der Abfluss erfolgt ausschlieszliglich uumlber den Hochrhein Aufgrund seiner Groumlszlige reagiert der Bodensee auf Hochwasserereignisse nur langsam In Extremfaumlllen flieszligen bis zu 3500 msup3s-1 in den See ein waumlhrend ihn wegen der Beschaffenheit des Ausflusses in den Hochrhein houmlchstens 1300 msup3s-1 verlassen koumlnnen Falls ein solches Hochwasserereignis zu lange andauert weicht der See ab einem Wasserstand von 397 muumlNN auf seine Uumlberflutungsflaumlchen aus Von den vier Bodenseeinseln ist Reichenau mit 428 kmsup2 die groumlszligte gefolgt von Lindau mit 053 kmsup2 und der Blumeninsel Mainau die eine Flaumlche von 044 kmsup2 hat Die Konstanzer Insel ist mit 002 kmsup2 am kleinsten (IGKB 2004 Ostendorp et al 2007) Abb 31 zeigt eine Karte des Gewaumlssernetzes das den Bodensee speist Das Tiefenprofil des Sees ist durch unterschiedliche Schattierung wiedergegeben

Abb 31 Der Bodensee und seine Zufluumlsse Quelle IGKB 2004

312 Die Entstehung des Bodenseegebietes

Das Windfeld uumlber dem Bodensee weist sehr groszlige lokale Unterschiede auf Diese sind der komplexen Topographie geschuldet die eine Vielzahl von Abschattungseffekten einerseits und Kanalisierungseffekten andererseits induziert In der Folge koumlnnen Windmessungen an verschiedenen Stellen der Uferlinie bei bestimmten Anstroumlmungsrichtungen erheblich voneinander abweichen wie in dieser Arbeit gezeigt wird Da der orographischen Beschaffenheit des Bodenseebeckens also eine solch zentrale Bedeutung zukommt soll sein Entstehungsprozess in diesem Abschnitt kurz skizziert werden

Als sich die Alpen auffalteten entstand im Raum des heutigen Oberschwabens als Ausgleichsbewegung ein Senkungstrog der anschlieszligend mit Abtragungsprodukten aufgeschuumlttet wurde Im Suumlden bedeckten daraufhin glaziale Ablagerungen diese sogenannten Molasseschichten Hier reicht das Altmoraumlnenland (abgegrenzt durch die Moraumlnen der Riszligeiszeit) bis noumlrdlich der Staumldte Biberach und Riedlingen Das Jungmoraumlnenland also das waumlhrend der Wuumlrmeiszeit uumlberformte Gebiet endet etwa auf der Linie Pfullendorf Bad Schussenried Isny (Sick 1993) Der Bodensee selbst erhielt seine heutige Form durch glaziale Prozesse In seinem Becken sammelten sich in den Eiszeiten die durch das Alpenrheintal flieszligenden Gletscher Am Ende der Glaziale fuumlhrte der Eisstau dazu dass sich der See bis in das Alpenrheintal hinein ausdehnte (Sick 1993) Das Talnetz in der Umgebung des Bodenseebeckens entstand im juumlngsten Tertiaumlr und befand sich damals noch ganz im Einzugsgebiet der Donau Die ersten pleistozaumlnen Eiszeiten nahmen zwar groszligen Einfluss auf das Relief vermochten es aber anfangs nicht die Wasserscheide zum Einzugsgebiet des Rheins hin zu uumlberwinden Der damalige Abfluss in Richtung des Schwarzen Meeres lag uumlber dem heutigen Schussenbecken am Nordufer des Sees Erst die Gletscher der Mindeleiszeit bewirkten dass der Bodensee uumlber das heutige Hochrheintal zur Nordsee entwaumlsserte Auszligerdem schuumlrften sie das charakteristische Zungenbecken aus wenn es auch damals noch eine andere Form hatte und nach Norden bis ins Federseegebiet hinein reichte Sein tiefster Punkt befand sich bereits wie heute im mittleren Obersee Die Risseiszeit schuf anschlieszligend im Wesentlichen die derzeitige Form des Sees die von der darauffolgenden Wuumlrmeiszeit nicht mehr grundlegend modifiziert wurde (Habbe 2002) An den Raumlndern der Gletscher zweigten an einigen Stellen Zungen ab die die heutigen Nebenbecken des Bodensees ausschuumlrften Die beiden groumlszligten heiszligen Uumlberlinger See und Untersee waumlhrend der Hauptteil des Sees Obersee genannt wird Ein drittes groszliges Nebenbecken im Bereich der Schussenmuumlndung ist im Spaumltpleistozaumln verschuumlttet worden (Borcherdt 1991) Die Entwicklung hin zum Bodensee in seiner heutigen Form ist in Abb 32 anschaulich dargestellt

Der Bodensee ist aufgrund seiner Lage Ruumlckhaltebecken fuumlr die Hochgebirgssedimente aus dem Alpenrhein Dies ist der Grund dafuumlr dass der Rheinfall bei Schaffhausen bis heute erhalten geblieben ist Waumlre naumlmlich das Geroumlll aus den Alpen bis in den Hochrhein gelangt haumltte seine starke Erosionswirkung den Wasserfall mittlerweile weitgehend zerstoumlrt (Habbe 2002)

Abb 32 Die Entstehung des Bodensees vom fruumlhen Eiszeitalter bis heute Quelle IGKB 2004

Eine Besonderheit des westlich vom Bodensee gelegenen Hegaus sind dessen markant aufstehende Vulkankegel Ihre Form erhielten sie dadurch dass die westliche Zunge des Rheingletschers die relativ weichen Molasseschichten erodierte und die vulkanischen Gesteine aufgrund ihrer Haumlrte dabei erhalten blieben (Eberle et al 2007)

Von der glazialen Formung des Bodenseegebietes zeugen ebenfalls die im Jungmoraumlnenland vielerorts auftretenden Drumlins Dies sind stromlinienfoumlrmige Ruumlcken die durch die Akkumulation von Lockermaterial unter dem flieszligenden Gletscher entstehen Drumlins sind nahezu auf dem gesamten Bodanruumlck das den Uumlberlinger See vom Untersee trennt aber auch noumlrdlich des Bodensees reichlich vorhanden (siehe Abb 33) (Eberle et al 2007 Baumhauer 2006)

Obwohl die Gletscher damit fuumlr Relief und Tiefe des Bodensees verantwortlich sind war die Formung des Beckens bereits praumlglazial initiiert worden Sowohl tektonische Bruchlinien als auch Flusslaumlufe hatten das Relief vorgepraumlgt (Sick 1993)

Abb 33 Gletschervorstoumlszlige in der Mindel- Riss- und Wuumlrmeiszeit sowie Lage der Drumlinfelder Quelle Eberle et al 2007

32 Klima

321 Klima allgemein

Der Raum Bodensee-Oberschwaben liegt in der Zone wo der uumlberwiegend maritim gepraumlgte Westteil Mitteleuropas in den kontinentaleren Ostteil uumlbergeht (Sick 1993) Die warm-gemaumlszligigte humide Klimazone Cfb nach Koumlppen-Geiger ist fuumlr ganz Mitteleuropa charakteristisch und beschreibt somit auch die klimatischen Verhaumlltnisse in der Bodenseeregion Es wechseln sich milde feuchte Westwetterlagen mit Kaltluftzufuhr aus den polaren Breiten Advektion von kontinental gepraumlgten Luftmassen aus dem Osten und von warmer bis heiszliger Subtropikluft aus dem Mittelmeerraum ab Hierbei sind die Westwetterlagen klar dominierend Das ausgepraumlgte alpine Relief hat allerdings eine kleinraumlumige Gliederung des Wettergeschehens und dementsprechend Variationen auf kleinen raumlumlichen wie zeitlichen Skalen zur Folge (Sick 1993 Ostendorp et al 2007) Insbesondere sind den Groszligwetterlagen die kleinerskaligen Phaumlnomene Foumlhn und Land-See-Wind uumlberlagert die in dieser Arbeit an spaumlterer Stelle behandelt werden

Die Houmlhe uumlber dem Meer und die Entfernung vom Bodensee sind die zwei Faktoren die das Klima der Region differenzieren So zeichnet sich das houmlher gelegene Oberschwaben durch kalte schneereiche Winter aus waumlhrend die Waumlrmespeicherwirkung des Bodensees Schnee in Seenaumlhe zur Seltenheit macht Hier liegt die Mitteltemperatur im Januar zwischen -1degC und 0degC Im Juli werden 18degC bis 19degC und im Jahresmittel 7degC bis 9degC erreicht Im Vergleich dazu liegt das Januarmittel fuumlr Oberschwaben zwischen -3degC und -2degC waumlhrend im Juli die Mitteltemperatur nur 16degC bis 17degC betraumlgt Das Jahresmittel liegt bei 6degC bis 8degC Am Oberrhein liegt die Jahresmitteltemperatur bei uumlber 10degC und damit noch 1degC - 3degC houmlher als am Bodensee Abb 34 zeigt das Klimadiagramm von Konstanz fuumlr das 30-jaumlhrige Mittel von 1961 bis 1990 Der Bodensee wirkt zwar im Winter als effektiver Waumlrmespeicher im Sommer dagegen ist sein maumlszligigender Einfluss auf die Lufttemperatur gering Als Ursache dafuumlr gilt dass das Seewasser im Gegensatz zu den Meeren einer nur unbedeutenden windgetriebenen Durchmischung ausgesetzt ist wodurch sich im Sommer eine stabile Schichtung mit warmem Wasser an der Oberflaumlche ausbilden

kann Hinzu kommt verstaumlrkend dass der See wegen seiner niedrigen Albedo starke Strahlungsgewinne im Vergleich zu Landoberflaumlchen verzeichnet die vor allem die obere Wasserschicht und damit auch die bodennahe Luft erwaumlrmen (Sick 1993 Hendl 2002 Regionalverband Hochrhein-Bodensee 2007)

Abb 34 Klimadiagramm fuumlr Konstanz im Mittel der Jahre 1961-1990 Quelle IGKB 2004

Im Gegensatz zu nahe gelegenen Gebieten wie Oberschwaben oder dem Schwarzwald zeichnet sich das Bodenseebecken daher durch seine ausgesprochene Klimagunst aus Diese ermoumlglicht den Anbau von waumlrmeliebenden Kulturen wie Wein Hopfen und Obst Borcherdt teilt das Klima Baden-Wuumlrttembergs in zehn Klimaklassen ein wobei seine Kriterien die Anzahl der Tage mit einer Temperatur von mindestens 10degC und die Niederschlagssumme in der Vegetationsperiode sind Das Bodenseebecken faumlllt in den Typ 2 ( warm mit ausreichenden Niederschlaumlgen in der Vegetationsperiode ) und wird in seiner Klimagunst nur noch vom Oberrheinischen Tiefland und der Bergstraszlige (Typ 1) uumlbertroffen Es verwundert daher nicht dass im Bodenseebecken auch die durchschnittliche Zahl der Frosttage niedrig ist und mit 80-120 zwischen dem Wert fuumlr die Oberrheinebene (unter 80 Tage) und dem fuumlr Oberschwaben (100-140 Tage) liegt (Borcherdt 1991 Regionalverband Hochrhein-Bodensee 2007) Beim Blick auf Abb 35 die den mittleren Beginn der Apfelbluumlte im Gebiet zwischen Bodensee und Oberrhein wiedergibt wird klar dass sich das Bodenseebecken hinsichtlich seiner Klimagunst durch eine ausgesprochene Insellage auszeichnet

Abb 35 Mittlerer Beginn der Apfelbluumlte Quelle Gebhardt 2008

Die Niederschlagssummen im Bodenseebecken lassen sich zonal gliedern Waumlhrend im Landkreis Konstanz aufgrund von Leeeffekten bei der Uumlberstroumlmung des Schwarzwaldes nur durchschnittlich 800 mm (siehe Abb 36) fallen werden im vom Alpenstau beeinflussten Ostteil des Sees 1380 mm (Wert fuumlr Bregenz) erreicht Dieser ist allerdings immer noch deutlich kleiner als das orographisch induzierte regionale Maximum von 2160 mm in den Gipfellagen des Hochschwarzwaldes (Regionalverband Hochrhein-Bodensee 2007 Gebhardt 2008 Internationale Bodenseekonferenz oJ IGKB 2004)

Abb 36 Niederschlagshoumlhen am Bodensee uumlber die Jahre 1931-1960 gemittelt Quelle Internationale Bodenseekonferenz (oJ)

Im Bodenseegebiet lassen sich folgende Klimatendenzen beobachten Zwischen 1880 und 1997 nahm die Jahrestemperatur an der Station Romanshorn um 15degC zu Ein aumlhnliches Bild ergibt sich bei Betrachtung der Abb 37 fuumlr Bregenz In der Folge ist die mittlere Schneedeckendauer zwischen den Wintern 195152 und 199596 im Bodenseegebiet um bis zu 40 gesunken (IGKB 2004) Eine Auswertung der Niederschlagsreihen von 1895 bis 1994 ergab auszligerdem dass die Niederschlaumlge in ganz Baden-Wuumlrttemberg aber in besonderem Maszlige in der Bodenseeregion markant zugenommen haben Im Westteil des Bodensees betraumlgt die Differenz der Jahresniederschlaumlge in diesem Zeitraum 100 mm waumlhrend sie im Ostteil sogar 140 mm erreicht (Saacutenchez et al 1998)

Abb 37 Verlauf der mittleren Jahrestemperatur in Bregenz Quelle IGKB 2004

Eine Besonderheit der Bodenseeregion ist die schlechte Durchluumlftung die haumlufig zu ausgepraumlgten Inversionswetterlagen mit Nebel und Hochnebel fuumlhrt Besonders im Herbst und Winter sorgen naumlchtliche Ausstrahlung und Abflieszligen der so entstandenen Kaltluft aus den Hochlagen ins Bodenseebecken fuumlr Kaltluftkoumlrper die mehrere Tage Bestand haben koumlnnen (Regionalverband Hochrhein-Bodensee 2007)

322 Bise

In diesem Unterkapitel wird auf die sogenannten Bisewinde eingegangen denen uumlber dem Bodensee eine groszlige Bedeutung zukommt Bildet sich uumlber Groszligbritannien oder der Nordsee ein starkes Hochdruckgebiet bei gleichzeitig vorhandenem Tief uumlber Italien aus so liegt der Bodensee im Bereich nordoumlstlicher Anstroumlmung Die Polarfront verlaumluft dabei uumlber Skandinavien und ihre Stoumlrungen beeinflussen Suumlddeutschland nicht Dadurch dass die Alpen im Suumlden und der schweizerische Jura im Suumldwesten hohe Barrieren fuumlr den Wind darstellen ist das Schweizer Mittelland seine einzige Moumlglichkeit bodennah weiter in Richtung Suumlden zu gelangen Die zwangslaumlufige Verengung des Stroumlmungsquerschnitts fuumlhrt zur starken Beschleunigung der Luftmassen so dass am Bodensee haumlufig die Warnschwelle von 25 kn erreicht wird Insbesondere kann in manchen Faumlllen sogar die Staumlrke des Geostrophischen Windes uumlbertroffen werden Die Beschleunigung der Luft setzt sich vom Bodensee zum Genfer See hin fort wo schon Houmlchstwerte von mehr als 50 kn registriert wurden

Im Sommer zeichnet sich die bei Biselagen einstroumlmende Luft durch Trockenheit aus dementsprechend ist es meist heiter oder sogar wolkenlos In den Wintermonaten dagegen sind es deutlich feuchtere Luftmassen die aus dem Nordosten advehiert werden Diese haben eine vertikale Maumlchtigkeit von 500 bis 2000 Metern und werden von der daruumlber liegenden trocken-warmen Luft die beim antizyklonal bedingten Absinken entstanden ist durch eine Inversionsschicht abgegrenzt Dort kann sich eine den ganzen Tag uumlber persistente Stratusdecke ausbilden (MeteoSchweiz et al oJ Wagner 2003)

323 Foumlhn

Foumlhndurchbruumlche weisen als lokale Wetterphaumlnomene eine sehr groszlige Variabilitaumlt auf kleiner raumlumlicher Skala auf Daher ist es unerlaumlsslich ihr Verhalten im Bodenseebecken gesondert zu betrachten Bis in die 1970er-Jahre hinein war noch so wenig Wissen uumlber die lokalen Auspraumlgungen des Foumlhns vorhanden dass der Sturmwarndienst Bodensee keine Warnungen vor foumlhninduzierten Starkwinden im oumlstlichen Bodensee erstellen konnte Daher riefen deutsche und schweizerische Forscher 1971 das Projekt Foumlhnuntersuchung fuumlr das oumlstliche Bodenseegebiet ins Leben im Rahmen dessen uumlber 100 Foumlhnereignisse gesammelt und besonders interessante Faumllle detailliert analysiert wurden Daraus ging Mitte der 1980-Jahre die Arbeitsgemeinschaft Foumlhnforschung Rheintal-Bodensee (AGF) hervor die bis heute aktiv ist (Burri et al 1999) Die Ergebnisse einiger dieser Foumlhnstudien werden im Folgenden zusammengefasst

Waibel (1984) untersuchte die durchschnittliche monatliche Foumlhnhaumlufigkeit im Zeitraum 1969 bis 1979 an den Bodenseestationen Rohrspitz Friedrichshafen und Konstanz sowie zum Vergleich unter anderem in Altdorf im schweizerischen Kanton Uri Die letztgenannte Station liegt dort wo das Reusstal die Zentralalpen nach Norden hin verlaumlsst so dass aufgrund dieser Lage mit hohen Foumlhnhaumlufigkeiten zu rechnen ist Die mittlere Jahressumme der Foumlhntage betraumlgt in Altdorf 55 gegenuumlber nur 15 in Rohrspitz 25 in Friedrichshafen und 05 in Konstanz Es faumlllt sowohl in Altdorf als auch in Rohrspitz auf dass die

Foumlhnhaumlufigkeit einem klaren Jahresgang unterworfen ist So werden in Altdorf im Mai mit einem Wert von uumlber 7 die meisten Foumlhnereignisse registriert waumlhrend es im Juli im Mittel lediglich einen Foumlhntag gibt Im Juni und August werden ca 3 Tage registriert Auch die Monate Januar bis Maumlrz sind mit jeweils etwas mehr als 6 Tagen foumlhnreich wohingegen in den uumlbrigen Monaten 5 Tage nicht uumlberschritten werden (siehe Abb 38) In Rohrspitz folgt der Jahresgang dem gleichen Prinzip wobei die relativen Unterschiede zwischen den Monaten noch ausgepraumlgter sind Dies wird am besten bei Betrachtung des rechten Diagramms in Abb 38 deutlich das den Quotienten aus Foumlhntagen im Monat und Jahressumme zeigt Das absolute Maximum von ungefaumlhr 25 Tagen wird ebenfalls im Mai erreicht die Monate Januar bis Maumlrz weisen knapp 2 Foumlhntage auf genauso wie der November Im Juli gab es uumlberhaupt kein Foumlhnereignis und auch im Juni und August wird der Wert 05 nicht uumlberschritten (siehe Abb 38) (Waibel 1984)

Abb 38 Links Jahresgang der mittleren monatlichen Anzahl der Foumlhntage in Altdorf (weiszlig) Rohrspitz (schwarz) und Friedrichshafen (gestrichelt) im Zeitraum 1111969 bis 31101979 Quelle Waibel 1984 Rechts Jahresgang der relativen monatlichen Foumlhnhaumlufigkeiten in Prozent der Jahressumme in Altdorf (weiszlig) Rohrspitz (schwarz) und Friedrichshafen (gestrichelt) im Zeitraum 1111969 bis 31101979 Quelle Waibel 1984

Aufgrund der extrem geringen Jahressumme der Foumlhntage fehlt dem Jahresgang an den Stationen Friedrichshafen und Konstanz die statistische Signifikanz Dennoch gibt es auch hier ein Maximum im Fruumlhling und ein Minimum im Sommer wobei Konstanz (nicht in der Abbildung dargestellt) noch ein zweites Maximum im Winter aufweist (Waibel 1984)

Interessant ist neben der Zahl der Foumlhntage die der Foumlhnvorstoumlszlige Der Unterschied zwischen diesen Groumlszligen ergibt sich aus dem Umstand dass manche Vorstoumlszlige uumlber Mitternacht hinweg andauern und deshalb als zwei Foumlhntage verbucht werden waumlhrend es aufgrund von Foumlhnpausen manchmal auch mehrere Vorstoumlszlige an einem Tag gibt In Altdorf erreicht der Quotient aus Anzahl der Foumlhnvorstoumlszlige zu Anzahl der Foumlhntage ein absolutes Minimum von 070 im April dh viele Foumlhnvorstoumlszlige erstreckten sich uumlber mehr als einen Tag Im Juli wird der Quotient mit 130 maximal wobei er sonst nur im Juni den Wert 1 uumlberschreitet Bemerkenswerterweise ist dieser Jahresgang in Rohrspitz grundlegend anders Nur im April und Juni liegt das Verhaumlltnis unter 1 es ereignen sich in den uumlbrigen Monaten also im Mittel haumlufiger mehrere Foumlhnvorstoumlszlige an einem Tag als Foumlhnereignisse die uumlber Mitternacht hinweg andauern Der Quotient erreicht sein absolutes Maximum im November mit einem Wert von 195 Es ist allerdings zu beachten dass die Ergebnisse von Rohrspitz und in besonderem Maszlige Friedrichshafen und Konstanz aufgrund der niedrigen Zahl der Foumlhntage statistisch nicht signifikant sind (Waibel 1984)

Im Hinblick auf die Erstellung von Starkwind- und Sturmwarnungen ist auch die Laumlnge der Foumlhnereignisse relevant Waumlhrend ein Foumlhntag in Altdorf im Jahresmittel 9 Stunden und 35 Minuten lang dauert ergeben sich fuumlr Rohrspitz 4 Stunden und 53 Minuten und fuumlr Friedrichshafen 4

Stunden und 6 Minuten Hier sticht der geringe Unterschied zwischen den beiden Bodenseestationen ins Auge Waibel erklaumlrt dieses Ergebnis damit dass es nur den staumlrksten Foumlhnstuumlrmen gelingt bis ans Nordufer vorzustoszligen und sich diese naturgemaumlszlig auch durch die laumlngste Dauer auszeichnen Am laumlngsten halten in Rohrspitz die Foumlhnereignisse im Fruumlhjahr an (5 Stunden und 4 Minuten) waumlhrend das Minimum in den Sommermonaten liegt (4 Stunden und 19 Minuten) 497 aller Foumlhnvorstoumlszlige in Rohrspitz waumlhrend des zehnjaumlhrigen Untersuchungszeitraums hatten eine Dauer von houmlchstens 2 Stunden (Waibel 1984)

Fuumlr den Zeitpunkt des Beginns der Foumlhndurchbruumlche ist im mittleren Tagesgang von Rohrspitz keine bevorzugte Uhrzeit zu erkennen wohingegen das Ende deutlich haumlufiger in den fruumlhen Morgenstunden liegt als in der Mittagszeit (Waibel 1984)

Aus Abb 39 ist ersichtlich dass die Foumlhnhaumlufigkeit im Bodenseebecken von Ost nach West abnimmt Fuumlr das Zustandekommen der seltenen Foumlhndurchbruumlche im mittleren und westlichen Bodensee gibt es zwei Theorien

Abb 39 Foumlhnhaumlufigkeit uumlber dem Bodensee und im Muumlndungsgebiet des Alpenrheins in StundenJahr uumlber den Zeitraum Mai 1973 bis April 1975 gemittelt Quelle Muumlhleisen 1977

Laut Peppler beguumlnstigt der Bodensee durch seine Funktion als Waumlrmereservoir die Ausbreitung des Foumlhns In den Jahreszeiten waumlhrend derer der See waumlrmer ist als die daruumlber liegende Luft wird die Kaltluftschicht die im Alpenvorland den Foumlhndurchbruch bis zum Boden hemmt uumlber dem Wasser erwaumlrmt Dadurch nimmt ihre Dicke ab oder sie loumlst sich sogar ganz auf und der Foumlhn kann sich leichter ausbreiten als uumlber Land Dieser Effekt wird durch die im Vergleich zu Landoberflaumlchen kleine Rauhigkeit des Wassers noch verstaumlrkt Auszligerdem wird die Foumlhnstroumlmung die aus dem Rheintal austritt nach Westen hin gebeugt wodurch sie auch auf westlichere Gebiete des Bodensees uumlbergreifen kann (Peppler 1926 Waibel und Gutermann 1976) Huss dagegen unterscheidet im Bodenseegebiet zwischen dem Rheintalfoumlhn der vornehmlich den Ostteil des Sees betrifft und dem Appenzeller Foumlhn dessen Ursprung die Rorschacher Voralpenberge sind Die Foumlhnereignisse westlich von Friedrichshafen lassen sich demzufolge nicht mit einem Uumlbergreifen des Rheintalfoumlhns begruumlnden Waumlhrend der Appenzeller Foumlhn auf der schweizerischen Seeseite recht haumlufig ist gelingt es ihm allerdings nur selten bis an das deutsche Ufer vorzudringen In Friedrichshafen treten beide Foumlhnarten auf wobei der Rheintalfoumlhn uumlberwiegt (Huss 1975 Waibel und Gutermann 1976)

Im Ostteil des Sees nimmt die Station Lindau eine Sonderstellung ein Obwohl sie recht genau auf

der weitergedachten Linie des Rheintals liegt wird hier oft kein kontinuierlicher Foumlhn beobachtet sondern es ereignen sich stattdessen zahlreiche Foumlhnpausen Peppler macht dafuumlr eine staumlndige Kaltluftzufuhr ins Bodenseebecken verantwortlich die den Foumlhn in unregelmaumlszligigen Abstaumlnden vom Boden abheben laumlsst (Peppler 1926)

Im Folgenden sollen exemplarisch zwei bemerkenswerte Foumlhnereignisse uumlber dem Bodensee dargestellt werden Am 8 Dezember 2006 ereignete sich uumlber dem Bodensee ein auszligergewoumlhnlicher Foumlhndurchbruch den die Autoren Haumlchler et al (2011) eingehend analysiert haben Die Besonderheit bestand im auffallend weiten Vordringen des Foumlhns nach Norden Im Zusammenhang mit Kaltluftausbruumlchen westlich von Groumlnland entstanden uumlber dem Atlantik Langwellentroumlge die in Mitteleuropa eine suumldwestliche Stroumlmung mit starker Warmluftadvektion zur Folge hatten Zwischen Island und den Britischen Inseln lag das Gebiet groumlszligter barokliner Instabilitaumlt was dort die Bildung einer intensiven Zyklone ermoumlglichte Ihr Kerndruck betrug am 3122006 weniger als 955 hPa Dem zugehoumlrigen Trog gelang es am 7122006 auf mitteleuropaumlisches Gebiet uumlberzugreifen Einen Tag spaumlter lag der Tiefdruckkern der sich infolge der okkludierten Fronten bereits wieder auffuumlllte uumlber der noumlrdlichen Nordsee und uumlber den Beneluxlaumlndern bildete sich ein Teiltief aus Dieses ist als direkter Ausloumlser fuumlr den Foumlhnfall anzusehen Seine Kaltfront drang im Zeitraum von 6 UTC bis 12 UTC von der Westkuumlste Frankreichs bis zu einer Linie Benelux-Ostspanien vor und wurde anschlieszligend im Zuge einer Wellenbildung im Gebiet uumlber Suumldfrankreich gebremst Vor der Front laumlsst sich in Karten der aumlquivalent-potentiellen Temperatur in 700 hPa und 850 hPa uumlber Mitteleuropa eine markante Warmluftzunge erkennen waumlhrend die Luft im Suumldstau der Alpen potentiell kaumllter war so dass sich zwischen Alpensuumld- und Alpennordseite ein groszliger hydrostatischer Druckgradient ergab Zentrale Bedeutung kommt einem schwachen Randtief im Bodenseeraum zu das abweichend von der gewoumlhnlichen Zugbahn nicht am Alpenrand entlang sondern

weiter noumlrdlich

vom Schwarzwald uumlber den Bodensee zum Allgaumlu wanderte In der Folge dehnte sich die Zone des hohen meridionalen Druckgradienten weiter als uumlblich nach Norden aus (um 12 UTC bis zum oumlstlichen Bodensee) so dass der Foumlhn sein Geschwindigkeitsmaximum uumlber dem Bodensee erreichte (Windspitze in Altenrhein 1206 kmh) und auch auf das Gebiet noumlrdlich des Sees uumlbergreifen konnte Es wurden aumluszligerst milde Temperaturen von bis zu 20degC erreicht Um 18 UTC erreichte die Kaltfront schlieszliglich die Westalpen und beendete durch den von ihr induzierten Druckanstieg auf der Alpennordseite den Foumlhndurchbruch

Ein weiterer interessanter Foumlhnsturm uumlber dem Bodensee entwickelte sich am 13 Februar 1976 Mitteleuropa lag am 12 Februar noch auf der Vorderseite einer ausgedehnten Antizyklone und es war deshalb mit Nordwestwind und Stauniederschlag am Alpenrand zu rechnen Gleichzeitig bildete sich aber nahe Island ein Wellentief das im Tagesverlauf des 122 unter starker Intensivierung bis Nordfrankreich zog Seine Warmfront bewirkte schlieszliglich dass die Druckdifferenz zwischen suumldlichem und noumlrdlichem Alpenrand auf bis zu 10 hPa zunahm In der Folge kam es zu einem Foumlhnsturm der jedoch zunaumlchst nur die Schicht bis etwa 2000 m Houmlhe erfasste und sich im weiteren Verlauf bis auf 3500 m ausdehnen konnte Daruumlber herrschte weiterhin die prognostizierte Nordweststroumlmung und die Warmfront der Zyklone brachte den Westalpen ergiebigen Schneefall Im Alpenrheintal wurde eine Windgeschwindigkeit von uumlber 40 kn gemessen und die relative Luftfeuchte sank auf 30 Aufgrund dieser Staumlrke schaffte es der Foumlhnsturm auf den oumlstlichen Bodensee uumlberzugreifen und auch Lindau kraumlftigen Suumldwind zu bringen Die Kaltfront hatte durch den von ihr hervorgerufenen Druckanstieg schlieszliglich zur Folge dass der Foumlhn in Lindau am Nachmittag des 132 wieder zusammenbrach Bemerkenswert war insbesondere dass die Wolkendecke aufgrund der Warmfront die in groszligen Houmlhen suumldostwaumlrts zog waumlhrend des gesamten Foumlhnsturms geschlossen war und es in der Westschweiz sogar zu Niederschlaumlgen kam Auszligerdem blieb der uumlbliche Stauregen an der

Alpensuumldseite weitgehend aus Wie dieses zweite Beispiel eindrucksvoll zeigt kann es auch waumlhrend solcher Wetterlagen zu Foumlhn kommen die nicht die in Kap 212 beschriebenen Voraussetzungen fuumlr einen Foumlhndurchbruch erfuumlllen (Guumlller 1977)

Mit den Ergebnissen der bisher durchgefuumlhrten Foumlhnstudien von denen hier auf einige exemplarisch eingegangen wurde lassen sich drei Foumlhnarten definieren Bei praumlfrontalen Foumlhnlagen herrscht eine groszligraumlumige Weststroumlmung mit der Tiefdruckgebiete herangefuumlhrt werden Da der transalpine Druckgradient im Allgemeinen erst kurz vor dem Durchzug der Kaltfront fuumlr einen Foumlhndurchbruch ausreicht ist dieser von kurzer Dauer und kann nicht auf das Alpenvorland uumlbergreifen Selten tritt Foumlhn auch vor Warmfronten auf was meist durch eine hebungsbedingte geschlossene Wolkendecke gekennzeichnet ist Der Foumlhnfall vom 13 Februar 1976 (so) gehoumlrt in diese Klasse Von laumlngerer Dauer sind dagegen Foumlhnereignisse die von einem quasistationaumlren Trog uumlber Westeuropa begleitet werden Erst wenn sich dieser Trog weiter nach Osten verlagert kann die Kaltfront des dazugehoumlrigen Bodentiefs den Foumlhn beenden Der Foumlhn kann jedoch auch dann zusammenbrechen wenn sich ein Teil des Houmlhentroges abschnuumlrt und der so entstandene Kaltlufttropfen in Richtung des oumlstlichen Mittelmeeres abwandert In den Alpentaumllern wird in diesem Fall ohne Frontdurchzug eine Drehung des Bodenwindes auf Nord festgestellt (Burri et al 1999)

Tab 31 stellt abschlieszligend die Kriterien dar die die Arbeitsgemeinschaft Foumlhnforschung Rheintal-Bodensee (AGF) entwickelt hat um im Detail entscheiden zu koumlnnen wann es sich um ein Foumlhnereignis handelt Um der Tatsache Rechnung zu tragen dass der Foumlhn im Allgemeinen nur in abgeschwaumlchter Form auf das Alpenvorland uumlbergreift wurden fuumlr das Flachland weniger strenge Grenzwerte gewaumlhlt als fuumlr die Alpentaumller Im Bodenseebecken das dem Flachland zugerechnet wird muss der Wind in jedem Fall aus dem Sektor SW-S-E wehen damit von Foumlhn gesprochen werden kann Zusaumltzlich gibt es vier weitere Kriterien die Windstaumlrke Boumlenspitze Temperaturaumlnderung und Luftfeuchtigkeit betreffen und von denen beim Foumlhneinsatz mindestens drei erfuumlllt sein muumlssen (siehe Tab 31) Das Foumlhnende zeichnet sich dadurch aus dass entweder die Windrichtung den Sektor SW-S-E verlaumlsst oder sowohl mittlere Windstaumlrke als auch Boumlenspitze ihre Grenzwerte unterschreiten Saumlmtliche Kriterien wurden auf empirischer Basis ermittelt (Burri et al 1999)

Tab 31 Empirisch gewonnene Foumlhnkriterien fuumlr die Alpentaumller und das Flachland Quelle Burri et al 1999

324 Land-See-Wind

Simpson (1994) begruumlndet den Effekt des Land-See-Windes mit der Entstehung eines thermischen Tiefdruckgebietes uumlber dem Land an Strahlungstagen Durch die solare Einstrahlung erwaumlrmt sich der Boden stark was zu Konvektion bis zu einer bestimmten Houmlhe fuumlhrt Da sich die Wasseroberflaumlche aufgrund der hohen spezifischen Waumlrmekapazitaumlt nur extrem langsam erwaumlrmt

bildet sich unterhalb dieser Houmlhe zwischen Land und See ein Druckgradient aus der die Luft veranlasst zum Ufer hin zu stroumlmen In der Houmlhe resultiert eine deutlich schwaumlchere Ausgleichsstroumlmung Abb 310 veranschaulicht diese Situation In Strahlungsnaumlchten kuumlhlt sich die Landoberflaumlche staumlrker ab als das Wasser wodurch sich eine entgegengesetzte Zirkulation ergibt Der naumlchtliche Landwind ist allerdings grundsaumltzlich deutlich schwaumlcher als der Seewind am Tage (Simpson 1994)

Diese taumlgliche Oszillation ist also den unterschiedlichen Temperaturen der unteren Luftschicht geschuldet und wird deshalb auch thermische Welle genannt Daneben gibt es in der Atmosphaumlre einen weiteren Effekt der zu einer kurzperiodischen Druckschwankung fuumlhrt Wie im Ozean erzeugen Mond und Sonne in der Atmosphaumlre Tidenwellen mit halbtaumlglicher Periode die messbare Stoumlrungen des Luftdrucks induzieren Simpson (1994) sieht eine Analogie zwischen diesen beiden Oszillationen und fasst sie daher unter dem Begriff atmosphaumlrische Gezeiten zusammen Es muss betont werden dass es ausschlieszliglich auf die Temperaturdifferenz zwischen bodennaher Luft uumlber Land und Wasser ankommt waumlhrend die Temperatur selbst keine Rolle spielt

Abb 310 Entstehung einer Land-See-Wind-Zirkulation aufgrund des lokalen Druckgradienten Quelle Simpson 1994

An geraden Ufer- oder Kuumlstenabschnitten beschreibt der Windvektor in Folge der Land-See-Wind-Zirkulation im Laufe von 24 Stunden eine Ellipse wobei die Drehrichtung entgegen fruumlheren Vermutungen sowohl antizyklonal als auch zyklonal sein kann In Buchten oder bei stark konkaver Kruumlmmung des Ufers muumlssen die Hodographen der gegenuumlberliegenden Uferabschnitte graphisch addiert werden um den resultierenden Windrichtungsverlauf zu erhalten Bei Messungen in Schottland stellte sich auszligerdem heraus dass Berge in einer Entfernung von maximal 20 Kilometern den Land-See-Wind merklich beeinflussen koumlnnen Insbesondere vermoumlgen sie den Windvektor zu dem des Berg-Tal-Windes hin zu drehen wie Abb 311 zeigt (Simpson 1994) Ein aumlhnliches Prinzip ist analog auch fuumlr die Situation am Bodensee anzunehmen wie weiter unten naumlher erlaumlutert wird

Abb 311 Einfluss der Orographie auf die Richtung der Land- und Seewinde Quelle Simpson 1994

Die guumlnstigsten Bedingungen fuumlr das Entstehen einer Land-See-Wind-Zirkulation sind bei windschwachen Hochdrucklagen gegeben Bei zunehmendem groszligskaligen Wind nimmt die Wahrscheinlichkeit ab dass sich See- oder Landwinde ausbilden Um diese quantitativ abschaumltzen zu koumlnnen wird der Seewindindex definiert der sich aus dem Quotienten von Traumlgheits- und Auftriebskraft herleiten laumlsst Wenn U die Geschwindigkeit des groszligskaligen Windes und T die Differenz zwischen Landoberflaumlchentemperatur und Oberflaumlchentemperatur des Sees ist so lautet die Formel fuumlr den Seewindindex 12 )( TU (Simpson 1994) Messungen haben fuumlr den nordoumlstlichen Teil des Eriesees in Nordamerika einen kritischen Wert von 30 ergeben Bei einem groumlszligeren Seewindindex ist die Windgeschwindigkeit zu hoch und es kann kein Seewind entstehen (Simpson 1994 nach Biggs Graves 1962) Da der Eriesee in diesem Bereich eine Breite von etwa 30 km hat was in der Groumlszligenordnung des Bodensees liegt kann der Wert moumlglicherweise in erster Naumlherung auch auf diesen angewendet werden

Bei Hochdruckwetterlagen ist das Einsetzen des Seewindes oft leicht zu erkennen Die Konvergenz am Ufer hat Aufsteigen und bei ausreichend hohem Mischungsverhaumlltnis auch die Bildung von Cumuluswolken zur Folge (Simpson 1994)

Die Autoren Werner et al (2005) zeigen in ihrer Arbeit anhand von Messdaten dass es auch uumlber dem Bodensee eine Land-See-Wind-Zirkulation gibt Da sie sich auf Windmessungen der Station Rohrspitz in Vorarlberg beschraumlnken kann aus den Ergebnissen allerdings nicht mit Sicherheit auf den ganzen Bodensee geschlossen werden Grundsaumltzlich gilt dass die Land-See-Wind-Zirkulation im Sommer staumlrker ausgepraumlgt ist als im Winter weil dann die Temperaturunterschiede zwischen Land und See im Allgemeinen groumlszliger sind An Schoumlnwettertagen erfolgt in Rohrspitz zweimal taumlglich ein Windrichtungswechsel von etwa 140deg wohingegen bei bedecktem Himmel der Tagesgang der Windrichtung deutlich schwaumlcher ausgepraumlgt ist Dem uumlberwiegend glatten Verlauf der Richtung an Strahlungstagen steht ein stark oszillierender an wolkenreichen Tagen gegenuumlber Gleichzeitig ist die relative Haumlufigkeit von hohen Windgeschwindigkeiten an bewoumllkten Tagen groumlszliger als an Strahlungstagen So betraumlgt das mittlere Maximum am Mittag im ersten Fall 31 ms-1 und im zweiten nur 25 ms-1 (Werner et al 2005) Es ist hierbei zu beachten dass das Maximum des Landwindes in Strahlungsnaumlchten nur unwesentlich unter dem mittaumlglichen Maximum des Seewindes liegt was den Beobachtungen von Simpson (1994) widerspricht

Des Weiteren kommt es im oumlstlichsten Teil des Sees zu dem Rohrspitz gehoumlrt zu einer Interaktion des Land-See-Wind- und Hangwindsystems wie oben bereits fuumlr eine Landspitze in Schottland beschrieben So setzt morgens zuerst der Seewind ein da sich die nach Westen ausgerichteten Berghaumlnge erst spaumlter erwaumlrmen Mit der Zeit bildet sich dann auch der Hangwind aus der den Seewind unterstuumltzt und Seeluft bis in die Gipfelregionen verfrachtet Diesem orographischen Einfluss ist auch die Abweichung des Windrichtungswechsels zwischen Tag und Nacht in Rohrspitz von den erwarteten 180deg zuzuschreiben In vielen Naumlchten entsteht auszligerdem ein kraumlftiger Kaltluftstrom im Alpenrheintal der die Beobachtung von reinem Landwind unmoumlglich macht (Werner et al 2005)

Obgleich die Land-See-Wind-Zirkulation also ein wichtiges Merkmal des Windfeldes uumlber dem Bodensee ist nimmt sie fuumlr den Sturmwarndienst aufgrund der niedrigen maximalen Geschwindigkeiten (so) nur eine untergeordnete Stellung ein

33 Klimatologie der Jahre 2005 bis 2009

331 Temperatur

Die Temperatur lag im Betrachtungszeitraum von 2005 bis 2009 uumlberwiegend uumlber dem 30-jaumlhrigen Mittel (Abb 312) Zu kalt fielen nur der Januar 2006 und 2009 der Februar 2005 2006 und 2009 der August 2006 und der September 2007 und 2008 aus Auszligergewoumlhnlich warm waren dagegen der Januar 2007 Juli 2006 April 2007 August 2009 und September 2006 Besonders hervorzuheben ist der Januar 2007 mit einer extremen Abweichung von etwa +5degC gleiches gilt fuumlr den Juni 2006 der als markante Hitzeperiode in Erinnerung blieb Bis April erweist sich 2007 durchgehend als das waumlrmste Jahr waumlhrend der Herbstmonate und im Dezember nimmt 2006 den ersten Rang ein

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

Abb 312 Vergleich der Monatsmitteltemperatur in Konstanz fuumlr 2005 2006 2007 2008 und 2009 mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (1960-1990)

332 Niederschlag

Die jahreszeitliche Niederschlagverteilung zeigt ein uneinheitliches Bild (Abb 313) wobei groszlige positive wie negative Abweichungen vom langjaumlhrigen Mittel die Regel sind Es laumlsst sich kein Trend zu houmlheren oder niedrigeren Niederschlagssummen feststellen Zwar gibt es Monate wie zum Beispiel den Juni die in der Mehrzahl der Jahre deutlich zu trocken ausfallen oder den August der meist stark uumlberdurchschnittliche Regensummen aufweist aber in allen Monaten sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Jahren groszlig Ein Jahresgang der Abweichung ist nicht erkennbar Aufgrund ihrer sehr hohen Niederschlagssummen stechen die Monate Maumlrz 2006 und August 2007 hervor in denen mehr als doppelt so viel Regen fiel wie im langjaumlhrigen Mittel Extrem trocken hingegen waren der April 2007 und 2009 sowie der Oktober 2007

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Abb 313 Niederschlagssumme in den Monaten der Jahre 2005 (violett) 2006 (rot) 2007 (orange) 2008 (gruumln) und 2009 (blau) verglichen mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (schwarze Linie)

333 Sonnenscheindauer

Die Sonnenscheindauer weist deutlich kleinere Differenzen gegenuumlber dem langjaumlhrigen Mittel auf als der Niederschlag (Abb 314) Dabei fallen die positiven Abweichungen insgesamt groumlszliger aus als die negativen Als bemerkenswert sonnenscheinreich sind der Februar 2008 April 2007 und Juli 2006 hervorzuheben deutlich zu wenige Sonnenstunden wurden hingegen im August 2006 registriert Diese Beobachtungen decken sich sehr gut mit den Ergebnissen der Niederschlagsanalyse (Kap 332) denn die drei besonders sonnenscheinreichen Monate zeichnen sich alle durch klar unterdurchschnittliche Niederschlagssummen aus der sonnenscheinarme August 2006 hingegen weist hinsichtlich seiner Regensumme eine hohe positive Abweichung vom langjaumlhrigen Mittel auf Erwartungsgemaumlszlig gehen also hohe Niederschlagssummen mit wenig Sonnenschein einher

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Abb 314 Sonnenscheindauer in den Monaten der Jahre 2005 (violett) 2006 (rot) 2007 (orange) 2008 (gruumln) und 2009 (blau) verglichen mit dem 30-jaumlhrigen Mittel (schwarze Linie)

334 Wind

Abb 315 zeigt die absolute Haumlufigkeit von Messintervallen mit Starkwindboumlen fuumlr die Monate der einzelnen Jahre an der Station Konstanz

Abb 315 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Windgeschwindigkeiten von 25 kn bis 33 kn (Starkwind) an der Station Konstanz in den Jahren 2005 2006 2007 2008 und 2009 Zur besseren Lesbarkeit aumlndert sich die Skalierung der Ordinate ab dem Wert 30 um den Wert 4 die Balken sind in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt

In allen Jahren ist eine deutliche saisonale Variabilitaumlt mit den houmlchsten Werten im Winter und den niedrigsten im Sommer zu erkennen Am starkwindreichsten fiel das Jahr 2007 aus wobei hier besonders die Monate Januar und Mai hervorzuheben sind 2008 war zwar insgesamt eher starkwindarm im Maumlrz jedoch wurde die houmlchste monatliche Starkwindhaumlufigkeit des gesamten Untersuchungszeitraums registriert Interessanterweise kam es im Januar 2006 zu keinem einzigen Starkwindereignis was im Kontrast zum Maximum von uumlber 70 Starkwindstunden im Januar 2007 steht und so die hohen Schwankungen zwischen den einzelnen Jahren illustriert Die Sturmhaumlufigkeit (Abb 316) weist qualitativ den gleichen Jahresgang auf wie die Starkwindhaumlufigkeit sie liegt aber in allen Monaten und Jahren deutlich niedriger

Abb 316 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Windgeschwindigkeiten ab 34 kn (Sturm) an der Station Konstanz in den Jahren 2005 2006 2007 2008 und 2009 Zur besseren Lesbarkeit aumlndert sich die Skalierung der Ordinate ab dem Wert 10 um den Faktor 5 die Balken sind in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt

Erneut sind die Schwankungen zwischen den Jahren sehr groszlig wobei markante Haumlufigkeitsspitzen im Januar 2007 und Maumlrz 2008 registriert wurden

Ein wichtiger Erkenntnisgewinn aus Abb 317 ist dass es zwischen den Haumlufigkeiten von Starkwinden und Stuumlrmen keinen linearen oder quasilinearen Zusammenhang gibt Vielmehr scheinen sie nur sehr schwach korreliert zu sein

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

Abb 317 Haumlufigkeitsverteilung der Starkwindstunden (rotbraun) und Sturmstunden (gelb) in Konstanz im Betrachtungszeitraum von 2005 bis 2009

Abb 317 bestaumltigt auszligerdem die Beobachtung dass 2007 das starkwind- und sturmreichste Jahr war Dies hing unter anderem mit dem Sturm Kyrill zusammen Aufgrund der langen Dauer des von Zyklone Emma verursachten Starkwindereignisses nimmt das Jahr 2008 bei den Winden zwischen 25 kn und 33 kn klar den zweiten Rang ein waumlhrend die zweithaumlufigsten Sturmstunden im Jahr 2005 registriert wurden 2005 war gleichzeitig das starkwindaumlrmste Jahr

Im Folgenden wird exemplarisch auf einige interessante Starkwindfaumllle eingegangen Ein bemerkenswert heftiger Sturm ging am 181912007 mit dem Tiefdruckgebiet Kyrill einher und sorgte in ganz Deutschland fuumlr groszlige Schaumlden (Abb 318) Die Zyklone befand sich am 181 uumlber den Britischen Inseln und zog anschlieszligend schnell uumlber die Nordsee und Suumldskandinavien zur Ostsee Ihre Intensivierung wurde zum einen von einem sehr starken Strahlstrom und zum anderen von der ungewoumlhnlich hohen Temperatur im Warmsektor gefoumlrdert Fuumlr den westlichen und mittleren Bodensee galt fuumlr die gesamte Warnperiode beider Tage eine Starkwindwarnung und nur geringfuumlgig kuumlrzer eine Sturmwarnung waumlhrend der Ostteil des Sees zeitweise von Abschattungseffekten profitierte (Schickedanz et al 2008)

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

Abb 318 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Konstanz (dunkelblau) und Altenrhein (rosa) waumlhrend der Sturmes Kyrill am 181912007

Gleich zu Beginn des meteorologischen Fruumlhjahrs am 132008 zog das Orkantief Emma uumlber Mitteleuropa und brachte dem Bodenseegebiet Boumlenspitzen von bis zu 60 kn Der Tagesgang der Windgeschwindigkeit ist in Abb 319 dargestellt Neben den hohen Windgeschwindigkeiten zeichnete sich Emma durch ihre ungewoumlhnliche lange Dauer von etwa 48 Stunden aus wobei auch die 34-kn-Schwelle (Sturm) mehrmals fuumlr mehrere Stunden uumlberschritten wurde Die Luumlcke in der Sipplinger Datenreihe am Abend des 13 sowie in der Altenrheiner Zeitreihe am Nachmittag des 23 ist auf Stoumlrungen der Messapparatur zuruumlckzufuumlhren

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

Abb 319 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (Ste dunkelblau) Sipplingen (Sip violett) und Altenrhein (Alt orange) waumlhrend des Sturmes Emma vom 29208 bis 2308 Die Boumlenspitze bezieht sich auf ein 10-Minuten-Intervall

In Abb 320 ist der Verlauf der Boumlengeschwindigkeit waumlhrend des Kaltfrontdurchgangs vom 1982008 von 1600 UTC bis 1850 UTC dargestellt Waumlhrend in Lindau Spitzenwerte von fast 50 kn erreicht wurden fielen die frontbedingten Boumlen in Guumlttingen deutlich schwaumlcher aus In der Grafik wird sehr schoumln der zeitliche Versatz des Geschwindigkeitsmaximums von West nach Ost sichtbar Waumlhrend es in Guumlttingen schon um 1640 Uhr eintrat wurden in Altenrhein und Lindau erst um 1710 Uhr bzw 1720 Uhr Houmlchstwerte registriert Typisch fuumlr Frontdurchzuumlge ist das zuumlgige Anschwellen der Windgeschwindigkeit zu Beginn des Windereignisses So nahm die Boumlenstaumlrke in Altenrhein innerhalb einer halben Stunde von 3 kn auf 29 kn zu

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

GuumlttingenAltenrheinLindau

Abb 320 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Guumlttingen (dunkelblau) Altenrhein (rot) und Lindau (tuumlrkis) waumlhrend eines starken Frontdurchgangs am 1982008 Die Boumlenspitze bezieht sich auf ein 10-Minuetn-Intervall

Abb 321 zeigt den Verlauf der Boumlengeschwindigkeit waumlhrend eines weiteren kraumlftigen Frontdurchzugs am 2652009 Die Zunahme der Windstaumlrke bei Eintreffen der Front ist hier noch markanter ausgepraumlgt als im zuvor besprochenen Fall In Steckborn schwoll die Geschwindigkeit innerhalb von nur 20 Minuten um 60 kn bis auf Orkanstaumlrke an

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

SteckbornGuumlttingenAltenrhein

Abb 321 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (dunkelblau) Guumlttingen (rosa) und Altenrhein (gruumln) waumlhrend starker Frontgewitter am 2652009

Am 1022009 zog der Sturm Quinten uumlber Mitteleuropa und brachte dem Bodensee mehrere Stunden lang Boumlen in Sturmstaumlrke (Abb 322) Bemerkenswerterweise wurden waumlhrend Quinten mehr Messintervalle mit Sturm als mit Starkwind registriert Die Windstaumlrke im Westteil des Sees (Steckborn) nahm rapide zu und verharrte anschlieszligend lange auf hohem Niveau so dass sie nur waumlhrend einer verhaumlltnismaumlszligig kurzen Zeitspanne in den Starkwindbereich fiel Interessant ist auszligerdem dass sich in Altenrhein von ca 700 bis 900 ein kurzer Foumlhndurchbruch ereignete waumlhrend in Steckborn und Guumlttingen bereits der Suumldweststurm einsetzte Diese Periode ist in der Grafik mit schwarzen Strichen gekennzeichnet Gegen 900 flaute der Wind in Altenrhein ab um sofort wieder bis auf 40 kn zuzunehmen nun allerdings von 180deg auf 240deg gedreht und somit an das synoptischskalige Windfeld angeglichen

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

Abb 322 Zeitlicher Verlauf der Boumlengeschwindigkeit an den Stationen Steckborn (Ste dunkelblau) Guumlttingen (Guumlt rosa) und Altenrhein (Alt gruumln) waumlhrend des Sturms Quinten am 1022009 Anfang und Ende des Foumlhns in Altenrhein sind schwarz markiert

4 Datenmaterial und Analysemethoden

Die vorliegende Arbeit kombiniert bekannte Untersuchungsansaumltze vorheriger Forschungen und erweitert das Methodenspektrum Beispielsweise werden Datenreihen an Einzelstationen mit synoptischen Wetterkarten kombiniert Dies fuumlhrt zu neuen Erkenntnissen in Verbindung mit einer Klassifikation der Starkwindursachen Des Weiteren wurde ein eigenes Verfahren zur Bestimmung der zu erwartenden maximalen Boumlengeschwindigkeit entwickelt Erstmalig wird auszligerdem die Prognoseguumlte nicht nur statistisch ausgewertet sondern auch auf die meteorologischen Bedingungen bezogen

41 Datenmaterial

411 Winddaten

In dieser Diplomarbeit wird das Windfeld uumlber dem Bodensee auf Grundlage der Daten der neun Messstationen analysiert die der Sturmwarndienst Bodensee sowohl am deutschen als auch schweizerischen Ufer betreibt (vgl Kap 22) Tab 41 gibt Aufschluss uumlber deren Houmlhe und geographische Lage In der letzten Spalte ist auszligerdem aufgefuumlhrt welchem Seeteil die jeweilige Station angehoumlrt

Tab 41 Geographische Informationen uumlber die Stationen des Sturmwarndienstes Bodensee

Station Kuumlrzel Houmlhe uumlber NN Geogr Breite Geogr Laumlnge

WestMitteOst Gailingen Gai 450 m 4770deg N 873deg O West Espasingen Esp 398 m 4782deg N 902deg O West Sipplingen Sip 705 m 4781deg N 910deg O West Steckborn Ste 398 m 4767deg N 898deg O West Konstanz Kon 442 m 4768deg N 919deg O WestMitte Friedrichshafen Fri 394 m 4765deg N 948deg O Mitte Guumlttingen Guumlt 440 m 4760deg N 928deg O Mitte Lindau Lin 397 m 4754deg N 969deg O Ost Altenrhein Alt 398 m 4748deg N 957deg O Ost

Die Laumlnge des Messintervalls betraumlgt in Konstanz 60 Minuten und an allen anderen Stationen 10 Minuten Fuumlr jedes Intervall wird die mittlere Windrichtung in Dekagrad die mittlere Windgeschwindigkeit in kn sowie die maximale Geschwindigkeit (Boumlenspitze) abgespeichert Da uumlber dem Bodensee von der mittleren Windstaumlrke nur selten Gefahr ausgeht warnt der Sturmwarndienst grundsaumltzlich nur vor Boumlen Dementsprechend wird in dieser Arbeit auf die Behandlung des 10-Minuten-Mittels (respektive 60-Minuten-Mittel in Konstanz) verzichtet An allen deutschen Stationen gilt die Regel dass lediglich fuumlr das Intervall zwischen 40 und 50 Minute Werte gespeichert werden wenn die Boumlenspitze schwaumlcher als 19 kn ist In den anderen Intervallen wird den drei Messgroumlszligen der Wert 0 zugewiesen Sobald die maximale Geschwindigkeit in einem beliebigen Messintervall auf mindestens 19 kn steigt werden fuumlr dieses die tatsaumlchlichen Werte gespeichert Bei Betrachtung der Zeitreihen hat sich herausgestellt dass dieses Verfahren nicht immer einwandfrei funktioniert So ist gelegentlich zu beobachten dass uumlber eine Laumlnge von mehreren Stunden Spitzenboumlen deutlich oberhalb von 19 kn registriert wurden und die Speicherroutine dennoch nicht auf den 10 -Takt wechselte

Die schweizerischen Stationen speichern die Daten geschwindigkeitsunabhaumlngig alle 10 Minuten ab

Die vorliegende Arbeit untersucht die Windverhaumlltnisse uumlber dem Bodensee erstmals auf Basis einer mehrjaumlhrigen Datenreihe Dabei wurde der Zeitraum von 2005 bis 2009 betrachtet wobei jeweils das gesamte Jahr Gegenstand der Analyse war Bei der Wahl eines Untersuchungszeitraums von lediglich einem Jahr oder weniger wie zum Beispiel in den Arbeiten von Wagner (2003) und Muumlhleisen (1977) besteht die Gefahr dass einerseits eine ungewoumlhnliche Haumlufung von Starkwindlagen oder andererseits deren weitgehendes Ausbleiben innerhalb des Bezugszeitraums das Ergebnis verfaumllschen Gleichermaszligen kann die Beschraumlnkung auf nur einen Teil des Jahres dazu fuumlhren dass saisonal bedingte Beobachtungen das Gesamtbild verfaumllschen Um die Nachtstunden auszublenden waumlhrend derer der Bodensee nicht bewarnt wird wurden bei saumlmtlichen Auswertungen nur die Messwerte des Zeitraums von 400 UTC bis 2150 UTC beruumlcksichtigt Obwohl der Warntag im Winter entsprechend der astronomischen Tageslaumlnge um einige Stunden kuumlrzer ist wurde der betrachtete Zeitraum dort unveraumlndert gelassen um eine Vergleichbarkeit der Jahreszeiten zu gewaumlhrleisten

412 Verifikationsdaten

In Kap 22 wurden bereits die Verifikationsvariablen eingefuumlhrt die der Quantifizierung der Prognoseguumlte dienen Da nicht bewertet wird ob die exakte Geschwindigkeit der Spitzenboumle korrekt vorhergesagt wurde sondern nur ob eine rechtzeitige Warnung vor dem Uumlberschreiten der Schwellen von 25 kn und 34 kn (StarkwindSturm) erfolgte handelt es sich um eine zweistufige JaNein-Vorhersage deren Evaluierung vergleichsweise einfach ist Nach Stanski et al (1989) und Schickedanz et al (2010) laumlsst sich die Warnguumlte mit Hilfe von vier Variablen beschreiben Ihre Bedeutung und Berechnungsformeln sind in Tab 42 zusammengefasst

Tab 42 Berechnung und Bedeutung der Variablen die die Guumlte von JaNein-Vorhersagen beschreiben

Variable Formel Bedeutung Trefferrate (TR)

JTR (4) Verhaumlltnis bewarnter Boumlen zu allen Boumlen 0ltTRlt1 Idealwert 1

Falschalarmrate (FA)

WFA (5) Verhaumlltnis uumlberfluumlssiger Warnungen zu allen Warnungen 0ltFAlt1 Idealwert 0

Rate korrekter Vorhersagen (KV)

NNNNNN

Verhaumlltnis erfolgreicher Warnzeit zu Gesamtzeit bestimmt vom Trivialfall keine Boumle keine Warnung

0ltKVlt1 Idealwert 1 BIAS

JWBIAS (7) Verhaumlltnis vorhergesagter und eingetroffener Ereignisse BIASgt0 Idealwert 1

Es werden folgende Abkuumlrzungen verwendet

Tab 43 Kontingenztabelle fuumlr Warnungen Quelle Stanski et al (1989)

Stunden ohne Warnung

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

Die wichtigsten Groumlszligen sind die Trefferrate und die Falschalarmrate Waumlhrend die Trefferrate die Anzahl bewarnter Boumlenstunden und aller Stunden ins Verhaumlltnis setzt und somit indirekt angibt wie oft Boumlen verpasst wurden beschreibt die Falschalarmrate das Verhaumlltnis unnoumltiger Warnungen zu allen Warnungen Die Trefferrate laumlsst sich leicht durch systematisches Uumlberwarnen erhoumlhen Dies resultiert in einer houmlheren Falschalarmrate Da zu haumlufige Fehlalarme aber schnell den Respekt der Nutzer vor den Warnungen schwinden lassen darf die Praxis des Uumlberwarnens nicht ausarten sondern sollte sich vielmehr ausschlieszliglich auf die am schwersten zu entscheidenden Faumllle beschraumlnken Im Zweifel ist dennoch eine falsche Warnung einer verpassten Boumle vorzuziehen Die Rate korrekter Vorhersagen hat den Nachteil dass sie vom Trivialfall ( keine Boumle keine Warnung ) bestimmt wird weshalb sie beim Sturmwarndienst keine Verwendung findet Der BIAS gibt das Verhaumlltnis der vorhergesagten zu den eingetroffenen Ereignissen an Er allein ist kein Maszlig fuumlr die Warnguumlte sondern gibt vielmehr die Tendenz zum Uumlber- bzw Unterwarnen an So signalisiert ein Wert uumlber 1 Uumlberwarnen und ein Wert unter 1 Unterwarnen Zu beachten ist aber dass der Idealwert 1 theoretisch auch erreicht werden kann wenn die Zahl verpasster Boumlen und falscher Alarme gleich ist egal bei welchem Betrag Auch der BIAS wird vom Sturmwarndienst Bodensee nicht routinemaumlszligig berechnet weshalb sich diese Diplomarbeit ebenfalls nur mit Trefferrate und Falschalarmrate beschaumlftigt

Die Verifikation erfolgt manuell um Fehlentscheidungen ruumlckblickend analysieren und deren Gruumlnde feststellen zu koumlnnen Dies ermoumlglicht am besten ein Lernen aus den begangenen Fehlern (Schickedanz et al 2010) Es wird fuumlr jede Stunde eine Wertung abgegeben die sich folgender Indizes bedient

J berechtigte Warnung (positiv)

N keine Warnung keine Boumle (positiv Trivialfall)

B verpasste Boumle (negativ)

W Fehlalarm (negativ)

Dabei erfolgt die Verifikation fuumlr die drei Seeteile getrennt Fuumlr die Wertung J reicht es wenn die Warnschwelle an einer Station im entsprechenden Seeteil uumlberschritten wird Gleichermaszligen fuumlhrt auch eine verpasste Boumle an nur einer Station zu einem B

Wird die Warnung nach Auftreten der ersten Boumle ausgegeben oder vor der letzten aufgehoben lautet die Wertung B Warnungen fruumlhestens eine Stunde vor Eintreten der ersten Boumle sind gerechtfertigt ( J ) da eine gewisse Vorlaufzeit sinnvoll ist genauso duumlrfen sie laumlngstens eine Stunde nach der letzten Boumle noch in Kraft sein Warnungen auszligerhalb dieses Zeitraums werden mit einem W belegt Es gilt eine Toleranz von 2 kn So werden Warnungen ab einer Spitzenboumle von 23 kn als gerechtfertigt gewertet ebenso ist es zulaumlssig bis zu einer Geschwindigkeit von 27 kn nicht zu warnen Fuumlr Sturm wird eine eigene Bewertung durchgefuumlhrt wobei fuumlr die Warnschwelle von 34 kn ebenfalls eine Toleranz von 2 kn gilt Ist also bei 36 kn nur eine Starkwindwarnung aktiv so wird in der Starkwindverifikation ein J und in der Sturmverifikation ein N eingetragen Die Summe aller Wertungen J ergibt NJ die aller Wertungen W ergibt NW usw

42 Analysemethoden

Fuumlr alle Berechnungen und graphischen Darstellungen wurde das Programm Microsoft Excel 2003 verwendet Dessen hoher Automatisierungsgrad und mittlerweile stark gewachsene Leistungsfaumlhigkeit sowohl in Bezug auf das Datenvolumen als auch auf die zur Verfuumlgung stehenden Analysefunktionen machte es moumlglich sich bei der Auswertung auf Excel zu beschraumlnken

421 Haumlufigkeitsverteilungen fuumlr Monate und Jahreszeiten

Um die Starkwindhaumlufigkeit in den verschiedenen Monaten und Jahreszeiten zu ermitteln wurden alle 10-Minuten-Intervalle gezaumlhlt in denen die Maximalgeschwindigkeit bei mindestens 25 kn lag Bei der Sturmhaumlufigkeit wurde die Grenze von 34 kn verwendet Die variable Speicherroutine der deutschen Stationen bereitete hierbei keine Probleme weil bereits ab 19 kn alle 10 Minuten ein Wert gespeichert wird was klar unterhalb der Starkwindschwelle liegt Dennoch kann es in wenigen Einzelfaumlllen zu einer Nichtberuumlcksichtigung von Starkwindintervallen gekommen sein wenn naumlmlich der 10 -Takt trotz ausreichend hoher Windstaumlrke faumllschlicherweise nicht einsetzt (vgl Kap 411)

Die Balkendiagramme geben die mittlere jaumlhrliche Zahl von 10-Minuten-Intervallen mit StarkwindSturm in dem jeweiligen Monat an die Diagramme von Konstanz beziehen sich analog auf 60-Minuten-Intervalle Bei der jahreszeitlichen Betrachtung wurden die mittleren Starkwind- und Sturmhaumlufigkeiten in den zu einer meteorologischen Jahreszeit gehoumlrenden Monaten addiert Es wurde fuumlr alle Stationen eine einheitliche Skalierung der Ordinate gewaumlhlt um die Vergleichbarkeit sicherzustellen Verzeichnet eine Station stark erhoumlhte Haumlufigkeitswerte so orientiert sich die Skala an den Haumlufigkeiten der anderen Stationen Daruumlber wird die Ordinate bei einer um den Faktor 4 modifizierten Skalierung weitergefuumlhrt Balken in diesem Bereich sind dunkel eingefaumlrbt

422 Signifikanztests

Der Jahresgang der Starkwind- und Sturmhaumlufigkeit zeigt an manchen Stationen unerwartete Maxima (Kap 521 und 522) die auf statistische Signifikanz uumlberpruumlft werden muumlssen Bei einem Signifikanztest wird grundsaumltzlich versucht die sogenannte Nullhypothese H0 zu widerlegen nach der die zu pruumlfende Beobachtung rein zufaumlllig ist Wird die Nullhypothese abgelehnt impliziert dies das Annehmen der Alternativhypothese A1 und die Beobachtung gilt damit als uumlberzufaumlllig oder signifikant Manchmal existieren auch zwei Alternativhypothesen A1

und A2 In diesem Falle wird entweder A1 oder A2 angenommen Das beschriebene Vorgehen erinnert an den mathematischen Widerspruchsbeweis bei dem ebenfalls zuerst vom Gegenteil ausgegangen und dann versucht wird dessen Unmoumlglichkeit zu zeigen Dennoch kann ein statistischer Test nicht als Beweis im mathematischen Sinne bezeichnet werden weil sein Ergebnis nie sicher ist Vielmehr handelt es sich um eine sogenannte Mutmaszligung und selbst bei gerechtfertigter Annahme der Alternativhypothese kann in Wahrheit die Nullhypothese richtig sein (Schoumlnwiese 2006)

In dieser Arbeit wird der sup2-Anpassungstest verwendet der eine empirische Haumlufigkeitsverteilung mit einer theoretischen hier der Normalverteilung vergleicht Die Nullhypothese besteht dabei in der Aussage dass die empirische Verteilung (monatliche Haumlufigkeitsverteilung der StarkwindeStuumlrme) signifikant an die Normalverteilung angepasst ist dh die zu pruumlfenden Schwankungen nur zufaumlllig sind Wird die Alternativhypothese angenommen so bedeutet dies dass die empirische Verteilung signifikant von der Normalverteilung abweicht und die Schwankungen damit als uumlberzufaumlllig gelten Der Test ist nur unter folgenden Voraussetzungen geeignet die bei Anwendung in Kap 521 und 522 alle erfuumlllt werden (Schoumlnwiese 2006)

Die empirische Stichprobe ist klassenorientiert

Der Stichprobenumfang sollte groumlszliger als 30 sein (ideal gt50)

Die Klassenbesetzungszahl darf niemals Null betragen und sollte groumlszliger gleich 4 sein

Die Stichprobe sei in m Klassen unterteilt die Haumlufigkeit in der i-ten Klasse werde mit zi und ihr Wert gemaumlszlig der theoretischen Verteilung mit i bezeichnet Dann gilt laut Schickedanz (1991)

2 )( (8)

wobei die ui unabhaumlngig voneinander sind und die folgende lineare Beziehung erfuumlllt ist m

Die Zahl der Freiheitsgrade f ist um 1 kleiner als Klassenanzahl m

Fuumlr die theoretisch zu erwartende Starkwindhaumlufigkeit im i-ten Monat gilt

igesamt

gesamti t

mit gesamt uumlber den betrachteten Zeitraum summierte Starkwindhaumlufigkeit

tgesamt Dauer des betrachteten Zeitraums ti Dauer des zu pruumlfenden Monats

Der aus Formel 8 errechnete Wert fuumlr sup2 wird mit der in Tab B1 im Anhang angegebenen Pruumlfgroumlszlige verglichen wobei die Zahl der Freiheitsgrade bekannt sein muss Die Irrtumswahrscheinlichkeit

gibt die Wahrscheinlichkeit fuumlr einen falschen Testentscheid an ihr Komplement ist das Signifikanzniveau Si Es ist immer die kleinstmoumlgliche Irrtumswahrscheinlichkeit zu waumlhlen fuumlr die die zugehoumlrige Pruumlfgroumlszlige noch kleiner ist als das errechnete sup2 (Schoumlnwiese 2006) Das folgende Bespiel verdeutlicht die Vorgehensweise Bei Verwendung von 5 Klassen (also 4 Freiheitsgrade) sei sup2 = 140 Fuumlr = 1 betraumlgt die Pruumlfgroumlszlige laut der Tabelle 133 fuumlr

= 01 liegt sie bei 185 Daher kann die Nullhypothese mit einer Irrtumswahrscheinlich von 1 nicht aber 01 abgelehnt werden

Mit Hilfe von Gl 8 ist es also moumlglich zu uumlberpruumlfen ob die Starkwindhaumlufigkeitsverteilung insgesamt signifikant von der Normalverteilung abweicht In dieser Arbeit interessiert aber vielmehr die Fragestellung inwiefern die Haumlufigkeitsspitze in einem bestimmten Monat als uumlberzufaumlllig zu bewerten ist Dazu wird die Summe in Gl 8 auf zwei Glieder reduziert von denen das erste (j = 1) fuumlr den zu pruumlfenden Monat steht und das zweite fuumlr die Gesamtheit der anderen betrachteten Monate (j = 2)

Es ergibt sich

))(()(

wenn n Gesamtzahl der betrachteten Monate ist (Schickedanz 1991)

Bei der Untersuchung des unerwarteten Haumlufigkeitsmaximums im Maumlrz wurden die Monate November bis Maumlrz als Grundgesamtheit gewaumlhlt (n = 5) die Signifikanz der Haumlufigkeitsspitzen waumlhrend der starkwindarmen Jahreszeiten wurde auf Basis einer Grundgesamtheit von drei Monaten uumlberpruumlft (n = 3)

423 Windrosen

Die Richtungsabhaumlngigkeit der Starkwind- und Sturmhaumlufigkeit wurde mit Hilfe zwoumllfteiliger Windrosen untersucht Dabei wird der Vollkreis so in zwoumllf Sektoren unterteilt dass den Haupthimmelsrichtungen N O S W je ein Sektor zukommt Der Nordsektor liegt also zwischen 345deg und 15deg der Ostsektor zwischen 75deg und 105deg usw Die Wahl von zwoumllf Sektoren ist allgemein sehr gebraumluchlich da diese die Richtungsverteilung ausreichend genau darstellen Bei einer groumlberen Unterteilung wie zum Beispiel der acht- oder vierteiligen Windrose besteht die Gefahr zu viele Informationen zu verlieren

Die Ordinate der Windrosen bezieht sich wie die der im vorherigen Abschnitt erlaumluterten Haumlufigkeitsverteilungen auf die Anzahl der 10-Minuten-Intervalle mit Windspitzen uumlber 25 kn bzw 34 kn Im Falle von Konstanz werden 60-Minuten-Intervalle gezaumlhlt Die Skalierung ist wieder fuumlr alle Stationen gleich lediglich Steckborn hat eine andere Skala weil dort grundsaumltzlich deutlich haumlufiger Starkwindereignisse auftreten als an den uumlbrigen Messpunkten

424 Untersuchung von Westnordwestwinden im Ostteil

Um die Beschleunigung von Luftpaketen auf ihrem Weg von West nach Ost uumlber die reibungsarme Wasserflaumlche zu quantifizieren wurden die Messwerte von Lindau mit denen von Sipplingen und Steckborn in Abhaumlngigkeit von der Windrichtung verglichen Dazu wurden als erstes alle Datensaumltze ausgewaumlhlt die eine Boumlenspitze von mindestens 16 kn aufwiesen um das Verhalten der Schwachwinde auszublenden Fuumlr diese wurden anschlieszligend die Differenzen zwischen dem 10-Minuten-Maximum der Geschwindigkeit in Lindau und dem in Sipplingen bzw Steckborn berechnet und fuumlr jede Windrichtung (in ganzen Dekagrad) gemittelt Positive Differenzen bedeuten definitionsgemaumlszlig dass der Wind in Lindau staumlrker war als an den westlichen Stationen Diese Auswertung orientiert sich an der Vorgehensweise von Jellinghaus (unveroumlffentlicht) der aber lediglich das Jahr 2008 auswertete

425 Bestimmung der Ursachen von Starkwindereignissen

Die Ursachen von Starkwindereignissen uumlber dem Bodensee werden auf Basis der Beobachtungen in vier Hauptklassen unterteilt

1 Gradientgetrieben 2 Front 3 Foumlhn 4 Luftmassengewitter

Die Klasse 1 umfasst sowohl die zyklonalen SW-W-Lagen als auch die antizyklonalen Biselagen aus NO da der Wind in beiden Faumlllen auf das synoptischskalige Druckgradientfeld zuruumlckzufuumlhren ist Nordwind tritt am Bodensee nicht in Starkwindstaumlrke auf und muss deshalb hier nicht beruumlcksichtigt werden Der Fall des gradientgetriebenen Starkwindes dem sich zusaumltzlich ein Frontdurchzug uumlberlagert ist in Klasse 1 integriert In die Klasse 2 fallen jene Ereignisse bei denen der synoptischskalige Druckgradient zu klein ist um Starkwind zu generieren Hier ist also die Front alleine fuumlr das Uumlberschreiten der Warnschwelle verantwortlich Auch Front- und Konvergenzgewitter gehoumlren in diese Klasse Die Abgrenzung der Klassen 3 und 4 ist selbst erklaumlrend

In welche Klasse ein Starkwindereignis faumlllt wurde nach folgenden Kriterien entschieden Im ersten Schritt wurden die Starkwindereignisse sogenannten Starkwindtagen zugeordnet Ein Starkwindtag liegt vor wenn in mindestens einem Messintervall an wenigstens einer Station eine Geschwindigkeit von mindestens 25 kn registriert wurde wobei Sturmereignisse keine gesonderte Behandlung erfuhren Hierbei spielt es keine Rolle wie oft an einem Tag Uumlberschreitungen der Starkwindschwelle auftraten Daraufhin folgte auf der Grundlage von Wetterkarten eine erste Auswahl der Starkwindtage fuumlr die vorerst noch gemeinsame Klasse 12 Verwendet wurden Karten des Vereins Berliner Wetterkarte eV fuumlr das Bodenniveau (Isobarenabstand 1 hPa und 5 hPa) und die 850 hPa-Druckflaumlche (Isohypsenabstand 4 gpdm) Die Bodenkarte mit Abstand 1 hPa lag fuumlr 12 UTC vor die Bodenkarte mit Abstand 5 hPa sowie die 850 hPa-Karte fuumlr 00 UTC Das Entscheidungskriterium war dabei der Grad der Isobarendraumlngung bzw die Existenz von Kaltfronten oder Okklusionen deren Staumlrke mit Hilfe des Gradienten der Aumlquivalentpotentiellen Temperatur abgeschaumltzt wurde Foumlhntage wurden mit Hilfe einer Liste identifiziert die die AG Foumlhnforschung RheintalBodensee routinemaumlszligig erstellt (vgl Burri 2009 und 2010) Tage an denen sowohl Foumlhn als auch gradient- oder frontinduzierter Starkwind auftrat wurden in beiden Klassen gezaumlhlt Eine Erstauswahl fuumlr Klasse 4 erfolgte mit Hilfe der Wetterbeobachtungen der Wetterwarte Konstanz und deren archivierten stuumlndlichen Beobachtungen die ebenfalls der Verein Berliner Wetterkarte eV zur Verfuumlgung gestellt hat Gewitter die im Zusammenhang mit einer Konvergenzlinie oder Front standen fielen nur in die Klasse 12

Wenn auf den Wetterkarten ein Frontdurchzug markiert war erfolgte die Abgrenzung der Klassen 1 und 2 mit Hilfe der Zeitreihen aller neun Stationen Die Fragestellung ist dabei ob der Gradientwind oder die Front maszliggeblich fuumlr das Uumlberschreiten der Warnschwelle verantwortlich war Es wurden folgende Entscheidungskriterien angewendet

Abb 41 Flussdiagramm zur Einstufung von Starkwindtagen in die Klassen 1 und 2

Diese Entscheidungsregeln soll nun ein kurzes Beispiel veranschaulichen Abb 42 zeigt die Wetterlage am 2582009 (00 UTC) uumlber Europa anhand der 850 hPa-Karte Suumlddeutschland liegt an der Grenze des zyklonalen Einflusses und es ist nicht auszumachen ob sich der zum aktuellen Zeitpunkt noch schwache Druckgradient im Tagesverlauf intensivieren wird Die Bodenkarte fuumlr 12 UTC (nicht abgebildet) gibt keine weiteren Anhaltspunkte da die Isobaren im Alpenstau extrem deformiert sind Die Kaltfront ist aufgrund des hohen Gradienten der Aumlquivalentpotentiellen Temperatur als stark einzustufen (60 K uumlber Suumlddeutschland gegenuumlber 36 K uumlber dem Aumlrmelkanal)

Abb 42 Wetterkarte vom 2582009 00 UTC fuumlr das Niveau 850 hPa Quelle Berliner Wetterkarte eV

Beim Blick auf die Zeitreihe (Tab 44) wird sofort klar dass der Wind abrupt anschwoll (Stufe 1 ja ) und das Ereignis nur kurz andauerte (Stufe 2 ja ) Auszliger dem Zeitraum in dem die

Starkwindboumlen auftraten wurden mit Ausnahme von Lindau durchweg Spitzenwerte von weniger als 10 kn gemessen (Stufe 3 ja ) In diesem Fall war also die Kaltfront fuumlr das Starkwindereignis verantwortlich das damit in die Klasse 2 faumlllt

Tab 44 Zeitliche Entwicklung des 10-Minuten-Maximums der Windgeschwindigkeit (fx) und 10-Minuten-Mittels der Richtung (dd) in Steckborn (Ste) Guumlttingen (Guumlt) und Lindau (Lin) am 2582009 Uhrzeit UTC

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

Mit Hilfe der bis jetzt genannten Entscheidungshilfen koumlnnen fast alle Starkwindtage zugeordnet werden Die einzige Schwierigkeit verbleibt bei der Klassifizierung jener Tage an denen bei niedrigem Druckgradient weder ein Frontdurchzug noch ein Foumlhndurchbruch zu vermelden war Wurden an der Wetterstation Konstanz in Abwesenheit einer Front Gewitter registriert handelte es sich zweifelsfrei um Luftmassengewitter also Klasse 4 Wenn Konstanz keine Gewitter meldete heiszligt dies nicht dass an anderen Stationen nicht dennoch konvektive Zellen durchzogen In diesem Fall halfen die og stuumlndlichen Wettermeldungen der Berliner Wetterkarte weiter Wurden an mehreren Stationen in der Naumlhe des Bodensees Gewitter oder zumindest Cb-Bewoumllkung gemeldet so fiel der Starkwindtag ebenfalls in die Klasse 4 denn dies zeigt an dass die Bedingungen fuumlr Gewitterbildung allgemein guumlnstig waren Mit diesem Kriterium lieszligen sich alle verbliebenen Starkwindtage zweifelsfrei klassifizieren

Um nun die Klasse 4 in ihre Unterklassen Waumlrmegewitter Gewitter infolge von Kaltluftadvektion in der Houmlhe und sonstige Luftmassengewitter aufzugliedern wurde wie folgt vorgegangen Stieg der Bedeckungsgrad an einem sommerlichen Strahlungstag mit hohem Taupunkt an mehreren Stationen in der Umgebung des Bodensees stark an gefolgt von Gewittermeldungen handelte es

sich dabei mit groszliger Sicherheit um Waumlrmegewitter Bei der Einstufung der Gewittertage wurde grundsaumltzlich auch immer die 500 hPa-Karte (00 UTC) hinzugezogen um der Moumlglichkeit kraumlftiger Advektion von Houmlhenkaltluft gerecht zu werden Lag Deutschland im Bereich eines ausgepraumlgten Trogs mit geringem Isohypsenabstand der fuumlr eine zuumlgige Advektion sehr kalter Luft aus dem Gebiet des Nordpolarmeers sorgte so waren haumlufig uumlber dem ganzen Land kraumlftige Gewitter zu beobachten Diese entstanden durch die starke Labilisierung der Troposphaumlre infolge des Einflieszligens dichterer Luft in der Houmlhe was eine weitere Unterklasse der Luftmassengewitter darstellt Alle anderen Luftmassengewitter bilden die dritte und letzte Unterklasse Sie entwickelten sich bei feuchtlabiler Schichtung entweder durch schwache Aufheizung von unten verbunden mit sehr hoher Luftfeuchtigkeit oder durch die naumlchtliche Ausstrahlung der Wolkenobergrenze was ebenfalls Labilitaumlt zur Folge haben kann

426 Betrachtung der Groszligwetterlagen Europas

Hess et al (1977) haben fuumlr Mitteleuropa sogenannte Groszligwetterlagen (GWL) definiert Diese zeichnen sich durch charakteristische Stroumlmungsfelder und Konstellationen der Druckzentren aus weshalb ihre Kenntnis eine ungefaumlhre Vorhersage des Witterungsverlaufes ermoumlglicht Wird eine solch feine Unterteilung nicht gewuumlnscht ist es moumlglich mehrere GWL zu Groszligwettertypen (GWT) zusammenzufassen Noch groumlber ist die Einteilung in die drei Zirkulationsformen zonal gemischt und meridional Eine verkuumlrzte Beschreibung aller Groszligwetterlagen findet sich im

Anhang in Tab B2 Auf dem Internetauftritt des Deutschen Wetterdienstes wird die Klassifikation nach Hess und Brezowsky laufend weitergefuumlhrt und es lassen sich sowohl die Wetterlagen fuumlr einzelne Tage abrufen als auch die monats- und jahresweise aufsummierten Haumlufigkeiten der GWL und GWT (Deutscher Wetterdienst 2011) Damit konnte fuumlr jeden Starkwindtag die herrschende Groszligwetterlage ermittelt werden

Die Haumlufigkeit einer bestimmten GWL an Starkwindtagen alleine ist allerdings noch nicht aussagekraumlftig denn es treten generell manche GWL oumlfter auf als andere Daher besteht die Notwendigkeit die Haumlufigkeiten an Starkwindtagen mit denen bezogen auf alle Tage zu vergleichen Dies erfolgt durch Berechnung der Differenz zwischen den relativen Haumlufigkeiten in beiden Faumlllen und anschlieszligende Visualisierung in einem Balkendiagramm Eine positive Differenz bedeutet definitionsgemaumlszlig dass die relative Haumlufigkeit in Bezug auf die Starkwindtage groumlszliger ist als in Bezug auf das Gesamtkollektiv Hierbei wurde die Verwendung von Groszligwettertypen vorgezogen um das Problem der zu geringen Haumlufigkeiten mancher GWL zu umgehen Um dennoch auch einen Eindruck von der Verteilung der Groszligwetterlagen zu bekommen wurde diese daraufhin anhand von je einem Kreisdiagramm fuumlr Starkwindtage und alle Tage in vergleichender Weise betrachtet Auszligerdem wurde analog dazu fuumlr beide Kollektive das Verhaumlltnis von zyklonalen zu antizyklonalen GWL dargestellt

427 Korrelationsberechnung

Um die Kopplung der Windgeschwindigkeiten an den verschiedenen Bodenseestationen zu uumlberpruumlfen werden in dieser Arbeit an mehreren Stellen Korrelationskoeffizienten berechnet

Der Korrelationskoeffizient gibt die Staumlrke des Zusammenhangs zwischen zwei Groumlszligen an macht aber keine Aussage dazu ob eine Variable von der anderen abhaumlngt oder ob es sich um eine wechselseitige Abhaumlngigkeit handelt In dieser Arbeit findet der Maszligkorrelationskoeffizient nach

Pearson Verwendung der sich nach folgender Gleichung berechnet

)()())((n

iii yyxxyyxxr

wobei ix und iy die Werte der beiden Variablen sind

Der Korrelationskoeffizient liegt immer zwischen -1 und 1 wobei Werte zwischen 07 und 1 einem starken und Werte zwischen 03 und 07 einem schwachen Zusammenhang entsprechen Bei r = 1 wird von perfekt positiver Korrelation gesprochen bei r = -1 von perfekt negativer Korrelation Korrelationskoeffizienten um Null bedeuten dass kein statistischer Zusammenhang vorliegt Das Bestimmtheitsmaszlig ist das Quadrat des Korrelationskoeffizienten und damit ein Maszlig fuumlr die Staumlrke des Zusammenhangs zweier Variablen in Prozent Gleichzeitig gibt er die Guumlte einer linearen Regression auf Basis der beiden Variablen an (vgl Kap 428) (Leyer et al 2007)

428 Herleitung einer Beziehung zwischen Geopotentialgradient und Windgeschwindigkeit

Mittels linearer Regression laumlsst sich aus einem Datensatz der den Gradienten der geopotentiellen Houmlhe auf der Druckflaumlche 850 hPa und die maximale Boumlengeschwindigkeit an jedem Starkwindtag enthaumllt eine empirische Beziehung zwischen beiden Groumlszligen herleiten Es zeigte sich jedoch dass sich bei weitem nicht alle Tage dafuumlr eignen weil das Geopotentialfeld haumlufig im Laufe eines Tages groszligen Veraumlnderungen unterworfen ist und die 850-hPa-Karten nur fuumlr 00 UTC vorlagen Eine Boumlenspitze beispielsweise um 16 UTC wird somit im Allgemeinen nicht vom Potentialgradienten der Wetterkarte repraumlsentiert Daher musste aus der Menge aller Starkwindtage eine passende Auswahl herausgefiltert werden

Zuerst galt es alle Starkwindtage auszuschlieszligen die ihren Ursprung in Luftmassengewittern Fronten bei schwachem Druckgradienten oder Foumlhndurchbruumlchen hatten denn in diesen Faumlllen haumlngt die Windstaumlrke houmlchstens nichtlinear mit dem Gradienten des Geopotentials zusammen Im zweiten Schritt wurden alle Tage fuumlr geeignet befunden die sich durch eine nur unwesentliche zeitliche Variation des Druckfeldes auszeichneten Durch einen Vergleich der Bodenkarten fuumlr 00 UTC und 12 UTC konnte dabei ermittelt werden ob sich die maszliggebliche Zyklone in der Zwischenzeit verlagert hatte und ob in diesem Falle das Druckgradientfeld uumlber Suumlddeutschland um 12 UTC verglichen mit dem Mitternachtstermin deutlich veraumlndert war Dieses Kriterium wurde moumlglichst streng angewandt mit dem Grundsatz im Zweifelsfall lieber geeignete Tage zu verlieren als ungeeignete mit aufzunehmen

Im Kollektiv der hierbei verworfenen Tage sind nun diejenigen dennoch fuumlr die Regression geeignet an denen der Houmlhepunkt des Windereignisses bereits in den fruumlhen Morgenstunden eintrat dh moumlglichst nah am Termin der 850 hPa-Karte Auch ein abendliches Maximum ist zu tolerieren wobei in diesem Fall die 00 UTC-Karte des naumlchsten Tages Verwendung fand Starkwindtage mit aumluszligerst rasch ziehenden Zyklonen wurden allerdings grundsaumltzlich ausgeschlossen Der letzte Schritt bestand darin innerhalb der Auswahl der geeigneten Tage solche zu finden an denen ein Frontdurchzug der dem gradientgetriebenen Starkwind uumlberlagert war erkennbar fuumlr das Tagesmaximum der Boumlenstaumlrke sorgte Diese wurden nachtraumlglich ausgeschlossen ebenso wie Tage die sich durch eine starke staubedingte Deformation der 850 hPa-Isohypsen uumlber Suumldwestdeutschland auszeichneten

Fuumlr das verbliebene Restkollektiv von 44 Tagen wurde anschlieszligend mit Hilfe eines Lineals der Abstand zweier benachbarter Isohypsen in 850 hPa uumlber der Bodenseeregion bestimmt Unter Verwendung des Maszligstabs der aus der bekannten Luftliniendistanz der Staumldte Hamburg und

Muumlnchen errechnet werden konnte erfolgte die Umrechnung der gemessenen Laumlnge in die Dimension eines Potentialgradienten mit der Einheit gpdm (100km)-1 Die resultierenden Werte sind auf eine Nachkommastelle gerundet

Fuumlr die ausgewaumlhlten Tage wurden nach diesen Regeln die Potentialgradienten ermittelt und durch die zugehoumlrigen maximalen Boumlengeschwindigkeiten an jeder Station zu einem Datensatz ergaumlnzt aus dem das lineare Regressionsmodell die gewuumlnschten empirischen Beziehungen berechnete Daraus laumlsst sich eine allgemeinguumlltige Formel zur Ableitung der maximalen Boumlenstaumlrke aus dem Gradienten des Geopotentials ermitteln Eine gute Einfuumlhrung in das Verfahren der linearen Regression findet sich zum Beispiel in Leyer amp Wesche (2007) und Schoumlnwiese (2006) deren wichtigste Aussagen im Folgenden zusammengefasst sind

Regressionsmodelle betrachten die Abhaumlngigkeit einer Groumlszlige von mindestens einer anderen Variablen dh die Zielgroumlszlige acirc laumlsst sich in Abhaumlngigkeit ihrer Einflussgroumlszligen b c d usw folgendermaszligen darstellen )( dcbfa wobei b c und d als fehlerfrei angesehen werden Im Falle lediglich einer Einflussgroumlszlige wird von zweidimensionaler Regressionsanalyse gesprochen Werden zwei Stichproben gleichen Umfangs als Punktwolke gegeneinander aufgetragen (Streudiagramm) so gibt es eine Ausgleichsgerade die das Verhalten dieser Wolke am besten darstellt Ihre Gleichung zu ermitteln ist Ziel der Regressionsrechnung Dabei kommt die Methode der kleinsten Quadrate zum Einsatz dh die Geradengleichung wird unter der Bedingung bestimmt dass die quadrierten Abweichungen der Ausgangsdaten ai von den Funktionswerten der Regressionsgleichung acirci minimal werden Die Steigung wird auch als Regressionskoeffizient bezeichnet Ein Maszlig fuumlr die Regressionsguumlte stellt das sogenannte Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 dar das das Quadrat des Korrelationskoeffizienten nach Pearson ist (vgl Kap 427) Liegen alle Punkte im Streudiagramm auf der Regressionsgeraden ergibt sich ein Bestimmtheitsmaszlig von 10 Bei groumlszligerer Streuung um die Gerade sinkt Rsup2 wobei der theoretisch moumlgliche Minimalwert 00 betraumlgt Es ist zu beachten dass ein sehr niedriges Bestimmtheitsmaszlig bei der linearen Regression nicht bedeuten muss dass zwischen den beiden Stichproben kein Zusammenhang vorliegt In manchen Faumlllen handelt es sich vielmehr um eine nichtlineare Abhaumlngigkeit die beispielsweise durch die Funktion )( pnm dcbfa

oder ))ln()ln()(ln( dcbfa zu parametrisieren ist (Leyer et al 2007 Schoumlnwiese 2006)

429 Bestimmung der Prognoseguumlte in Abhaumlngigkeit von der Jahreszeit

Die Prognoseguumlte wird mit Hilfe der Groumlszligen Trefferrate (TR) und Falschalarmrate (FA) beschrieben (vgl 412) Um TR und FA in den einzelnen Monaten zu berechnen wurden die Haumlufigkeiten verpasster Boumlen ( B ) bewarnter Boumlen ( J ) und uumlberfluumlssiger Warnungen ( W ) fuumlr jeden Monat uumlber die fuumlnf Jahre aufsummiert und daraus die gewuumlnschten Groumlszligen abgeleitet Es ist hierbei zu beachten dass sich falsche Werte ergeben wenn vorweg die Treffer- und Falschalarmrate fuumlr die Einzelmonate ausgerechnet und anschlieszligend uumlber den Fuumlnfjahreszeitraum gemittelt werden Dieses Problem wird am besten anhand eines Beispiels verstaumlndlich Im Januar 2005 wurde 100-mal J und 0-mal B verzeichnet im Januar 2006 hingegen 10-mal J und 10-mal B was einer Trefferrate von 092 entspricht Wird die zweite falsche Methode

benutzt ergibt sich fuumlr den Januar 2005 TR=10 und fuumlr den Januar 2006 TR=050 also im Mittel TR=075 Die Boumlen im Januar 2006 erhalten bei letzterer Rechnung also automatisch ein houmlheres Gewicht als die des vorhergehenden Jahres

4210 Bestimmung der Prognoseguumlte fuumlr ausgewaumlhlte Richtungssektoren

Waumlhrend Trefferrate und Falschalarmrate innerhalb eines Seeteils definitionsgemaumlszlig raumlumlich nicht variieren kann die Windrichtung an den zugehoumlrigen Stationen unterschiedlich sein Daraus ergab sich die Notwendigkeit fuumlr jeden Seeteil eine sogenannte Repraumlsentativstation auszuwaumlhlen fuumlr die die Richtungsabhaumlngigkeit der Prognoseguumlte durchgefuumlhrt wurde Im Westteil fiel die Wahl auf Sipplingen im Mittelteil auf Friedrichshafen und im Ostteil auf Altenrhein da Sipplingen und Friedrichshafen beide zu den starkwindreicheren Stationen gehoumlren und Altenrhein die meisten Foumlhnereignisse registriert Anschlieszligend wurden alle Messwerte bis auf die des Intervalls zwischen 40 und 50 Minute jeder Stunde von der Analyse ausgeschlossen um die Null-Werte der deutschen Stationen bei Schwachwind zu verlieren (siehe Kap 411) Es erschien auszligerdem sinnvoll nur all jene Termine zu beruumlcksichtigen an denen die Windrichtung an allen Stationen eines Seeteils entweder im gleichen Sektor lag wie an der Repraumlsentativstation oder in einem der direkt benachbarten

Wie in Kap 53 gezeigt wird weisen nun aber einige Sektoren der Windrose keine oder nur sehr wenige Starkwindereignisse auf Dies hat niedrige Haumlufigkeiten der Wertungen J B und W zur Folge und die Berechnung von TR und FA ist deshalb wenig sinnvoll Insbesondere kann es passieren dass TR mathematisch nicht definiert ist wenn im Bezugszeitraum weder bewarnte noch verpasste Boumlen auftraten (Division durch 0) Dies gilt analog auch fuumlr die Falschalarmrate Aus diesem Grund wurden nur diejenigen Sektoren betrachtet in denen an der jeweiligen Repraumlsentativstation regelmaumlszligig Starkwind zu verzeichnen war Die Auswahl der Sektoren ist daher in den drei Seeteilen verschieden

4211 Richtungsbezogene Betrachtung verpasster Boumlen

Um herauszufinden aus welchen Richtungen die Winde vorzugsweise wehen die an den beiden Stationen des Ostteils verpasste Starkwind- und Sturmboumlen verursachen muss ermittelt werden wie viele der Boumlen-Wertungen B auf Lindau zuruumlckgehen und wie viele auf Altenrhein Dazu werden zunaumlchst

in Abhaumlngigkeit von der Windrichtung in Dekagrad

die 10-Minuten-Intervalle aller Stunden gezaumlhlt die im Ostteil mit B belegt sind Nicht jedes B bedeutet aber dass an beiden Stationen eine Boumle verpasst wurde Von den gezaumlhlten Intervallen fallen deshalb alle weg in denen an der jeweiligen Station eine Spitzenboumle von houmlchstens 27 kn registriert wurde denn in diesen Faumlllen muss das B einer Boumle an der anderen Station geschuldet sein Damit ergibt sich nach Stationen getrennt

fuumlr jede Windrichtung die Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit unbewarnten Boumlen

Da in Folge des bekannten Beschleunigungseffekts Falschalarme deutlich haumlufiger auftreten als verpasste Boumlen laumlge es nun nahe anstatt der Haumlufigkeit von B die der unnoumltigen Warnungen ( W ) zu zaumlhlen Dies ist jedoch aus logischen Gruumlnden nicht moumlglich Das Ereignis verpasste Boumle laumlsst sich eindeutig einem 10-Minuten-Intervall zuordnen Es laumlsst sich also genau sagen welches 10-Minuten-Intervall zur Wertung B fuumlhrte Dagegen bezieht sich das Ereignis unnoumltige Warnung nicht auf ein 10-Minuten-Intervall sondern auf den Zeitraum von einer Stunde Wird zB um 1400 Uhr ein W notiert so ist der Grund fuumlr die Uumlberfluumlssigkeit der Warnung dass in jedem 10-Minuten-Intervall innerhalb der zugehoumlrigen Stunde zu niedrige Geschwindigkeiten gemessen wurden und es ist deshalb nicht moumlglich ein 10-Minuten-Intervall zu ermitteln das die Ursache fuumlr den Fehler war Eine Uumlberschreitung der 23-kn-Schwelle um 1410 Uhr haumltte die Warnung ebenso gerechtfertigt wie eine um 1440 Uhr Da aber im Allgemeinen auch in jedem 10-Minuten-Intervall eine unterschiedliche Windrichtung gemessen wird kann eine uumlberfluumlssige Warnung unmoumlglich einer Richtung zugeordnet werden

Die Unsicherheit bezuumlglich der Entwicklung des Windfeldes kann entweder zu verpassten Boumlen oder uumlberfluumlssigen Warnungen fuumlhren so dass die Richtungsverteilungen beider als aumlhnlich angenommen werden

5 Haumlufigkeit von Starkwind- und Sturmereignissen im

Zeitraum 2005 bis 2009

51 Vergleich der einzelnen Stationen

511 Geschwindigkeitsspektren

In diesem Abschnitt werden die Geschwindigkeitsspektren ausgewaumlhlter Stationen bestimmt Dies erfolgt durch die Definition von Geschwindigkeitsklassen wobei Klasse 1 die Werte 0 kn bis 2 kn umfasst die zweite Klasse 3 bis 4 kn und die n-te Klasse 2n-1 bis 2n kn In diesen Klassen werden die zugehoumlrigen Messwerte gezaumlhlt und daraus eine Haumlufigkeitsverteilung erstellt Fuumlr Informationen zur Lage der Stationen sei auf Tab 41 sowie die Karte im Anhang (Abb A1 und A2) verwiesen

Abb 51 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum fuumlr drei Stationen des Westteils Espasingen Steckborn und Sipplingen Sowohl in Espasingen als auch Steckborn sind die beiden schwachwindigsten Klassen am haumlufigsten waumlhrend sich dieses Maximum in Sipplingen zur 3 Klasse verschiebt Die Erklaumlrung hierfuumlr ist die hohe Lage der Sipplinger Station die eine weniger ausgepraumlgte Modifikation des Windfeldes und reibungsbedingte Abbremsung der Boumlen zur Folge hat

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Max Boumlengeschwindigkeit [kn] in Klassen

Haumlu

Abb 51 Geschwindigkeitsspektrum der Stationen Espasingen Steckborn und Sipplingen Auf der Abszisse ist fuumlr jede Klasse der obere Wert angegeben

Bei mittleren Geschwindigkeiten (5 kn bis 14 kn) nimmt Sipplingen weiterhin klar den ersten Rang ein Alle Klassen oberhalb von 20 kn sind hingegen in Steckborn am haumlufigsten Starkwinde und Stuumlrme werden dort also besonders beguumlnstigt Ursache dafuumlr sind Kanalisierungseffekte uumlber dem

schmalen Untersee und im Bereich des Hochrheinausflusses die fuumlr eine markante Beschleunigung des Windes sorgen Abb 52 zeigt in analoger Weise das Spektrum von Friedrichshafen (Mittelteil) und der beiden Ost-Stationen Lindau und Altenrhein Altenrhein ist klar am schwachwindigsten und weist dementsprechend ein ausgepraumlgtes Maximum in der ersten Klasse auf In Lindau und Friedrichshafen verschiebt sich dieses Maximum in die zweite Klasse wobei sich beide Stationen im gesamten Bereich des Spektrums kaum unterscheiden

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Abb 52 Geschwindigkeitsspektrum der Stationen Friedrichshafen Altenrhein und Lindau

512 Vergleich der mittleren Starkwindboumlengeschwindigkeiten an den Stationen

Eine weitere interessante Art der Charakterisierung von Messstationen ist der Vergleich der mittleren Starkwindboumlengeschwindigkeiten Zu deren Berechnung wird das arithmetische Mittel lediglich uumlber Werte gebildet die mindestens 25 kn erreichen (Warnschwelle fuumlr Starkwind) Auf diese Weise kann die mittlere Intensitaumlt der Starkwinde an den Bodenseestationen untersucht werden ohne dabei die nicht relevanten Schwachwinde mit zu beruumlcksichtigen

Die houmlchsten Werte nimmt die mittlere Starkwindboumlengeschwindigkeit laut Abb 53 in Steckborn und Altenrhein an (Uumlberschreitung der 30-kn-Schwelle) Steckborn fiel schon bei der Betrachtung des Geschwindigkeitsspektrums in Kap 511 durch eine Favorisierung hoher Windstaumlrken auf Bei der Analyse der Starkwindhaumlufigkeiten in Kap 52 und 53 wird sich zudem herausstellen dass Steckborn auch dort erheblich aus der Menge der uumlbrigen Stationen hervorsticht Auch fuumlr die Station Altenrhein sind hohe Werte der Starkwindboumlengeschwindigkeit plausibel denn sie ist im Vergleich zu den anderen Bodenseestationen am haumlufigsten von Foumlhndurchbruumlchen betroffen die durch die Kanalisierung im Rheintal betraumlchtliche Staumlrke annehmen koumlnnen Zwar weist Altenrhein vergleichsweise wenige Starkwindereignisse auf (vgl Kap 521 und 531) diese fallen dann im Mittel aber staumlrker aus als an anderen starkwindreicheren Stationen Die Bedeutung der Foumlhnstuumlrme in Altenrhein wird durch die Sturmwindrose in Abb 518 (Kap 532) verdeutlicht

Bemerkenswert ist des Weiteren dass das Mittel in Lindau um fast 1 kn niedriger ausfaumlllt als an der Nachbarstation Altenrhein da weniger der starken Foumlhnstuumlrme bis Lindau vordringen koumlnnen Ansonsten zeigt sich dass die mittlere Geschwindigkeit im Westteil des Sees niedriger ausfaumlllt als im Mittel- und Ostteil Dies ist auf die Beschleunigung der vorherrschend westlichen Winde uumlber der reibungsarmen Seeoberflaumlche zuruumlckzufuumlhren die zu einer Zunahme der Windstaumlrke von West nach Ost fuumlhrt

Gai Esp Ste Sip Kon Guumlt Alt Lin Fri

Station

oumlen

Abb 53 Mittlere Boumlengeschwindigkeit an den neun Stationen Bei der arithmetischen Mittelung werden nur Werte ab 25 kn (Starkwind und Sturm) beruumlcksichtigt

513 Korrelation zwischen den Stationen in Bezug auf die Windgeschwindigkeit

Die Windverhaumlltnisse uumlber dem Bodensee werden in dieser Arbeit anhand der Zeitreihen der neun Messstationen untersucht (vgl Kap 41 und Abb A1 und A2 im Anhang) Zu Beginn der statistischen Analyse soll nun deren Korrelation bestimmt werden In Abb 54 ist der Korrelationskoeffizient r bezogen auf die Boumlengeschwindigkeit dargestellt Bezugszeitraum sind wie immer in den folgenden Analysen die Jahre 2005 bis 2009 Die Station Konstanz wird nicht in die Korrelationsanalyse miteinbezogen da sie als einzige auf der Basis von 60-Minuten-Intervallen misst waumlhrend sonst ein 10-minuumltiges Messintervall verwendet wird

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

Abb 54 Korrelationskoeffizient r in Bezug auf die Boumlengeschwindigkeit fuumlr alle Stationspaare

Vergleichsweise schwach korreliert sind die Stationen die am weitesten auseinander liegen Dabei hat das Stationspaar Gailingen-Lindau mit einem Wert von unter 04 den kleinsten Korrelationskoeffizienten Dies legt die Vermutung nahe dass benachbarte Stationen die staumlrksten Korrelationen aufweisen was sich aber nur teilweise bestaumltigt Beispielsweise erreicht der Korrelationskoeffizient fuumlr das Paar Lindau-Altenrhein nur einen Wert von 06 wohingegen die Zeitreihe von Steckborn mit der von Guumlttingen auf einem Niveau von mehr als 07 korreliert ist obwohl die letzteren Stationen weiter auseinander liegen als die ersteren Dafuumlr weisen die Nachbarstationen Espasingen und Sipplingen trotz ihrer unterschiedlichen Houmlhenlage eine sehr gute Korrelation auf Interessant ist auszligerdem dass Gailingen und Espasingen stark korreliert sind obwohl diese Stationen an den Enden zweier verschiedener Seearme liegen gleiches gilt fuumlr die Korrelationen zwischen Steckborn und Espasingen sowie Steckborn und Sipplingen Dieses Verhalten ist auf die vorherrschende Stellung der zonalen Windkomponente zuruumlckzufuumlhren So kommen wie in Kap 53 gezeigt wird die meisten Starkwinde aus West bis Suumldwest wobei sie entweder den Weg durch das Hochrheintal uumlber Gailingen Steckborn und den Untersee oder alternativ uumlber den Uumlberlinger See waumlhlen Ein Anschwellen oder Abflauen des Windes findet folglich uumlber beiden Seearmen etwa gleichzeitig statt wobei beim Vergleich einer Station im West- und einer im Mittelteil im Allgemeinen ein zeitlicher Versatz zu beobachten ist

52 Saisonale Variation der Starkwindhaumlufigkeiten

521 Starkwind

Jahreszeitliche Variation

In den folgenden vier Diagrammen (Abb 55Abb 56) ist fuumlr die vier Jahreszeiten die absolute Haumlufigkeit von Messintervallen aufgetragen in denen Starkwindboumlen registriert wurden Die Wetterwarte Konstanz verwendet 60-minuumltige Intervalle an allen anderen Stationen betraumlgt die Intervalllaumlnge grundsaumltzlich 10 Minuten (vgl Kap 411) Die Jahreszeiten sind meteorologisch definiert dh Dezember Januar und Februar bilden den Winter Maumlrz April Mai den Fruumlhling Juni Juli August den Sommer und die verbleibenden drei Monate den Herbst Fuumlr Informationen zur Lage der Stationen sei auf Tab 41 sowie die Karte im Anhang (Abb A1 und A2) verwiesen

Fruumlhling Sommer Herbst WinterJahreszeit

GaiEspSipSte

Abb 55 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) in Konstanz (links) und von 10-Minuten-Intervallen an den Stationen des Westteils (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn rechts)

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Im oberen Bereich der Ordinate ist die Skalierung zur besseren Lesbarkeit verschieden (dunkle Faumlrbung)

330410

FriGuumlt

AltLin

Abb 56 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen des Mittelteils auszliger Konstanz (Friedrichshafen und Guumlttingen links) und des Ostteils (Altenrhein und Lindau rechts)

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

An allen Bodenseestationen bis auf Lindau sind Sommer und Herbst die starkwindaumlrmsten Jahreszeiten wobei im Herbst immer mehr Starkwinde registriert werden als im Sommer Lindau stellt in dieser Hinsicht einen Sonderfall dar da der Herbst hier nach dem Fruumlhling den zweiten Rang einnimmt Im Sommer ist die Zahl der Starkwindintervalle mit 122 auszligerdem um ein Vielfaches groumlszliger als an den meisten anderen Stationen Steckborn ist mit 123 Intervallen als einzige Station genauso starkwindreich alle anderen Stationen des Westteils auszliger Konstanz liegen nur bei Werten zwischen 20 und 30 bemerkenswerterweise sind es an der zweiten Oststation Altenrhein nur 57 Letzterer Unterschied erklaumlrt sich daraus dass Winde aus West bis Suumldwest in Altenrhein um einiges staumlrker durch die ansteigende Topographie auf der schweizerischen Seite abgeschattet werden als in Lindau

Steckborn sticht aufgrund seiner in allen Jahreszeiten deutlich erhoumlhten Zahl von Starkwindereignissen hervor So treten dort im Fruumlhling durchschnittlich 378 10-Minuten-Intervalle mit Starkwind auf also rund 200 mehr als in Sipplingen Diese Sonderstellung Steckborns wird bei Betrachtung der Topographie verstaumlndlich Westwinde beschleunigen waumlhrend ihres Weges durch das Hochrheintal aufgrund der Verengung des Stroumlmungsquerschnitts und der daraus folgenden Verdichtung der Stromlinien Beim Austritt aus dem Tal nimmt die Windstaumlrke uumlber der reibungsarmen Wasserflaumlche nochmals zu so dass die Windgeschwindigkeit an der Station Steckborn im Allgemeinen houmlher ausfaumlllt als an den uumlbrigen Messpunkten

Von besonderem Interesse sind ferner die groszligen Unterschiede der Starkwindhaumlufigkeiten in Espasingen (Westteil) und dem sehr nahe gelegenen Sipplingen (Westteil) So werden in Espasingen in allen Jahreszeiten weniger Ereignisse gemessen als in Sipplingen Espasingen befindet sich am aumluszligersten Ende des Uumlberlinger Sees und wird bei suumldwestlicher Anstroumlmung stark vom Bodanruumlck abgeschattet bei NO-Wind ist ebenfalls mit leichter Abschattung durch die ansteigende Topographie zu rechnen Im Gegensatz dazu liegt Sipplingen auf einer Anhoumlhe und das dort gemessene Windfeld ist dementsprechend deutlich weniger von Reibungseffekten verfaumllscht Dies erklaumlrt den groszligen Unterschied in der Starkwindhaumlufigkeit

Die Stationen Friedrichshafen (Mittelteil) und Guumlttingen (Mittelteil) zeigen qualitativ einen vergleichbaren Jahresgang die Haumlufigkeit ist in Friedrichshafen aber grundsaumltzlich houmlher Das Windfeld von Guumlttingen wird bei Winden aus Suumld bis Suumldwest stark von der Orographie des schweizerischen Voralpenlandes beeinflusst und die Windgeschwindigkeit entsprechend durch Abschattung herabgesetzt Friedrichshafen profitiert im Gegensatz dazu bei den genannten Richtungen von einem langen Anstroumlmungsweg uumlber die reibungsarme Wasseroberflaumlche und kann daher gerade bei West- bis Suumldwestwinden erhoumlhte Windstaumlrken verzeichnen was die unterschiedlichen Starkwindhaumlufigkeiten begruumlndet

Bemerkenswert ist uumlberall die starke Auspraumlgung des sommerlichen Minimums die anhand von Tab 51 deutlich wird Bei Betrachtung des Quotienten q (Anzahl der Starkwindintervalle im Fruumlhling geteilt durch Anzahl der Starkwindintervalle im Sommer) faumlllt auf dass die quantitativen Unterschiede zwischen den einzelnen Stationen sehr groszlig sind Grundsaumltzlich laumlsst sich ein klares West-Ost-Gefaumllle erkennen so ist der Quotient in Sipplingen mehr als sechsmal so groszlig wie in Lindau Dies bedeutet dass der Unterschied zwischen Fruumlhling und Sommer im Westteil groumlszliger ausfaumlllt als im Ostteil Lediglich die Werte von Steckborn und Friedrichshafen passen nicht ganz in dieses Muster Da das Fruumlhjahrsmaximum im Westteil durchschnittlich nicht staumlrker ausgepraumlgt ist als im Ostteil des Sees sind die beobachteten Unterschiede des Quotienten ausschlieszliglich auf die Starkwindhaumlufigkeiten im Sommer zuruumlckzufuumlhren (siehe Abb 55 und Abb 56)

Tab 51 Quotient q aus abs Haumlufigkeit von Starkwindintervallen im Fruumlhling und im Sommer (jeweils 1 Zeile) und Quotient r aus abs Haumlufigkeit im Fruumlhling und Winter (jeweils 2 Zeile)

Westteil Gailingen Espasingen Sipplingen Steckborn q 516 727 782 307 r 135 105 066 099 Mitte Friedrichshafen Guumlttingen Konstanz - q 191 339 382 - r 090 089 118 - Ostteil Altenrhein Lindau - - q 289 171 - - r 128 122 - -

In Sipplingen Steckborn Friedrichshafen und Guumlttingen liegt die Zahl der Starkwindintervalle in den Wintermonaten houmlher als im Fruumlhjahr an den anderen fuumlnf Stationen ist es umgekehrt wobei die relativen Unterschiede gering sind Hierzu wurde in Tab 51 der Quotient r (Anzahl der Starkwindintervalle im Fruumlhling geteilt durch Anzahl der Starkwindintervalle im Winter) eingetragen Mit r = 066 weichen die absoluten Haumlufigkeiten in den beiden Jahreszeiten an der Station Sipplingen am staumlrksten voneinander ab ansonsten reichen die Werte von 089 bis 135 Aufgrund des gegebenen Stichprobenumfangs sind diese Ergebnisse allerdings statistisch nicht unbedingt repraumlsentativ

Monatliche Variation

Um einen noch detaillierteren Einblick in die jahreszeitlichen Unterschiede zu gewinnen wurden zusaumltzlich Haumlufigkeitsverteilungen fuumlr die Monate erstellt Im Folgenden sind nur diejenigen des West- und Ostteils (Abb 57 und Abb 58) abgebildet die Verteilungen fuumlr Konstanz und den Mittelteil sind im Anhang zu finden Die statistische Signifikanz wurde mithilfe eines sup2-Tests gepruumlft

Die Monate November bis Maumlrz zeichnen sich durch hohe Starkwindhaumlufigkeiten aus die uumlbrigen Monate durch deutlich niedrigere mit geringerem Jahresgang im Ostteil des Sees Die Ursache fuumlr diese Saisonalitaumlt ist die allgemein in den Wintermonaten houmlhere Baroklinitaumlt wodurch deutlich oumlfter zyklonaler Starkwind auftritt Im Januar weisen die Starkwindhaumlufigkeiten an den einzelnen Stationen groszlige Unterschiede auf (vgl Abb 57 und Abb 58) insbesondere stechen Steckborn und Sipplingen durch erhoumlhte Haumlufigkeitswerte hervor

Januar Februar Maumlrz April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember

Abb 57 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn)

Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Im oberen Bereich der Ordinate ist die Skalierung zur besseren Lesbarkeit verschieden (dunkle Faumlrbung)

Abb 58 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) an den Stationen im Ostteil (Altenrhein und Lindau) Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Der starkwindreiche Maumlrz wird im Folgenden durch einen Vergleich mit dem Januar naumlher untersucht Bei Betrachtung des Quotienten s (Anzahl Starkwindintervalle im Maumlrz geteilt durch Anzahl Starkwindintervalle im Januar) faumlllt auf dass die Werte zufaumlllig verteilt sind (Tab 52) Insbesondere ist kein West-Ostgefaumllle erkennbar Waumlhrend in Gailingen im Maumlrz mehr als doppelt so oft Starkwind gemessen wird wie im Januar gibt es in Friedrichshafen so gut wie keinen Unterschied zwischen beiden Monaten Auffaumlllig ist zudem wieder der groszlige Unterschied zwischen den benachbarten Westteil-Stationen Espasingen und Sipplingen (vgl Abschnitt Jahreszeitliche

Variation ) In Espasingen werden im Maumlrz fast doppelt so viele Zeitintervalle mit Starkwind registriert wie im Januar (s = 193) in Sipplingen betraumlgt der Quotient dagegen nur 109

Tab 52 Quotient s aus abs Haumlufigkeit von Starkwindintervallen im Maumlrz und im Januar

Westteil Gailingen (Gai) Espasingen (Esp) Sipplingen (Sip) Steckborn (Ste) s 226 193 109 149 Mitte Friedrichshafen (Fri) Guumlttingen (Guumlt) Konstanz (Kon) - s 101 124 185 - Ostteil Altenrhein (Alt) Lindau (Lin) - - s 153 136 - -

Tab 53 gibt einen Uumlberblick uumlber die Irrtumswahrscheinlichkeiten ( sup2-Test) mit denen die Nullhypothese Haumlufigkeiten von November bis Maumlrz gleichverteilt abgelehnt werden kann (Alternativhypothese Uumlberzufaumllliges Maximum im Maumlrz ) Waumlhrend die Abweichungen an den Stationen Gailingen Espasingen und Steckborn bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 01 als hochsignifikant zu bewerten sind sollte ansonsten die Nullhypothese angenommen werden

Tab 53 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der das Haumlufigkeitsmaximum im Maumlrz als uumlberzufaumlllig gewertet werden kann Abkuumlrzungen Gai(lingen) Ste(ckborn) Esp(asingen) Sip(plingen) Kon(stanz) Fri(edrichshafen) Guumlt(tingen) Alt(enrhein) Lin(dau)

Der sup2-Test widerspricht im Falle von Gailingen Steckborn und Espasingen dem Quotienten r (Verhaumlltnis zwischen den Starkwindhaumlufigkeiten im Fruumlhling und Winter) der keine wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden Jahreszeiten ergeben hat Um zu pruumlfen ob eines der fuumlnf Jahre eine deutlich erhoumlhte Starkwindhaumlufigkeit aufweist (Ausreiszligerjahr) wird fuumlr den Monat Maumlrz der Quotient aus der Anzahl der Starkwindintervalle in den einzelnen Jahren und derjenigen im Gesamtzeitraum berechnet (Tab 54) Ist dieser Wert in allen Jahren ungefaumlhr gleich kann das Ergebnis des Signifikanztests als bestaumltigt bewertet werden Die Sichtung des Datenmaterials zeigt dagegen dass der Maumlrz 2008 durch seine hohen Haumlufigkeitswerte deutlich gegenuumlber den uumlbrigen Jahren heraussticht was zu einer Verfaumllschung des sup2-Tests fuumlhrt Der Grund dafuumlr war der intensive und lang anhaltende Sturm Emma Anfang Maumlrz 2008 (vgl Kap 334) Trotz der sehr niedrigen Irrtumswahrscheinlichkeiten die sich aus dem sup2-Test ergeben sollte daher fuumlr alle Stationen die Nullhypothese angenommen werden nach der das Maumlrzmaximum rein zufaumlllig ist

Tab 54 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Maumlrz der jeweiligen Jahre und uumlber alle Maumlrze summiert Betrachtet werden nur die Stationen Gailingen Steckborn und Espasingen an denen das Maumlrzmaximum laut Tab 53 hochsignifikant ist

Station 2005 2006 2007 2008 2009 Gailingen 0080 0168 0196 0431 0125 Espasingen 0143 0128 0181 0430 0117 Steckborn 0080 0195 0188 0372 0165

Bei Betrachtung der starkwindarmen Monate April bis Oktober (siehe Abb 57 und Abb 58) faumlllt an einigen Stationen ein unerwartetes Muster auf So zeichnen sich Mai Juli und September bevorzugt durch houmlhere Haumlufigkeitswerte aus als April Juni August und Oktober Wird eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 1 als Grenze fuumlr hohe Signifikanz gewaumlhlt ist diese Abweichung in Lindau Friedrichshafen Steckborn und Sipplingen in mehreren Monaten uumlberzufaumlllig Im Falle von Konstanz ist das beschriebene Verhalten im Histogramm (Anhang) zwar klar sichtbar wegen des 60-minuumltigen Messintervalls liegt aber eine zu kleine Stichprobe vor An der Station Altenrhein faumlllt im Juli eine klare Abweichung auf die mit einer Irrtumswahrscheinlich von lediglich 5 ebenfalls als uumlberzufaumlllig angesehen werden kann In Tab 55 ist fuumlr jede Station die

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin (Maumlrz) 01 01 01 50 30 95 10 30 70

Irrtumswahrscheinlichkeit angegeben mit der die Nullhypothese ( Abweichung nur zufaumlllig ) abzulehnen ist

Tab 55 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der Haumlufigkeitsmaxima in den Monaten Mai Juli und September als uumlberzufaumlllig gewertet werden koumlnnen Kein Eintrag bedeutet dass das Maximum uumlberhaupt nicht sichtbar ist Abkuumlrzungen Ste(ckborn) Gai(lingen) Esp(asingen) Sip(plingen) Kon(stanz) Fri(edrichshafen) Guumlt(tingen) Alt(enrhein) Lin(dau)

Station Ste Gai Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin (Mai)

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

Wie bei der vorausgehenden Untersuchung der Maumlrzanomalie werden hier analog fuumlr die Monate Mai Juli und September Quotienten aus der Anzahl der Starkwindintervalle in den einzelnen Jahren und derjenigen im Gesamtzeitraum berechnet In Tab 56 sind die Ergebnisse fuumlr die Maianomalie und in Klammern fuumlr die Septemberanomalie dargestellt in Tab 57 diejenigen fuumlr die Julianomalie

Tab 56 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Mai der jeweiligen Jahre und der uumlber alle Jahre (Monat Mai) summierten Haumlufigkeit Betrachtet werden nur die Stationen Gailingen Steckborn Espasingen

Sipplingen Friedrichshafen und Lindau an denen das Maimaximum laut Tab 55 hochsignifikant ist In der zweiten Spalte jedes Jahres sind fuumlr Sipplingen und Lindau die analog berechneten Quotienten fuumlr das Septembermaximum angegeben

Station 2005 2006 2007 2008 2009 Steckborn 011 - 019 - 048 - 007 - 015 - Gailingen 015 - 024 - 056 - 000 - 005 - Espasingen

007 - 013 - 075 - 000 - 005 - Sipplingen 013 041 021 000 054 003 007 052 005 005 Fri 006 - 007 - 062 - 011 - 014 - Lin 011 026 015 004 051 013 017 036 007 021

Tab 57 Quotient aus der Starkwindhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im Juli der jeweiligen Jahre und der uumlber alle Jahre (Monat Juli) summierten Haumlufigkeit Betrachtet werden nur die Stationen Steckborn Friedrichshafen Altenrhein und Lindau an denen das Julimaximum laut Tab 55 hochsignifikant ist

Station 2005 2006 2007 2008 2009 Ste 024 002 046 011 016 Fri 017 004 043 012 023 Alt 016 005 044 017 018 Lin 016 011 038 008 028

Es zeigt sich dass in Bezug auf die Monate Mai und Juli das Jahr 2007 eindeutig am starkwindreichsten war und ein Vielfaches der Anzahl von 10-Minuten-Intervallen mit Starkwind aufwies die in jedem der uumlbrigen Jahre registriert wurde Bei Betrachtung des Monats Mai wird dies am klarsten in Espasingen wo im Jahr 2007 75 der Starkwindintervalle auftraten Das Maximum im September hingegen ist zu einem groszligen Teil auf die Jahre 2005 und 2008 zuruumlckzufuumlhren In Sipplingen gab es 2006 2007 und 2009 nur sehr selten Geschwindigkeiten uumlber 25 kn waumlhrend 2008 52 und 2005 41 aller Starkwindintervalle registriert wurden Bei Betrachtung der Station Lindau wiederholt sich dieses Bild wenngleich die Unterschiede zwischen den Jahren weniger stark ausgepraumlgt sind

Zusammenfassend laumlsst sich sagen dass auch die zuerst als signifikant bewerteten Haumlufigkeitsmaxima in den Monaten Mai Juli und September aufgrund singulaumlrer Spitzen in den Jahren 2005 2007 und 2008 als zufaumlllig anzusehen sind

522 Sturm

Waumlhrend bei der Betrachtung der Starkwindhaumlufigkeiten keine groszligen Unterschiede zwischen Fruumlhjahr und Winter auffielen verhaumllt es sich bei den Stuumlrmen grundlegend anders wie in Abb 59 dargestellt Hier sind die Sturmhaumlufigkeiten in den vier meteorologischen Jahreszeiten fuumlr den Westteil und Ostteil des Bodensees gezeigt Die Histogramme fuumlr Konstanz und die Mitte des Bodensees befinden sich im Anhang Der Winter ist an allen Stationen mit Ausnahme von Sipplingen sturmreicher wobei beachtet werden muss dass der vergleichsweise kleine Stichprobenumfang eine teils niedrige Repraumlsentativitaumlt der Ergebnisse zur Folge hat

GaiEspSipSte

AltLin

Abb 59 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn links) und Ostteil (Altenrhein und Lindau rechts)

Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Beim Wert 70 aumlndert sich die Skalierung der Ordinate weshalb die Balken in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt sind

Von dieser Beobachtung abgesehen gleicht die jahreszeitliche Sturmhaumlufigkeitsverteilung qualitativ derjenigen fuumlr die Starkwinde Grundsaumltzlich tritt das Haumlufigkeitsminimum im Sommer ein und wird gefolgt von einem Anstieg zum Winter hin In Lindau sind im Herbst nun keine ungewoumlhnlich hohen Werte mehr zu verzeichnen so dass diese Station ihre Sonderstellung die sie bei den Starkwinden inne hatte bei Betrachtung der Stuumlrme verliert

Wie es Tab 58 verdeutlicht ist der Unterschied der Starkwindhaumlufigkeiten im Fruumlhjahr und Winter in Gailingen Friedrichshafen und Guumlttingen hochsignifikant ( sup2-Test) und auch in Steckborn und Lindau kann die Nullhypothese eines rein zufaumllligen Unterschiedes verworfen werden

Tab 58 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der die

Differenz der Sturmhaumlufigkeiten im Winter und Fruumlhjahr als uumlberzufaumlllig gewertet werden kann

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

Dieses Ergebnis bestaumltigt die theoretischen Uumlberlegungen nach denen die Baroklinitaumlt in den Wintermonaten am houmlchsten ausfaumlllt was zur Folge hat dass sich hier die intensivsten Zyklonen entwickeln die Sturmboumlen also haumlufiger und staumlrker sind als in den anderen Jahreszeiten Die Station Altenrhein unterliegt bei Suumldwest- und Weststuumlrmen Abschattungseffekten und ist daher vom restlichen See teilweise entkoppelt Auszligerdem stehen viele der dort registrierten Stuumlrme mit Foumlhnereignissen in Verbindung deren Haumlufigkeitsmaximum im Mai ist (vgl Kap 323) was zusammen die hohe Irrtumswahrscheinlichkeit erklaumlrt Auch in Konstanz sollte bei Verwendung eines nur fuumlnfjaumlhrigen Datensatzes in Verbindung mit dem 60-minuumltigen Messintervall die Nullhypothese angenommen werden Dagegen uumlberrascht die Tatsache dass an der Station Sipplingen uumlberhaupt kein Haumlufigkeitsmaximum im Winter vorliegt

Im Folgenden sollen nun wieder zur detaillierteren Analyse die Monatsverteilungen betrachtet werden Hier ist allerdings noch mehr als bei der Jahreszeitendarstellung das Problem der zu kleinen Stichproben gegeben Die Haumlufigkeitsverteilungen fuumlr den West- und Ostteil des Bodensees sind in Abb 510 und Abb 511 dargestellt diejenigen fuumlr Konstanz und den Mittelteil befinden sich im Anhang In Tab 59 sind fuumlr verschiedene Aussagen die Irrtumswahrscheinlichkeiten angegeben mit denen die Nullhypothese eines rein zufaumllligen Effekts gemaumlszlig sup2-Test abgelehnt werden kann

Abb 510 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Westteil (Gailingen Espasingen Sipplingen und Steckborn)

Monatsbetrachtung (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009) Beim Wert 40 aumlndert sich die Skalierung der Ordinate weshalb die Balken in diesem Bereich dunkel eingefaumlrbt sind

Abb 511 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Ostteil (Altenrhein und Lindau) Monatsbetrachtung (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Tab 59 Irrtumswahrscheinlichkeit mit der Haumlufigkeitsmaxima in den Monaten Mai Juli und Januar (2 bis 4 Zeile) Haumlufigkeitsminima im Februar und Dezember (56 Zeile) und eine Zweiteilung der sturmreichen Monate November bis Maumlrz ( Winter 1 Zeile Erklaumlrung im Text) als uumlberzufaumlllig gewertet werden koumlnnen Kein Eintrag bedeutet dass die Abweichung uumlberhaupt nicht sichtbar ist

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin (Winter) 01 - 1 1 50 - 5 - - (Mai) - 25 - - - - - 1 50 (Juli) - - - - - 70 - 30 30 (Januar) 01 - - - - - - - - (Februar) - 1 30 50 90 - 50 - - (Dezember)

- - - - - 01 - - -

Das erste herausragende Merkmal der Jahresgaumlnge der Sturmhaumlufigkeit ist die Sonderstellung von Steckborn in allen Monaten Wie schon bei den Starkwinden beobachtet werden in Steckborn viel mehr Messintervalle mit Sturmboumlen registriert als an den anderen Stationen

Ansonsten wird bei Betrachtung der Abb 510 und Abb 511 deutlich dass die Verteilungen einige Eigenheiten haben die sich mit denen der Histogramme fuumlr die Starkwindfaumllle groumlszligtenteils nicht decken Erneut ist eine sturmreiche Periode von November bis Maumlrz von einer sehr sturmarmen in den restlichen Monaten zu unterscheiden wobei die sturmreichen Monate wiederum zweigeteilt zu sein scheinen In Gailingen Espasingen Sipplingen und Guumlttingen (im Anhang) werden von Januar bis Maumlrz signifikant mehr Sturmintervalle registriert als von November bis Dezember (Tab 59 Zeile Winter ) An den anderen Stationen ist diese Aussage jedoch nicht moumlglich In Friedrichshafen (siehe Anhang) ist stattdessen im Dezember ein markantes signifikantes Nebenminimum zu erkennen das von einem sturmreichen November und Januar flankiert wird Eine entsprechend dem Verfahren fuumlr Starkwindereignisse (analog zu Tab 54 Tab 56 und Tab 57) durchgefuumlhrte Berechnung von Quotienten aus der Sturmhaumlufigkeit (10-Minuten-Intervalle) im November und Dezember bzw Januar bis Maumlrz der jeweiligen Jahre und den uumlber diese Monate aller Jahre summierten Haumlufigkeiten ermoumlglicht keine eindeutigen weiteren Erklaumlrungsansaumltze

An vielen Stationen kommt es zu einem Zwischenminimum im Februar das allerdings nur in Steckborn als uumlberzufaumlllig gewertet werden kann (Abb 510 und Abb 511) Im Gegensatz zu den Starkwinden liegt aber allgemein im Maumlrz kein absolutes Maximum mehr vor Der erneute Anstieg der Haumlufigkeit von Februar auf Maumlrz passt nicht zu den theoretischen Erwartungen nach denen die Baroklinitaumlt und damit auch die Sturmhaumlufigkeit nach dem Winter abnehmen Ursache fuumlr diese Anomalie ist der intensive Sturm Emma Anfang Maumlrz 2008 der die mittlere Haumlufigkeit von Sturmintervallen im Maumlrz verfaumllscht hat

Die sturmarmen Monate lassen keine verlaumlsslichen Aussagen bezuumlglich ihrer Signifikanz zu da die Haumlufigkeiten fast immer und uumlberall nur wenig uumlber Null liegen (Tab 59) Lediglich in Altenrhein und Steckborn wird im Mai ein signifikantes Maximum registriert ein weiteres Maximum im Juli (Friedrichshafen Altenrhein und Lindau) ist hingegen als zufaumlllig anzusehen Im Rahmen der Untersuchung der Starkwinde wurde gezeigt dass die Monate Mai und Juli im Jahr 2007 viel windreicher waren als in den anderen Jahren und deshalb auch die zuerst als signifikant bewerteten Haumlufigkeitsmaxima in diesen Monaten als zufaumlllig eingestuft werden muumlssen Analog kann gezeigt werden dass auf diesen Effekt ebenfalls die Mai- und Juli-Maxima der Sturmhaumlufigkeit zuruumlckgehen

523 Jahresgang des Korrelationskoeffizienten

Zu Beginn der Analyse der Starkwindereignisse wurden die Korrelationskoeffizienten r zwischen allen Stationen auszliger Konstanz bezogen auf die Boumlengeschwindigkeit berechnet Nun soll ergaumlnzend gepruumlft werden ob diese Korrelationen einem Jahresgang unterliegen Fuumlr das folgende Diagramm (Abb 512) wurden drei Stationspaare ausgewaumlhlt davon zwei der gut korrelierten (Steckborn-Espasingen Friedrichshafen-Guumlttingen) und ein schlecht korreliertes (Altenrhein-Espasingen)

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

Abb 512 Jahresgang des Korrelationskoeffizienten fuumlr drei ausgewaumlhlte Stationspaare (Steckborn-Espasingen Altenrhein-Espasingen und Friedrichshafen-Guumlttingen)

Ein ausgepraumlgter Jahresgang ist nicht zu beobachten Zwar schwankt der Wert des Korrelationskoeffizienten in allen drei Faumlllen etwas von Monat zu Monat bei der zugrundeliegenden Datenmenge von fuumlnf Jahren muss dies aber als zufaumlllig angesehen werden Die staumlrkste Oszillation zeigt das Stationspaar Altenrhein-Espasingen Hier folgt dem absoluten Maximum in Juni (r = 058) eine rasche Abnahme zum absoluten Minimum im August (r = 032) Ein Grund dafuumlr sind sicherlich die teils starken Foumlhndurchbruumlche die in Altenrhein einen wesentlichen Beitrag zu den Starkwind- und Sturmereignissen leisten und den Ostteil dadurch bei Suumldwind vom restlichen Bodensee entkoppeln Die saisonale Verteilung der Foumlhnhaumlufigkeit resultiert in einer jahreszeitlichen Variation des Korrelationskoeffizienten

53 Abhaumlngigkeit von der Windrichtung

531 Starkwind

In diesem Kapitel werden die Richtungshaumlufigkeitsverteilungen der Starkwinde mit Hilfe von 12-teiligen Windrosen behandelt Die Abb 513 bis Abb 515 zeigen die Verteilungen fuumlr die Stationen Sipplingen Espasingen Friedrichshafen Altenrhein und Lindau waumlhrend die Windrosen der uumlbrigen Messpunkte im Anhang zu finden sind Um den Vergleich der verschiedenen Stationen zu

erleichtern wurde der Wert 450 als oberes Ende aller Ordinaten gewaumlhlt Hiervon weicht Steckborn aufgrund seiner hohen Haumlufigkeitswerte ab Konstanz hat wegen der 60-minuumltigen Messintervalle ebenfalls eine andere Skala

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

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Abb 513 Windrose Sipplingen (links) und Espasingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

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Abb 514 Windrose Steckborn (links) und Friedrichshafen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

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Abb 515 Windrose Altenrhein (links) und Lindau (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Die erste grundlegende Beobachtung ist dass es an allen Stationen eine ausgepraumlgte Hauptwindrichtung im Bereich von 225deg bis 285deg gibt Diese wird im Folgenden als SW-W-Komponente bezeichnet Die zweite Hauptwindrichtung liegt im Sektor von 15deg bis 75deg wobei diese interessanterweise in Steckborn auf 75deg bis 105deg gedreht ist (Abb 514) Analog wird fuumlr sie die Bezeichnung NO-Komponente gewaumlhlt Altenrhein faumlllt durch ein drittes Haumlufigkeitsmaximum

im Sektor von 165deg bis 195deg auf in Lindau ist die SW-W-Komponente in den Suumldsektor hinein bis 165deg erweitert wenn auch bei niedrigen Haumlufigkeitswerten (Abb 515) Dies ist auf Foumlhndurchbruumlche zuruumlckzufuumlhren von denen Altenrhein aufgrund seiner Lage oumlfter erfasst wird als Lindau

Bei Betrachtung der SW-W-Komponente weisen die Windrosen von Espasingen und Sipplingen einen wesentlichen Unterschied auf (Abb 513) Waumlhrend das Maximum in Sipplingen im Westsektor (255deglt 285deg) auftritt und etwa halb so viele Starkwindintervalle im suumldlich benachbarten Westsuumldwest-Sektor gemessen werden liegt in Espasingen das Maximum im letztgenannten Sektor wobei der Westsektor nur sehr schwach besetzt ist Im Bereich von 195deg bis 225deg werden dagegen noch 65 Intervalle registriert so dass die westliche Komponente des Spektrums in Espasingen einschlieszliglich des Maximums nach rechts verschoben ist Die Lage dieses Maximums variiert generell von Station zu Station In Sipplingen Steckborn Altenrhein und Lindau wehen die meisten Starkwinde aus dem Westsektor wohingegen Gailingen Espasingen Konstanz Friedrichshafen und Guumlttingen maximale Haumlufigkeiten im Westsuumldwest-Sektor aufweisen Immer jedoch sind es diese beiden Richtungsbereiche die in der Westhaumllfte der Windrose klar dominieren wobei sich das Spektrum an einigen Stationen auch in die in beiden Richtungen angrenzenden Sektoren aufweitet allerdings bei dort deutlich niedrigeren Haumlufigkeitswerten

In Lindau und Altenrhein werden zusaumltzlich zu den drei oben beschriebenen Hauptwindrichtungen regelmaumlszligig im Sektor 285deglt 315deg Starkwinde gemessen wobei diese Eigenschaft in Lindau deutlich ausgepraumlgter ist Starkwinde im Ostteil des Sees aus dem genannten Sektor sind mit einer Beschleunigung der Luftstroumlmung uumlber der reibungsarmen Seeflaumlche in Verbindung zu bringen wodurch Windereignisse die im westlichen Bodensee nur Boumlen unter 25 kn mit sich bringen im Ostteil haumlufig die Warnschwelle uumlberschreiten koumlnnen Auf diese Eigenheit des oumlstlichen Bodensees wird in Kap 533 genauer eingegangen

Von wenigen Ausnahmen abgesehen gibt es keine Starkwinde aus dem Nordsektor (345deglt 15deg) Friedrichshafen steht dabei mit durchschnittlich 42 Jahresstunden an der Spitze der Bodenseestationen waumlhrend die Mittelwerte an den uumlbrigen Messpunkten bis auf Steckborn (30 Stunden) durchweg unter 1 liegen Auch laut Wagner (2003) gibt es beispielsweise in Friedrichshafen und Guumlttingen nur Schwachwinde aus Nord Fuumlr Winde geringer Intensitaumlt ist das Richtungsspektrum insgesamt breiter wodurch sich die NO-Komponente bis in den Nordsektor hinein ausdehnt

Die NO-Komponente ist uumlberall deutlich schwaumlcher ausgepraumlgt als die SW-W-Komponente und erstreckt sich uumlber einen schmaleren Bereich des Richtungsspektrums wobei das Verhaumlltnis beider Hauptwindrichtungen von Station zu Station variiert Um ein Maszlig fuumlr die unterschiedliche Haumlufigkeit der beiden Komponenten zu bestimmen wurde der Quotient t aus der maximalen Haumlufigkeit innerhalb der SW-W-Komponente und derjenigen innerhalb der NO-Komponente gebildet (Tab 510)

Tab 510 Quotient t aus den Werten der beiden Sektoren in denen innerhalb der SW-W- bzw NO-Komponente der maximale Haumlufigkeitswert erreicht wird fuumlr Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Altenrhein und Lindau Ein eingeklammerter Wert signalisiert dass innerhalb von fuumlnf Jahren nur einmal mindestens 25 kn aus einer Richtung der NO-Komponente gemessen wurde

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin t (952) 351 303 310 882 105 160 456 564

Relativ stark ausgepraumlgt ist die NO-Komponente in Steckborn Sipplingen und Lindau Demgegenuumlber stehen die Stationen Espasingen und Altenrhein an denen die NO-Komponente im

Vergleich zur primaumlren Hauptwindrichtung nur sehr selten auftritt was auf orographische Abschattung zuruumlckzufuumlhren ist Insbesondere in Steckborn und Sipplingen aber auch in Lindau erfolgt die Anstroumlmung bei Nordostwind deutlich ungehinderter wobei in Steckborn eine orographisch bedingte Richtungsdrehung nach Osten hin zu beobachten ist (siehe oben) Gailingen stellt einen Extremfall dar weil dort innerhalb von fuumlnf Jahren nur in einem 10-Minuten-Intervall Starkwind aus einem Sektor der NO-Komponente registriert worden ist An dieser Station gibt es also fast nur warnrelevante Windereignisse aus den westlichen Sektoren Der Grund fuumlr diese Beobachtung ist in Reibungsverlusten bei der Durchstroumlmung des Rheintals zu suchen Diese sind zwar auch bei Westanstroumlmung vorhanden jedoch liegt die Geschwindigkeit des geostrophischen Windes bei Westlagen im Allgemeinen deutlich houmlher als bei Bisewinden aus Nordost Reibungsbedingt abgeschwaumlchte westliche Winde koumlnnen deshalb um einiges haumlufiger die 25-kn-Schwelle uumlberschreiten als abgeschwaumlchte Bisewinde Interessant ist weiterhin dass die benachbarten Messpunkte Altenrhein und Lindau sowie die einander noch naumlheren jedoch in ihrer Houmlhenlage differierenden Stationen Espasingen und Sipplingen komplett unterschiedliches Verhalten zeigen Dies verdeutlicht welch groszlige Auswirkungen die kleinraumlumige topographische Gliederung des Bodenseegebietes auf das Windfeld der einzelnen Stationen hat

532 Sturm

Die Skala wurde bei den Windrosen der Sturmereignisse wieder einheitlich gewaumlhlt lediglich Steckborn und Konstanz weichen davon ab (Erklaumlrung siehe Kap 531) Die auffaumllligste Veraumlnderung gegenuumlber den Windrosen des vorigen Abschnitts ist der nahezu vollstaumlndige Wegfall der NO-Komponente (Abb 516 bis Abb 518) Die meisten Sturmintervalle in einem der oumlstlichen Sektoren werden mit einem durchschnittlichen Wert von 66 in Steckborn gemessen

120345deglt 15deg

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Abb 516 Windrose Sipplingen (links) und Espasingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

20406080

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Abb 517 Windrose Steckborn (links) und Friedrichshafen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

120345deglt 15deg

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195deglt 225deg

225deglt 255deg

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285deglt 315deg

315deglt 345deg

Abb 518 Windrose Altenrhein (links) und Lindau (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Beim Blick auf die SW-W-Komponente sind wie im Falle der Starkwinde die Unterschiede zwischen den Nachbarstationen Espasingen und Sipplingen auffaumlllig (Abb 516) Wieder ist das westliche Windrichtungsspektrum von Espasingen im Vergleich zu Sipplingen nach um einen Sektor in suumldlicher Richtung versetzt Anders als bei den Starkwinden kommt in Espasingen mit 14 Faumlllen im Jahr so gut wie nie eine Sturmboumle aus dem Westsektor (255deglt 285deg)

Auch im Bezug auf alle Messpunkte bestaumltigen sich die von den Starkwinden her bekannten Unterschiede in der Lage des westlichen Haumlufigkeitsmaximums Wieder liegt dieses in Sipplingen Steckborn Altenrhein und Lindau im Westsektor waumlhrend es sich an den anderen Orten in den suumldlich benachbarten Sektor verschiebt

Interessant ist nun dass das Maximum im Suumldsektor an der Station Altenrhein staumlrker ausgepraumlgt ist als das Westmaximum (Abb 518) Bei den Starkwinden war es noch letzterem klar untergeordnet Die Haumlufigkeitsverteilung von Lindau mutet auf den ersten Blick zwar achsensymmetrisch um die Westrichtung an es tritt jedoch wie bei den Starkwinden auch eine einseitige foumlhnbedingte Erweiterung des Spektrums in den Suumldsektor hinein auf aber nur in 44 Faumlllen pro Jahr Es laumlsst sich also folgern dass die Foumlhnvorstoumlszlige die Lindau erreichen in der Regel houmlchstens Starkwind mit sich bringen wohingegen Foumlhn mit Sturmstaumlrke in Altenrhein regelmaumlszligig registriert wird Erneut muss im Falle von Lindau auszligerdem auf den bedeutenden Anteil des Sektors 285deglt 315deg am Gesamtspektrum hingewiesen werden (Beschleunigungseffekt)

Der oben angesprochene Wegfall der NO-Komponente wird in Tab 511 mithilfe des Quotienten t (Bedeutung analog zum Quotienten t in Kap 531) veranschaulicht Die eingeklammerten Werte signalisieren dass an der betreffenden Station nur ein- oder zweimal innerhalb des fuumlnfjaumlhrigen

Bezugszeitraums Sturmboumlen aus einer Richtung der NO-Komponente gemessen worden sind Bei den Stuumlrmen ist es lediglich noch in Steckborn Sipplingen und Lindau moumlglich uumlberhaupt von einer NO-Komponente zu sprechen aber selbst in diesen Faumlllen ist sie sehr schwach besetzt

Tab 511 Quotient q aus den Werten der beiden Sektoren in denen innerhalb der SW-W- bzw NO-Komponente der maximale Haumlufigkeitswert erreicht wird fuumlr Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Altenrhein und Lindau Ein eingeklammerter Wert signalisiert dass innerhalb von fuumlnf Jahren houmlchstens zweimal Sturmboumlen aus einer Richtung der NO-Komponente gemessen wurden

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Alt Lin q (172) 269 (815) 164 (110) (283) (390) (170) 298

Wie schon im Zusammenhang mit den Starkwinden angesprochen liegt der Grund hierfuumlr im unterschiedlichen Gradientantrieb der Winde der SW-W- und NO-Komponente Der geostrophische Wind ist bei Biselagen im Allgemeinen schwaumlcher als bei zyklonalen Westlagen so dass bei Ersteren zwar noch recht haumlufig Starkwinde auftreten koumlnnen Stuumlrme hingegen nur noch in beguumlnstigten Lagen

533 Das Verhalten des Ostteils bei Suumldwest- und Westnordwestwind

Der oumlstliche Bodensee ist bei manchen Windrichtungen vom West- und Mittelteil teilweise entkoppelt Erfolgt die Anstroumlmung aus Richtungen um Suumldwest so ist zu beobachten dass Starkwinde nur in abgeschwaumlchter Form oder gar nicht auf den Ostteil uumlbergreifen Der Grund dafuumlr liegt in der geographischen Ausrichtung der Seeachse von Nordwest nach Suumldost und der Orographie suumldlich des Bodensees Durch die Kombination dieser beiden Faktoren wird der oumlstliche Bodensee bei Suumldwestwind teilweise oder ganz abgeschattet Die Boumlengeschwindigkeit liegt in diesen Faumlllen deutlich unter der die in den anderen Seeteilen gemessen wird und auch die Windrichtung kann erheblich vom groszligraumlumigen Stroumlmungsfeld abweichen Eine nur geringe Drehung des Windvektors hin zu westlichen bis nordwestlichen Richtungen beendet diese Abschattung wodurch die Windgeschwindigkeit im Ostteil ploumltzlich ansteigt Die Frage wann genau sich die Drehung vollziehen wird ist haumlufig schwer zu beantworten was negative Auswirkungen auf die Prognoseguumlte hat (vgl Kap 611)

Bei west- bis nordwestlicher Anstroumlmung haben Luftpakete bevor sie das Ostufer erreichen einen Groszligteil der Seeflaumlche uumlberquert Da die Reibungsverluste infolge der niedrigeren Oberflaumlchenrauhigkeit uumlber Wasser viel geringer sind als uumlber Land nimmt die Windgeschwindigkeit von West nach Ost zu was zu uumlberraschend starken Boumlen an den oumlstlichen Stationen fuumlhrt Dieser Vorgang soll im Folgenden unter der Bezeichnung Beschleunigungseffekt naumlher analysiert werden

Im Rahmen einer DWD-internen Studie ist dieser Beschleunigungseffekt bereits einmal untersucht worden allerdings nur auf der Basis eines Jahres Dabei ergab sich dass unter Ausschluss aller Windstaumlrken unter 16 kn die durchschnittliche Boumlengeschwindigkeit in Lindau bei Richtungen aus 270deg bis 280deg am staumlrksten von der in Sipplingen abwich Die maximale Differenz wurde fuumlr

=270deg erreicht und betrug 51 kn Zur Station Steckborn betrug sie lediglich 31 kn (Jellinghaus unveroumlffentlicht)

Werden nun ebenfalls nur Termine beruumlcksichtigt an denen die Boumlengeschwindigkeit mindestens 16 kn betrug und wird analog zur oben beschriebenen Studie die mittlere Boumlenstaumlrke in Lindau mit der in Sipplingen und Steckborn verglichen

nun allerdings auf der Basis des Zeitraums 2005 bis 2009

so kann das damals erhaltene Resultat teilweise bestaumltigt werden Abb 519 zeigt die Abweichung der Boumlengeschwindigkeit in Lindau von der in Sipplingen bzw Steckborn

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung in Dekagrad ( )

Abb 519 Differenz der mittleren Boumlengeschwindigkeiten ( v) in Lindau und Sipplingen (blau) bzw Lindau und Steckborn (rot) Beruumlcksichtigung fanden nur Termine an denen die Boumlenstaumlrke mindestens 16 kn betrug Die Windrichtung ist in Dekagrad angegeben Positive Werte von v bedeuten definitionsgemaumlszlig dass die Geschwindigkeit in Lindau houmlher ist

Auf dem Weg von Sipplingen nach Lindau (blaue Kurve) tritt eine mittlere Beschleunigung von mindestens 2 kn bei Windrichtungen zwischen 270deg und 300deg auf Die Sipplinger Kurve strebt auszligerdem einem ausgepraumlgten Maximum von 38 kn bei = 280deg zu und faumlllt bei weiter noumlrdlichen bzw suumldlichen Richtungen wieder stark ab

Die Steckborner Kurve folgt hingegen einem voumlllig anderen Verhalten was einen Widerspruch zu Jellinghaus (unveroumlffentlicht) darstellt So uumlberschreitet die Differenz zu Lindau nie den Wert 2 kn und faumlllt zweimal in den negativen Bereich ab Bei = 280deg betraumlgt die Abweichung zudem nur 05 kn Der Grund fuumlr dieses unerwartete Ergebnis ist die besondere Lage der Station Steckborn Wie in Kap 512 erlaumlutert liegt die Windstaumlrke dort bei Starkwindsituationen im Allgemeinen deutlich houmlher als an anderen Orten Durch die Kanalisierung der Stroumlmung im Hochrheintal und der weiteren Beschleunigung uumlber dem Untersee werden bei West- bis Nordwestwind in Steckborn Geschwindigkeiten erreicht die auf aumlhnlichem Niveau liegen wie in Lindau

534 Windrichtungsabhaumlngigkeit des Korrelationskoeffizienten

Analog zur Untersuchung des Jahresgangs in Kap 523 soll nun die Windrichtungsabhaumlngigkeit der Korrelation der einzelnen Stationen in Bezug auf die Boumlengeschwindigkeit analysiert werden In Abb 520 ist der Korrelationskoeffizient r fuumlr die zwoumllf Richtungssektoren dargestellt Da die Windrichtung raumlumlich keinesfalls als homogen angenommen werden kann muss eine Station (Steckborn in Abb 520) als Bezugspunkt gewaumlhlt werden Im Anhang befinden sich zwei analoge Grafiken mit Altenrhein und Sipplingen als Bezugsstation (Abb B10 und B11)

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

Abb 520 Korrelationskoeffizient r in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Steckborn Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet (Steckborn-Gailingen Steckborn-Espasingen Steckborn-Guumlttingen Steckborn-Lindau und Steckborn-Friedrichshafen)

Der Korrelationskoeffizient aller Stationspaare (Bezugsstation Steckborn) pro Richtungssektor ist am houmlchsten im westlichen (225deg bis 315deg) und oumlstlichen (75deg bis 105deg) Teil der Windrose Bei Betrachtung des westlichen Maximums faumlllt auf dass es zum einen sehr breit ist und zum zweiten auch noch im Sektor 315deglt 345deg hohe Werte des Korrelationskoeffizienten auftreten Eine auffaumlllige Ausnahme stellt die Korrelation mit der Gailinger Zeitreihe dar denn hier ist das oumlstliche Maximum nur sehr schwach ausgepraumlgt Stattdessen ist dort noch im Nordsektor (345deglt 15deg) ein hohes r zu beobachten ebenso wenn auch schwaumlcher in Espasingen und Guumlttingen Bei suumldlichen Richtungen (135deg bis 195deg) sind die Korrelationen allgemein sehr schwach

Werden andere Stationen als Bezugspunkte gewaumlhlt laumlsst sich ein qualitativ aumlhnliches Verhalten feststellen Auch die Eigenschaft der hohen Werte von r im Sektor 315deglt 345deg ist bei fast allen Bezugsstationen zu finden wobei die Erweiterung in den Nordsektor hinein immer nur bei der Korrelation einzelner Stationspaare auftritt Eine interessante Ausnahme stellt die Korrelation zwischen der Bezugsstation Altenrhein und Lindau dar Ein maximaler Korrelationskoeffizient tritt hier im Suumldsektor (165deglt 195deg) auf

(siehe Anhang)

Die Beobachtung der zwei Maxima in den westlichen und oumlstlichen Sektoren laumlsst sich direkt uumlber die Starkwindrosen erklaumlren Wie in Kap 531 beschrieben tritt dort ein Hauptmaximum um West und ein Nebenmaximum um Nordost auf wobei das Westmaximum breiter ausfaumlllt Die Intensitaumlt des Maximums in den nordoumlstlichen Sektoren schwankt stark von Station zu Station Das Fehlen des Nordostmaximums des Korrelationskoeffizienten Steckborn-Gailingen laumlsst sich mit der Tatsache erklaumlren dass Gailingen so gut wie keine Starkwinde aus nordoumlstlichen bis oumlstlichen Richtungen aufweist wie bereits in Kap 531 erlaumlutert

Ein bemerkenswertes Ergebnis ist auszligerdem dass im Sektor 345deglt 15deg hohe Korrelationskoeffizienten nur bei Stationspaaren auftreten die einander vergleichsweise nahe

liegen So ist Steckborn mit Gailingen und Espasingen gut korreliert und Sipplingen mit Espasingen und Steckborn Obwohl bei Nordanstroumlmung Starkwinde aumluszligerst rar sind gibt es dort dennoch Winde aus noumlrdlichen Richtungen jedoch bei geringen Geschwindigkeitsbetraumlgen die folglich nicht die Warnschwelle erreichen umgekehrt aber eine relativ stetige Entwicklung des Windfeldes garantieren koumlnnen Bei Starkwind sind die relativen Variationen der Windgeschwindigkeit im Allgemeinen geringer als bei sehr schwachen Winden Im Bereich von Bft 1 oder 2 verhaumllt sich der Windvektor oft unberechenbar und ist kurzzeitigen Drehungen und Betragsaumlnderungen ausgesetzt Daher ist mit einer besseren Korrelation in den Sektoren zu rechnen in denen die Starkwindhaumlufigkeit am houmlchsten ist Auch die gute Korrelation von Altenrhein und Lindau im Suumldsektor laumlsst sich so erklaumlren da beide Stationen regelmaumlszligig Foumlhnereignissen aus suumldlichen Richtungen ausgesetzt sind wobei Stuumlrme in Lindau seltener vorkommen (vgl Kap 532) Waumlhrend Foumlhndurchbruumlchen herrschen an den uumlbrigen Stationen vollstaumlndig andere Windbedingungen was zur Folge hat dass zwar Altenrhein und Lindau gut korreliert sind die Korrelation mit den uumlbrigen Stationen aber kein Maximum aufweist

54 Abhaumlngigkeit von meteorologischen Ursachen

541 Haumlufigkeit von konvektiven meso- und synoptischskaligen Starkwindereignissen

Starkwind- und Sturmereignisse entstehen in der Bodenseeregion auf vier verschiedene Arten Sie koumlnnen ihre Ursache 1) im Gradienten des synoptischskaligen Druckfeldes (gradientgesteuert) 2) in der frontalen Querzirkulation 3) Foumlhndurchbruumlchen und 4) der konvektiven Aktivitaumlt bei Gewittern haben Waumlhrend bei der Analyse der Abhaumlngigkeit von Jahreszeit und Windrichtung bisher die Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen untersucht wurde beziehen sich die Grafiken dieses Abschnitts nunmehr auf ganze Tage Es erwies sich als sinnvoll diese Einheit zu waumlhlen weil die Windereignisse im Allgemeinen an den verschiedenen Stationen unterschiedlich lange dauern und eine Haumlufigkeitsverteilung von 10-Minuten-Intervallen daher nicht fuumlr alle Messpunkte repraumlsentativ gewesen waumlre Untersucht wurden wieder die Jahre 2005 bis 2009

Abb 521 zeigt die absolute Haumlufigkeit von Starkwindtagen die durch gradientgesteuerte Lagen (1 Balken) Fronten bei schwachem synoptischskaligen Gradienten (2 Balken) Foumlhn (3Balken) und Luftmassengewitter (4 Balken) entstanden sind Bei den gradientgesteuerten Lagen wird nicht spezifiziert ob sich zusaumltzlich frontale Boumlen uumlberlagerten bei den Luftmassengewittern vorerst nicht ob es sich um ein Waumlrmegewitter Labilisierung durch starke Kaltluftadvektion in der Houmlhe oder sonstige Luftmassengewitter handelte Zu beachten ist dass an manchen Starkwindtagen mehrere Prozesse fuumlr das Uumlberschreiten der Warnschwelle verantwortlich sind so kann sich beispielsweise bei einer zyklonalen Wetterlage ein Foumlhnsturm ereignen oder dieser mit einem Frontdurchgang zusammenfallen Gleichermaszligen sind bei dem Durchzug einer Zyklone auch Luftmassengewitter moumlglich wenn die Schichtung ausreichend labil ist und Foumlhnereignisse im Ostteil koumlnnen von Gewittern im West- und Mittelteil begleitet sein Daher fallen einige Starkwindtage in mehrere Klassen und es ist nicht moumlglich relative Haumlufigkeiten zu berechnen

gradientgetriebenmitohne Front

Front bei schwachemGrad

Foumlhn Luftmassengewitter

Abb 521 Gesamte absolute Haumlufigkeit von Starkwindtagen mit den Ursachen zyklonal mitohne Front Front bei schwachem synoptischskaligem Gradienten Foumlhn und Luftmassengewitter (LWH) im Zeitraum 2005 bis 2009

Mit groszligem Abstand an der Spitze stehen die gradientgesteuerten Starkwinde und Stuumlrme Ihrer Haumlufigkeit von 309 Tagen innerhalb des Bezugszeitraums stehen nur 106 Starkwindtage gegenuumlber die einem Frontdurchgang bei ansonsten schwachem Druckgradienten geschuldet waren Nur an 48 Tagen erreichten Foumlhndurchbruumlche Starkwindstaumlrke Luftmassengewitter fuumlhrten 33-mal zu Starkwindtagen

Die unterschiedliche Haumlufigkeit der beiden Hauptwindrichtungen (W-SW und NO) geht aus Abb 522 a) hervor Dieses Kreisdiagramm teilt die Klasse des ersten Balkens in Abb 521 (gradientgetrieben mitohne Front) in zwei Unterklassen auf Auch wenn die Biselagen dh Wind aus NO mit 48 Tagen innerhalb der betrachteten fuumlnf Jahre von Bedeutung sind weht an den meisten gradientinduzierten Starkwindtagen der Wind aus Suumldwest bis Nordwest (263 Tage bzw 85)

263 85

147 73

Abb 522 a) (links) Anteil der beiden Hauptwindrichtungen SW-W (blau) und NO (gelb) an der Gesamtheit der gradientgetriebenen Starkwindtage b) (rechts) Anteil der Kaltfronten (grau) und Okklusionen (weiszlig) an der Gesamtheit der frontal bedingten Starkwindtage

Abb 522 b) vergleicht die Haumlufigkeiten von Kaltfronten und Okklusionen an Starkwindtagen Es ist zu beachten dass hierbei alle Tage betrachtet werden an denen ein Starkwindereignis mit einem Frontdurchzug zusammenfiel Nicht unterschieden wird ob die Front alleine fuumlr das Uumlberschreiten der Warnschwelle sorgte oder bereits das gradientgesteuerte Windfeld dafuumlr ausgereicht haumltte Dementsprechend werden Starkwindtage sowohl aus der Klasse 1 in Abb 521 als auch aus Klasse 2 betrachtet Es zeigt sich dass die Kaltfronten mit 73 bzw 147 Tagen klar uumlberwiegen Lediglich an 55 Tagen

fuumlhrte der Durchzug einer Okklusion zu Boumlengeschwindigkeiten oberhalb der Warnschwelle

Waumlhrend Klasse 3 in Abb 521 (Foumlhn) nicht weiter unterteilt wird ist es von Interesse naumlher auf diejenigen Starkwindtage einzugehen die auf Gewitter zuruumlckzufuumlhren sind In Abb 523 wird dazu unterschieden zwischen Frontgewittern (F) Gewittern an Konvergenzlinien (K) Waumlrmegewittern (W) Gewittern aufgrund von Labilisierung durch Kaltluftadvektion in der Houmlhe (H) und sonstigen Luftmassengewittern (L) Das Kreisdiagramm enthaumllt somit alle Starkwindtage der Klasse 4 aus Abb 521 und zusaumltzlich einige der Klassen 1 und 2

Abb 523 Haumlufigkeitsverteilung der Starkwindtage die auf Gewitter zuruumlckzufuumlhren sind Die erste Zahl gibt jeweils den absoluten Wert an dahinter ist das Verhaumlltnis zur Summe aller gewitterinduzierten Starkwindtage aufgefuumlhrt Abkuumlrzungen W = Waumlrmegewitter H = Gewitter aufgrund von Advektion von Houmlhenkaltluft L = sonstiges Luftmassengewitter F = Frontgewitter K = Gewitter an Konvergenzlinie

Es faumlllt auf dass die uumlberwiegende Mehrzahl (54) der Gewitter mit denen Starkwindboumlen einhergingen an Fronten oder Konvergenzlinien entstanden In der Grafik wurden Front- und Konvergenzgewitter in einer Gruppe (FK) zusammengefasst da es auf den Wetterkarten oft nicht moumlglich war zu entscheiden welcher der beiden Effekte fuumlr das Gewitter verantwortlich war Unter den Gewittern die sich innerhalb einer Luftmasse bildeten waren diejenigen mit 8 am seltensten deren Ursprung die Labilisierung durch starke Advektion von Kaltluft in der Houmlhe war (H) Mit einer Haumlufigkeit von 17 bzw 21 traten Waumlrmegewitter (W) bzw sonstige Luftmassengewitter (L) auf

542 Haumlufigkeitsverteilung der Groszligwetterlagen Europas an Starkwindtagen im Vergleich mit allen Tagen

Im Folgenden soll untersucht werden welche Groszligwetterlagen (GWL) am haumlufigsten zu Starkwind oder Sturm am Bodensee fuumlhren und welche nur in Ausnahmefaumlllen mit Starkwindtagen koinzidieren Tab B2 im Anhang gibt Aufschluss uumlber die verschiedenen Groszligwetterlagen und -typen Der Groszligwettertyp (GWT) West stellt gleichzeitig auch die zonale Zirkulationsform dar die GWT Suumldwest Nordwest Hoch uumlber Mitteleuropa und Tief uumlber Mitteleuropa bilden die

gemischte Form waumlhrend die restlichen Groszligwettertypen zur meridionalen Form gehoumlren

Interessant ist es nun einen Vergleich der Haumlufigkeitsverteilungen der GWT in Bezug auf Starkwindtage und alle Tage anzustellen Dazu wurde die relative Haumlufigkeit eines bestimmten GWT bezogen auf alle Tage von der relativen Haumlufigkeit bezogen nur auf Starkwindtage

abgezogen Abb 524 zeigt die Abweichung der relativen Haumlufigkeiten beider Faumllle in Prozent Definitionsgemaumlszlig zeigen positive Werte an dass die relative Haumlufigkeit des jeweiligen GWT im Fall der Starkwindtage houmlher ist als bei Betrachtung aller Tage

West Suumldwest Nordwest HM TM Nord Ost Suumld

Groszligwettertypen

Haumlu

Abb 524 Vergleich der Haumlufigkeit der Groszligwettertypen zwischen Starkwindtagen und allen Tagen Angegeben ist die Differenz der relativen Haumlufigkeiten in Prozent Positive Werte bedeuten dass die relative Haumlufigkeit in Bezug auf die Starkwindtage houmlher ist als in Bezug auf alle Tage HM = Hoch Mitteleuropa TM = Tief Mitteleuropa

Es faumlllt insbesondere auf dass Westlagen uumlberdurchschnittlich haumlufig zu Starkwindtagen fuumlhren (10) waumlhrend es bei einem Hochdruckgebiet oder einer Bruumlcke uumlber Mitteleuropa (Typ HM ) nur selten zu Starkwindboumlen uumlber dem Bodensee kommt (-11) Auch Nordwestlagen koinzidieren relativ oft mit Starkwindereignissen (4) Ostlagen hingegen vergleichsweise selten (-4) Fuumlr Suumldwest- Nord- und Suumldlagen sowie den Typ TM (Tief uumlber Mitteleuropa) lassen sich nur kleine Abweichungen feststellen

Abb 525 zeigt die Haumlufigkeitsverteilung der GWT jeweils fuumlr Starkwindtage und fuumlr alle Tage Bei Betrachtung der Grafik alle Tage faumlllt auf dass die Westlagen zwar den groumlszligten Teil ausmachen (22) jedoch nur sehr knapp vor den Typen HM (20) und Nord (18) liegen Im Falle der Starkwindtage aumlndert sich das Bild denn nun dominiert der GWT West mit 31 klar Die Nordlagen haben weiterhin einen Anteil von 18 wohingegen der Typ HM auf 8 zuruumlckfaumlllt Im Uumlbrigen erlauben die Kreisdiagramme die gleichen Schluumlsse die bereits aus dem vergleichenden Balkendiagramm (Abb 524) gezogen worden sind

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

WestSuumldwestNordwestHMTMNordOstSuumld

146 31

Abb 525 Abs und rel Haumlufigkeit der Groszligwettertypen Links alle Tage rechts Starkwindtage

Auch Abb 526 zeigt ein eindeutiges Bild Waumlhrend das linke Kreisdiagramm die absolute und relative Haumlufigkeit von zyklonalen und antizyklonalen GWL in Bezug auf alle Tage darstellt bezieht sich das rechte in analoger Weise auf die Starkwindtage Grundsaumltzlich treten in Mitteleuropa zyklonale Wetterlagen (63) deutlich haumlufiger auf als antizyklonale (37) Werden aber nur die Starkwindtage betrachtet vergroumlszligert sich der zyklonale Anteil auf 83

666 37

1144 63

antizyklonalzyklonal

386 83

Abb 526 Abs und rel Haumlufigkeit von zyklonalen (violett) und antizyklonalen (blau) Groszligwetterlagen Links alle Tage rechts Starkwindtage

Nach Gerstengarbe et al (1999) ist die Betrachtung von Groszligwetterlagen

im Gegensatz zu den Groszligwettertypen oft problematisch weil bei selteneren Lagen keine Signifikanz mehr gegeben ist Im Folgenden soll dennoch auf Unterschiede der GWL-Haumlufigkeitsverteilungen fuumlr Starkwindtage und alle Tage eingegangen werden wobei bei der Interpretation kleiner Haumlufigkeitswerte die noumltige Vorsicht geboten ist

Die Untersuchung der zonalen Zirkulationsform (Abb 527) ergibt dass der Anteil der antizyklonalen Westlagen ( Wa ) bei den Starkwinden kleiner und der aller anderen GWL etwas groumlszliger ist als an allen Tagen Das wesentliche Merkmal von Abb 528 (gemischte Zirkulationsform) ist die starke Verkleinerung des Anteils von BM (Bruumlcke uumlber Mitteleuropa) zu Gunsten von NWz und SWz (zyklonale Nordwest- und Suumldwestlagen) beim Uumlbergang von allen Tagen zu Starkwindtagen Nun ist es aber auch die GWL BM die mit der Groszligwetterlage HM den Groszligwettertyp HM

bildet Die oben

beschriebene Abnahme des GWT HM ist also primaumlr auf die Abnahme des Anteils der GWL BM zuruumlckzufuumlhren

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

Abb 527 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der zonalen Zirkulationsform (West-zyklonal (Wz) West-antizyklonal (Wa) suumldliche Westlage (Ws) und winkelfoumlrmige Westlage (Ww)) Links alle Tage rechts Starkwindtage

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM 48 31

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Abb 528 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der gemischten Zirkulationsform (Suumldwest-zyklonal (SWz) Suumldwest-antizyklonal (SWa) Nordwest-zyklonal (NWz) Nordwest-antizyklonal (NWa) Hoch Mitteleuropa (HM) Bruumlcke Mitteleuropa (BM) und Tief Mitteleuropa (TM)) Links alle Tage rechts Starkwindtage

Besonders bei den Wetterlagen der meridionalen Zirkulationsform (Abb B12 und B13 im Anhang) tritt das oben genannte Problem der zu kleinen Haumlufigkeitswerte auf was verlaumlssliche Aussagen erschwert Es lassen sich fuumlr beide Faumllle zwei dominante Lagen feststellen und zwar der Trog uumlber Mitteleuropa ( TrM ) und uumlber Westeuropa ( TrW ) Deren Anteile sind im Diagramm der Starkwindtage nur unwesentlich groumlszliger als in dem aller Tage so dass es sich wahrscheinlich um einen zufaumllligen Unterschied handelt Die Interpretation der uumlbrigen Groszligwetterlagen ist aufgrund fehlender Signifikanz nicht moumlglich

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

543 Berechnung der maximalen Boumlengeschwindigkeit aus dem Gradienten des

Geopotentials auf der Druckflaumlche 850 hPa

Aufgrund der bisherigen Ergebnisse die groszlige lokale Variationen der Windbedingungen implizieren ist es von Interesse den Zusammenhang des Windfeldes in der freien Atmosphaumlre (850 hPa) mit dem an den neun Bodenseestationen quantitativ zu untersuchen Zunaumlchst wird in einem kurzen Exkurs auf das Windprofil innerhalb der atmosphaumlrischen Grenzschicht eingegangen

Exkurs

Die horizontale atmosphaumlrische Bewegungsgleichung im p-System lautet (Holton 1992)

phh ukf

Um daraus eine Formel fuumlr den geostrophischen Wind zu berechnen wird zunaumlchst Beschleunigungsfreiheit angenommen wodurch der erste Term wegfaumlllt Mit den Regeln der Vektoranalysis folgt nach kurzer Rechnung

Aus dieser Beziehung wird klar dass der Betrag der Windgeschwindigkeit direkt proportional zum Betrag des Geopotentialgradienten auf einer Druckflaumlche ist Die Gleichung des geostrophischen Windes gilt allerdings nur in der freien Atmosphaumlre und auch dort nur naumlherungsweise Nach Christoffer et al (1989) besitzt die atmosphaumlrische Grenzschicht innerhalb derer Reibungskraumlfte eine Aumlnderung des Betrages und der Richtung des Windvektors induzieren eine Dicke von 500 m bis 1000 m Je groumlszliger die Stabilitaumlt der unteren Troposphaumlre ist desto geringer ist die vertikale Maumlchtigkeit der Grenzschicht bei steigender Bodenrauhigkeit steigt auch die Grenzschichtdicke an

In den unteren 10 der Grenzschicht (Prandtlschicht) ist der Reibungseinfluss am groumlszligten so dass die dortigen Impulsverluste die der daruumlber liegenden maumlchtigeren Ekmanschicht uumlbertreffen In Letzterer wird dagegen die gesamte Drehung des Windvektors vollzogen (Ekman-Spirale) In der Prandtlschicht nimmt die Windgeschwindigkeit bei neutraler Schichtung logarithmisch mit der Houmlhe zu wobei die folgende Beziehung gilt (Christoffer et al 1989)

)ln()(0z

)(zu ist dabei die mittlere Windgeschwindigkeit in der Houmlhe z

die Karmansche Konstante (

=04) u die Schubspannungsgeschwindigkeit und 0z die Rauhigkeitslaumlnge die einen

gegebenen Untergrund charakterisiert

Soll das Windprofil uumlber Waumlldern oder Staumldten ermittelt werden ist es noumltig die obige Formel mit Hilfe der sogenannten Verdraumlngungsschichtdicke d zu modifizieren (Christoffer et al 1989)

)ln()(0z

Falls die Schichtung nicht neutral ist verliert diese Gleichung ihre Guumlltigkeit und muss durch die Businger-Gleichungen ersetzt werden (Zenger et al 1990)

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

wobei 50arctan2)]1(50ln[)]1(50ln[2 121mmmm

mit 250)151(m (labil)

und )741(m (stabil)

Dabei ist 1Lz und 13 )( gHTcuL p (Monin-Obukhov-Laumlnge)

Die Windgeschwindigkeit am Boden haumlngt also entscheidend von der Beschaffenheit des Untergrundes ab Gibt es im Gelaumlnde Grenzen an denen sich die Bodenrauhigkeit aumlndert (zB Meereskuumlsten und Seeufer) bildet sich eine sogenannte innere Grenzschicht aus Weht der Wind vom Land auf den See so wird die Grenzschicht der raueren Landoberflaumlche in den Bereich uumlber dem reibungsaumlrmeren Wasser advehiert wobei sich von unten her die Grenzschicht der Seeoberflaumlche mit zunehmender Entfernung vom Ufer nach oben hin ausbreitet Diese wird innere Grenzschicht genannt (Zenger et al 1990) Im Falle des komplex strukturierten Bodensees ist daher eine theoretische Berechnung des Bodenwindfeldes fuumlr die einzelnen Stationen nur mit Hilfe numerischer Werkzeuge moumlglich Zudem liefert die Formel des logarithmischen Windprofils noch keinerlei Aussagen uumlber die Geschwindigkeit von Boumlen die uumlber dem Bodensee gerade von besonderem Interesse ist

Im Folgenden soll stattdessen versucht werden mithilfe linearer Regression eine Beziehung zwischen der maximalen Boumlengeschwindigkeit am Boden und dem Gradienten des Geopotentials auf der 850hPa-Druckflaumlche herzuleiten Diese ermoumlglicht es

ein ausreichend hohes Bestimmtheitsmaszlig vorausgesetzt

im operationellen Warndienst auf der Basis einer 850hPa-Houmlhenkarte schnell und einfach die zu erwartenden Spitzenboumlen zu ermitteln

Werden der Regression alle Starkwindtage zugrunde gelegt an denen es moumlglich war den Potentialgradienten zu bestimmen ergibt sich ein Bestimmtheitsmaszlig von lediglich 022 Auch wenn ausschlieszliglich zyklonale Starkwindtage (Klasse 1) verwendet werden verbessert sich das Ergebnis bei einem Bestimmtheitsmaszlig von 023 kaum Das zugehoumlrige Diagramm ist im Anhang als Abb B14 zu finden Als naumlchstes wurden 44 Starkwindtage ausgewaumlhlt die sich ua durch ein im Tagesverlauf nur schwach variables Potentialgradientfeld auszeichneten Dadurch sollen groszlige Veraumlnderungen innerhalb des 24-stuumlndigen Intervalls zwischen den Zeitpunkten fuumlr die die archivierten Wetterkarten vorliegen ausgeschlossen werden Fuumlr eine genaue Erklaumlrung der Vorgehensweise sei auf Kap 428 verwiesen Abb 529 gibt das Ergebnis des linearen Modells fuumlr diese Auswahl an (rote Punkte gestrichelte Regressionsgerade) Zum Vergleich sind in diesem Diagramm zusaumltzlich die Punkte des ungefilterten Datensatzes (alle Starkwindtage blaue Punkte durchgezogene Regressionsgerade) dargestellt Das Bestimmtheitsmaszlig liegt nun bei 088 wobei die Zahl von 44 Datenpunkten ausreicht um eine bloszlige Zufaumllligkeit des linearen Zusammenhangs auszuschlieszligen

Mit derselben Auswahl wurde die Regression auch fuumlr die uumlbrigen acht Stationen durchgefuumlhrt von denen Steckborn mit Ausnahme zweier Ausreiszliger das beste Ergebnis liefert (Abb 530)

Die Steigung m und die Verschiebung in positiver Ordinatenrichtung t sowie das Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 sind fuumlr alle Stationen in Tab 512 zusammengefasst

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

Linear (Sip_gefiltert)

Linear (Sip_ungefiltert)

Abb 529 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Sipplingen in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung ausgewaumlhlter Starkwindtage (rote Punkte gestrichelte Regressionsgerade) und aller Starkwindtage (blaue Punkte durchgezogene Gerade) Die zugehoumlrigen Gleichungen und Bestimmtheitsmaszlige sind oben rechts angegeben und in der entsprechenden Farbe unterlegt

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Abb 530 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Steckborn in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung ausgewaumlhlter Starkwindtage Schwarze Linie Regressionsgerade (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben)

Tab 512 Steigung m Verschiebung in positiver Ordinatenrichtung t und Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 der linearen Regression fuumlr alle Stationen (Gailingen Steckborn Espasingen Sipplingen Konstanz Friedrichshafen Guumlttingen Lindau und Altenrhein)

Station Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Lin Alt m 911 100 867 113 112 101 955 904 888 t 828 139 824 636 611 115 104 136 119 Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 044 043

Die Regressionsgerade der Station Sipplingen hat mit Abstand das houmlchste Bestimmtheitsmaszlig danach folgt Konstanz bei weiterhin hohem Rsup2 Wie bereits oben angesprochen ist die Streuung der Datenpunkte im Diagramm von Steckborn viel niedriger als es das Bestimmtheitsmaszlig suggeriert Dies ist auf drei starke Ausreiszliger zuruumlckzufuumlhren Auffaumlllig ist hingegen die deutlich niedrigere Regressionsguumlte an den Stationen des Ostteils

Auf der Grundlage der gefundenen Zusammenhaumlnge laumlsst sich folgende empirische Gleichung aufstellen

mit m und t

Unter Verwendung der in Tab 512 angegebenen Parameter kann so aus einem bekannten Gradienten des Geopotentials auf der 850hPa-Flaumlche (Einheit gpdm (100km)-1 ) die zu erwartende maximale Boumlenstaumlrke in Knoten berechnet werden

Wie in Kap 533 gezeigt wurde treten bei Windrichtungen aus dem Sektor 270deg bis etwa 300deg an den Stationen des Ostteils deutlich houmlhere Windgeschwindigkeiten auf als uumlber dem Rest des Bodensees Das haumlngt damit zusammen dass die Luftpakete in diesem Fall einen langen Weg uumlber der vergleichsweise reibungsarmen Wasserflaumlche zuruumlcklegen bevor sie Lindau und Altenrhein erreichen was eine sukzessive Beschleunigung zur Folge hat Das logarithmische Windprofil ist bei Anstroumlmung aus diesem Sektor also ein anderes als fuumlr die uumlbrigen Windrichtungen wobei die steuernden Variablen die Rauhigkeitslaumlnge z0 und Verdraumlngungsschichtdicke d sind

Es liegt deshalb nahe in Lindau und Altenrhein zwischen zwei Regimes zu unterscheiden die sich durch verschiedene Parameter

auszeichnen Wird die oben beschriebene Auswahl von Starkwindtagen auf diejenigen Faumllle reduziert in denen der Beschleunigungseffekt nicht auftrat bzw der Wind nicht aus dem genannten Westnordwest-Sektor wehte bleiben von den 44 Tagen noch 22 uumlbrig Diese werden in den Abb 531 und Abb 532 durch blaue Datenpunkte und eine durchgezogene Regressionsgerade repraumlsentiert die uumlbrigen 22 Tage durch rote Punkte und eine gestrichelte Gerade

Es faumlllt sofort auf dass das Bestimmtheitsmaszlig in Lindau (Abb 531) mit 072 (ohne WNW) deutlich houmlher ist als ohne die Unterscheidung in zwei Regime Das Westnordwest-Regime laumlsst sich hingegen weniger gut parametrisieren (Rsup2 = 046) Die Steigung der Gerade ist fuumlr die Westnordwestwinde um 249 kn 100km gpdm-1 houmlher als die fuumlr die uumlbrigen Faumllle waumlhrend die Verschiebung in Ordinatenrichtung also hin zu houmlheren Geschwindigkeiten etwas kleiner ausfaumlllt

An der Station Altenrhein (Abb 532) fuumlhrt die Regression auf der Basis derselben 22 Tage auf ein schlechteres Ergebnis (Rsup2 = 055) als in Lindau das aber trotzdem eine Verbesserung gegenuumlber der Betrachtung aller Tage darstellt Das Bestimmtheitsmaszlig fuumlr das Westnordwest-Regime ist mit einem Wert von 047 minimal groumlszliger als in Lindau

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Abb 531 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Lindau in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa Blaue Punktedurchgezogene Linie WertepaareRegressionsgerade der Tage an denen kein Westnordwestwind herrschte rote Punktegestrichelte Linie WertepaareRegressionsgerade der Tage mit Westnordwestwind (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben Hintergrundfaumlrbung entspricht der Farbe der zugehoumlrigen Punkte)

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Abb 532 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Altenrhein in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa Farbgebung und Linienform entsprechend Abb 531

Die Parameter

sind fuumlr alle Stationen nochmals in Tab 513 zusammengefasst wobei im Ostteil zwischen den beiden Regimes unterschieden wird

Tab 513 Parameter und der Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaszlig Rsup2 fuumlr alle Stationen Im Ostteil wird zwischen Wind aus dem Westnordwest-Sektor (gekennzeichnet durch ) und Wind aus den uumlbrigen Richtungen () unterschieden

Station

Gai Ste Esp Sip Kon Fri Guumlt Lin Lin

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

Die houmlchsten Werte von treten in Sipplingen Konstanz und Altenrhein bei Westnordwestwind auf Dort steigt also die maximale Boumlengeschwindigkeit bei gegebener Zunahme des Potentialgradienten am staumlrksten an In Espasingen Gailingen und LindauAltenrhein bei Windrichtungen auszligerhalb des Westnordwest-Sektors ist am kleinsten

Der zweite Parameter der die Verschiebung der Regressionsgeraden in positiver Ordinatenrichtung also hin zu houmlheren Geschwindigkeiten angibt nimmt den houmlchsten Wert fuumlr die Station Steckborn an Es folgen Lindau Altenrhein (ohne Westnordwest-Regime) und Friedrichshafen Die kleinsten Werte erreicht

in Konstanz Sipplingen und Altenrhein bei Wind aus Westnordwest Ein hoher Wert von

bedeutet dass die maximale Boumlengeschwindigkeit unabhaumlngig vom Potentialgradienten grundsaumltzlich auf hohem Niveau ist Bei der Interpretation der Variablen an den Oststationen muss beachtet werden dass die Ungenauigkeit der Ergebnisse aufgrund der halbierten Anzahl von nur noch 22 Datenpunkten je Regime houmlher ist als im Falle der uumlbrigen Stationen

Sowohl Sipplingen als auch Konstanz zeichnen sich durch eine relativ exponierte Lage aus Waumlhrend Sipplingen auf einer Anhoumlhe liegt und sein Windfeld dem in der freien Atmosphaumlre im Vergleich zu den anderen Stationen am naumlchsten kommt (Schickedanz 2010) garantiert die Position des Konstanzer Messpunktes an der Spitze einer langgestreckten Landzunge (Bodanruumlck) eine weitgehend ungehinderte Anstroumlmung aus allen haumlufig auftretenden Richtungen Daher verwundert es nicht dass diese Stationen die houmlchsten -Werte aufweisen das heiszligt am staumlrksten auf Aumlnderungen des synoptischskaligen Geopotentialfeldes reagieren Nur in Altenrhein ergibt sich bei Westnordwest-Anstroumlmung ein noch houmlherer Wert Dies ist ebenfalls leicht verstaumlndlich da die Luft bei diesen Windrichtungen durch orographische Hindernisse nahezu ungestoumlrt uumlber den See in den Ostteil gelangt In Lindau ist im Falle von Westnordwestwind dementsprechend ebenfalls hoch

Der umgekehrte Fall liegt in Gailingen und Espasingen vor Gailingen ist genau genommen keine Bodenseestation sondern befindet sich am oumlstlichen Beginn des Hochrheintales wo einerseits orographische Abschattung und andererseits bei geeigneten Windrichtungen Kanalisierungseffekte auftreten Auch Espasingen an der Spitze des Uumlberlinger Sees ist orographischen Einfluumlssen ausgesetzt Es entspricht den Erwartungen dass diese Lagen mit niedrigen -Werten einhergehen da sie dem daruumlber liegenden Stroumlmungsfeld weniger stark ausgesetzt sind Auch im Falle der Stationen Lindau und Altenrhein (beide ohne Westnordwest-Regime) greift diese Argumentation Bei Suumldwestwind ist mit Abschattung durch das ansteigende Appenzeller Land zu rechnen wobei die Wegstrecke die die Luft hernach uumlber die reibungsarme Seeflaumlche zuruumlcklegt nicht ausreicht um diesen Effekt zu kompensieren Bei Nordost-Anstroumlmung wird Lindau durch das houmlher gelegene Allgaumlu und Altenrhein durch das Pfaumlndermassiv abgeschattet Somit ist ein relativ kleines in beiden Faumlllen verstaumlndlich

Bei der Betrachtung des zweiten Parameters

faumlllt sofort auf dass sich Steckborn deutlich von den anderen Stationen abhebt Sowohl bei Wind aus westlichen als auch oumlstlichen Richtungen wird die Luft aufgrund von orographischer Windfuumlhrung uumlber dem schmalen Untersee stark beschleunigt und die Windgeschwindigkeit ist bei allen Potentialgradienten im Allgemeinen houmlher als an den uumlbrigen Stationen (vgl Kap 511 512 und 521) Dies erklaumlrt den bemerkenswert hohen Wert von

6 Analyse der Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes

61 Saisonale Variation

611 Starkwind

Die Prognoseguumlte wird durch die beiden Groumlszligen TR (Trefferrate) und FA (Falschalarmrate) beschrieben die in den Kap 22 und 412 eingefuumlhrt wurden Die Trefferrate ist ein Maszlig fuumlr den Anteil der bewarnten Boumlen an allen Boumlen die Falschalarmrate fuumlr den Anteil der uumlberfluumlssigen Warnungen an allen Warnungen Die Abb 61 und Abb 62 zeigen den Jahresgang von TR und FA Fuumlr jeden Monat existieren drei Balken von denen jeder fuumlr einen Seeteil steht (siehe Legende) Datengrundlage sind die Verifikationsdaten des Bezugszeitraums 2005 bis 2009

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

Abb 61 Mittlerer Jahresgang der Trefferrate TR im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Starkwind)

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

Abb 62 Mittlerer Jahresgang der Falschalarmrate FA im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Starkwind)

Es faumlllt auf dass die Trefferrate keinerlei signifikantem Jahresgang unterworfen ist Lediglich im Oktober weist der Westteil einen Wert von unter 09 auf ansonsten schwankt die Trefferrate zwischen 09 und 10 was dem Idealwert keiner verpassten Boumle entspricht Da die Trefferraten immer und uumlberall dicht beisammen liegen lassen sich nur schwerlich Informationen uumlber die Unterschiede zwischen den drei Seeteilen ableiten Bei genauer Betrachtung faumlllt allerdings auf dass der Westteil in sechs Monaten die houmlchste Trefferrate im Vergleich zu den anderen Seeteilen hat waumlhrend dies im Ostteil in vier und im Westteil in lediglich zwei Monaten der Fall ist Es laumlsst sich aber kein Muster erkennen wann welcher Teil besser bewarnt wird

Interessanterweise zeigt sich bei Betrachtung der Saisonalitaumlt der Falschalarmrate ein voumlllig anderes Bild Am ganzen See steigt die Falschalarmrate zum Sommer hin an und faumlllt zum Winter wieder ab Zwei markanten Maxima im Juni und August mit Werten bis uumlber 045 steht ein Zwischenminimum im Juli gegenuumlber (FA lt 030) Waumlhrend im Winter durch die allgemein staumlrkere Zyklogenese uumlberwiegend gradientgesteuerte Starkwinde und Stuumlrme auftreten kommt im Sommerhalbjahr den Gewittern und Fronten die groumlszligte Bedeutung zu Boumlen die von Luftmassengewittern erzeugt werden sind aufgrund deren Kleinraumlumigkeit am schwersten zu prognostizieren Die Bewegung eines Tiefdruckgebiets und des dazugehoumlrigen Druckgradientfeldes kann von den gaumlngigen Modellen sehr gut vorhergesagt werden wohingegen es auch fuumlr erfahrene Meteorologen schwierig ist abzuschaumltzen wo sich Gewitterzellen entwickeln wohin sie ziehen und welche Intensitaumlt sie erreichen werden Da aber insbesondere Gewitterboumlen fuumlr den Boot- und Schiffsverkehr eine sehr groszlige Gefahr darstellen wird bei entsprechenden Bedingungen wie hoher Labilitaumlt und Feuchte eine Uumlberwarnung in Kauf genommen Das Ergebnis dieser Vorgehensweise ist eine sommers gleich bleibend hohe Trefferrate bei deutlich erhoumlhter Falschalarmrate Aufgrund der teils geringen raumlumlichen Ausdehnung von Gewitterzellen und der ebenfalls geringen Messnetzdichte koumlnnen auf dem See Boumlen auftreten die an keiner Station registriert werden da die Zelle zwischen zwei Messpunkten durchzieht In solchen Faumlllen geht eine Warnung als uumlberfluumlssig in die Statistik ein obwohl sie eigentlich gerechtfertigt war Die wahre Falschalarmrate liegt demnach etwas niedriger als die statistisch ermittelte

Bei einem Vergleich der drei Seeteile faumlllt sofort auf dass es einen markanten Unterschied in Bezug auf den Jahresgang gibt Der Ostteil weist von November bis April mit Abstand die houmlchsten Falschalarmraten auf im Sommer hingegen gibt es keine wesentlichen Abweichungen Somit nimmt FA im Ostteil gerade waumlhrend der zyklonal dominierten Periode ungewoumlhnlich hohe Werte an in der sich der Warnprozess wie oben erklaumlrt am einfachsten gestaltet Diese Anomalie ist auf die partielle Entkopplung des Ostteils vom restlichen Bodensee zuruumlckzufuumlhren So wird es beim Blick auf die Nordwest-Suumldost-Ausrichtung der Seeachse leicht verstaumlndlich dass im Falle von Anstroumlmungsrichtungen um Suumldwest an den Stationen Lindau und Altenrhein eine starke Abschattung auftritt Bei nur geringen Drehungen des Windvektors faumlllt dieser Effekt ploumltzlich weg und die Geschwindigkeit steigt markant an Bei Richtungen um Westnordwest die einen Anstroumlmungsweg uumlber die gesamte Seelaumlnge implizieren ist uumlberdies mit einer Beschleunigung uumlber der reibungsarmen Wasserflaumlche zu rechnen (vgl Kap 424 und 533) Um die Zahl der verpassten Boumlen zu minimieren wird auch hier in Zweifelsfaumlllen eine Warnung ausgegeben was eine erhoumlhte Falschalarmrate zur Folge hat Da im Mittelteil waumlhrend des Winterhalbjahres zwar deutlich weniger unnoumltige Warnungen anfielen als im Ostteil aber mit Ausnahme des Januars gleichzeitig mehr als im Westteil liegt die Folgerung nahe dass es von West nach Ost schwieriger wird das Durchgreifen gradientgesteuerter Boumlen bis zum Boden vorherzusagen Das folgende Fallbeispiel soll dies veranschaulichen

Tab 61 zeigt den Verlauf von maximaler Boumlengeschwindigkeit und mittlerer Windrichtung fuumlr vier ausgewaumlhlte Stationen am 822007 von 1200 bis 1550 GZ sowie die zugehoumlrigen

Verifikationsdaten An diesem Tag verstaumlrkte sich im Zuge der Annaumlherung eines Tiefdruckgebiets der Druckgradient so dass mit einer Zunahme des Windstaumlrke zu rechnen war Gleichzeitig zog eine schwache Kaltfront auf die sich um 1300 GZ jedoch noch westlich der Vogesen befand Der Wind wehte durchgehend aus Richtungen um Westsuumldwest

Tab 61 10-Minuten-Maximum der Windgeschwindigkeit in kn (fx) und 10-Minuten-Mittel der Windrichtung (dd) fuumlr Steckborn Sipplingen Guumlttingen und Altenrhein sowie Verifikationsdaten (Starkwind) am 822007 von 1200 bis 1550 GZ wobei J = gerechtfertigte Warnung W = uumlberfluumlssige Warnung N = keine Warnung und keine Boumle Geschwindigkeiten ab 23 kn sind grau unterlegt

Steckborn Sipplingen Guumlttingen Altenrhein Verifikation Uhrzeit fx dd fx dd fx dd fx dd West Mitte Ost 1200 12 260 19 230 10 260 6 280 J W N 1210 13 260 21 230 12 250 3 120 1220 17 260 17 230 9 240 8 270 1230 16 260 27 230 9 250 10 270 1240 17 250 19 240 7 250 6 280 1250 19 260 16 240 5 260 5 270 1300 17 260 12 220 7 250 6 300 J W N 1310 28 260 14 230 6 260 7 350 1320 31 250 19 240 10 250 7 360 1330 26 260 23 250 8 230 5 360 1340 27 260 21 250 5 230 2 40 1350 30 260 17 270 7 240 5 330 1400 25 260 17 270 9 230 7 310 J W W 1410 25 260 19 260 10 240 10 300 1420 22 260 19 260 11 240 10 280 1430 22 270 21 270 15 250 8 280 1440 15 260 27 260 15 250 6 270 1450 11 260 25 260 14 240 4 290 1500 15 250 21 260 16 240 2 300 J W W 1510 19 250 19 260 20 230 2 30 1520 23 250 16 260 17 230 4 110 1530 22 250 12 260 17 230 6 110 1540 24 250 10 260 18 220 7 110 1550 26 250 16 250 19 220 6 120

Es faumlllt auf dass die Boumlengeschwindigkeit an den beiden Stationen des Westteils immer haumlufig genug die Schwelle von 23 kn uumlberschritt dass die ausgegebene Warnung als gerechtfertigt gezaumlhlt werden konnte (Wertung J ) Auch fuumlr den Mittelteil erfolgte eine Starkwindwarnung die aber bei Boumlenspitzen von anfangs 12 kn und am Ende 20 kn zweifellos uumlberfluumlssig war ( W ) Bei Betrachtung des Ostteils des Sees ist die Lage noch klarer Hier erreichte die maximale Boumle lediglich 10 kn oft fiel die Geschwindigkeit auf bis zu 2 kn ab Die Windrichtung schwankte dort zudem aumluszligerst stark so dass das Windfeld vollstaumlndig von dem im Westteil entkoppelt zu sein schien

612 Sturm

Aufgrund der Seltenheit von Sturmereignissen sind Jahresgaumlnge auf der Basis von Monaten wenig aussagekraumlftig So betraumlgt beispielsweise die Falschalarmrate fuumlr den Westteil des Bodensees im Oktober 00 was aber angesichts von 2 bewarnten Boumlen ( J ) und 0 uumlberfluumlssigen Warnungen ( W ) als zufaumlllig anzusehen ist Daher wird in der Abb 63 die Saisonalitaumlt von Trefferrate und Falschalarmrate auf der Basis der meteorologischen Jahreszeiten dargestellt Auch hier gilt es jedoch zu beachten dass ein einzelner Fehler ( J oder W ) viel staumlrker ins Gewicht faumlllt als bei den deutlich haumlufigeren Starkwinden

Die Trefferrate ist durchweg niedriger als im Falle der Starkwinde Es faumlllt zudem auf dass im Mittelteil in allen Jahreszeiten die besten Ergebnisse erzielt werden lediglich im Herbst erreicht die Trefferrate im Westteil etwa den gleichen Wert Bereits bei Betrachtung der Starkwinde deutete sich an dass im Mittelteil die wenigsten Boumlen versaumlumt werden bei den Stuumlrmen faumlllt dieses Ergebnis nun um einiges deutlicher aus Auszligerdem zeigt die Trefferrate im Mittelteil keinerlei signifikanten Jahresgang Die niedrigsten Werte nimmt TR mit Ausnahme des mittleren Seeteils im Fruumlhling an Waumlhrend im Ostteil in den uumlbrigen Jahreszeiten kaum Schwankungen zu erkennen sind tritt im Westteil ein Herbstmaximum mit einer Trefferrate von etwa 09 gegenuumlber Werten um 08 im Sommer und Winter auf

Die Falschalarmrate faumlllt im Ostteil in allen Jahreszeiten am groumlszligten aus wobei die Differenz zu den anderen Seeteilen nur im Herbst und Winter markant ist Im Westteil treten stets die kleinsten Falschalarmraten auf nur in den Sommermonaten ist FA im Mittelteil etwa gleich hoch Bemerkenswert ist das ausgepraumlgte Minimum im Herbst mit Werten unter 01 im West- und Mittelteil Auch im Ostteil faumlllt die ansonsten konstante Falschalarmrate mit 024 deutlich niedriger aus Maximal wird FA uumlber allen Seeteilen im Sommer was wie bei den Starkwinden bereits diskutiert die schwer vorhersagbaren Gewitterlagen als Ursache hat

Insgesamt werden bei Stuumlrmen mehr Boumlen verpasst als bei Starkwinden waumlhrend die Zahl der unberechtigten Warnungen saisonal in allen Seeteilen unterschiedlich stark schwankt

Fruumlhling Sommer Herbst WinterJahreszeit [2005-2009]

WestMitteOst

Abb 63 Mittlerer Jahresgang der Trefferrate (TR) (links) und Falschalarmrate (FA) (rechts) im Bezugszeitraum 2005 bis 2009 (Sturm)

621 Prognoseguumlte in ausgewaumlhlten Sektoren

Die Abhaumlngigkeit der Prognoseguumlte von der Windrichtung wird im Folgenden nur fuumlr Starkwinde untersucht Im Falle der Stuumlrme bringt diese Analyse keine belastbaren Erkenntnisse da wie in Kap 532 gezeigt wurde Boumlen uumlber 34 kn im Wesentlichen nur in zwei Richtungssektoren auftreten In den anderen Bereichen der Windrose sind Stuumlrme so selten dass sich die Haumlufigkeiten von J B und W im einstelligen Bereich bewegen oder sogar verschwinden

Abb 64 und Abb 65 zeigen die Trefferrate TR in verschiedenen Richtungssektoren jeweils fuumlr den Mittel- Ost- und Westteil Es ist zu beachten dass nur die Sektoren der Hauptwindrichtungen beruumlcksichtigt werden weil die Ergebnisse der anderen Sektoren wegen der dort zu geringen

Starkwindhaumlufigkeit nicht aussagekraumlftig sind Da im Westteil auch der Ostsektor zur zweiten Hauptwindrichtung zaumlhlt und im Ostteil die foumlhnbedingte Suumldkomponente hinzukommt unterscheiden sich die drei Diagramme in der Auswahl der Sektoren Zu beachten ist dass die zweite Hauptwindrichtung (Nordost) im Diagramm des Ostteils komplett unberuumlcksichtigt bleibt Dies liegt daran dass dessen Repraumlsentativstation Altenrhein zu niedrige Starkwindhaumlufigkeiten bei Biselagen aufweist

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

Windrichtungssektor [deg]

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

Abb 64 Trefferrate TR in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Mittelteil (links) und Ostteil (rechts)

Abb 65 Trefferrate TR in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Westteil

In allen Seeteilen sind die Variationen zwischen den Sektoren sehr gering Dabei sticht der Mittelteil durch seine fast konstanten Trefferraten stets oberhalb von 098 hervor Im Ostteil ist ein schwaches Minimum im Sektor 195deglt 225deg zu erkennen im Westteil in den Sektoren 75deglt 105deg und 195deglt 225deg Bemerkenswerterweise wurde bei Biselagen in den Sektoren 15deglt 45deg und 45deglt 75deg sowohl uumlber dem westlichen als auch mittleren Bodensee nie eine Boumle verpasst Allerdings sind die Unterschiede zu klein um signifikante Schlussfolgerungen ziehen zu koumlnnen

Die Falschalarmraten in den Sektoren der Hauptwindrichtungen werden fuumlr die drei Seeteile in den Abb 66 und Abb 67 dargestellt

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

Abb 66 Falschalarmrate FA in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Mittelteil (links) und Ostteil (rechts)

Abb 67 Falschalarmrate FA in ausgewaumlhlten Windrichtungssektoren im Westteil

Zu erkennen ist dass im Mittel- und Ostteil die Falschalarmrate umso groumlszliger ausfaumlllt je seltener Starkwinde aus dem jeweiligen Sektor vorkommen So schneiden an den Stationen des mittleren Bodensees die westlichen Sektoren am besten ab die houmlchste Falschalarmrate ergibt sich im seltenen Suumldsuumldwestsektor (195deglt 225deg) Im Ostteil wird bei Winden aus dem Suumldsektor und den westlichen Sektoren 225deglt 255deg und 255deglt 285deg am seltensten uumlberwarnt was erneut den haumlufigsten Windrichtungen entspricht Ein markantes Maximum (FA=06) tritt im oumlstlichen Foumlhnsektor 135deglt 165deg auf ebenfalls erhoumlht ist die Falschalarmrate im westlichen Foumlhnsektor 195deglt 225deg Foumlhndurchbruumlche aus diesen Richtungen erreichen an der Repraumlsentativstation Altenrhein nur selten die Warnschwelle von 25 kn wie aus der Starkwindrose in Kap 531 hervorgeht Die Ergebnisse legen nahe dass die Boumlengeschwindigkeit bei Foumlhn der nicht direkt aus dem Suumldsektor weht zumeist uumlberschaumltzt wird und in der Folge deutlich mehr ungerechtfertigte Warnungen erfolgen als bei Winden um 180deg Auch die hohe Falschalarmrate im Sektor 285deglt 315deg haumlngt mit der niedrigen dortigen Starkwindhaumlufigkeit zusammen

Der Westteil schneidet insgesamt deutlich besser ab als die beiden anderen Seeteile was das Ergebnis der jahreszeitlichen Analyse bestaumltigt Erneut wird in den starkwindreichsten Sektoren 225deglt 255deg und 255deglt 285deg am wenigsten falsch gewarnt flankiert von zwei unterschiedlich ausgepraumlgten Maxima in den beidseitig benachbarten Richtungsabschnitten Bemerkenswerterweise faumlllt die Falschalarmrate bei Biselagen (Nordost) noch niedriger aus als bei westlichen Winden obwohl sie um einiges seltener vorkommen Insbesondere wurde in den Sektoren 15deglt 45deg und 75deglt 105deg innerhalb der betrachteten fuumlnf Jahre niemals eine uumlberfluumlssige Warnung ausgegeben Dies widerspricht obiger Beobachtung nach der FA umso kleiner ist je haumlufiger im betreffenden Sektor Starkwind registriert wird Der Grund hierfuumlr ist dass die nordoumlstlichen Winde in der Regel zuerst im Mittelteil einsetzen bevor sie den Westteil erreichen Wird in Friedrichshafen oder Guumlttingen die Warnschwelle uumlberschritten ist dies also ein Indiz dafuumlr dass die Boumlenstaumlrke auch bald an den westlichen Stationen 25 kn erreichen wird Auf diese Weise sinkt das Risiko fuumlr falsche Alarme deutlich

622 Windrichtungsbezogene Betrachtung verpasster Boumlen im Ostteil

In Kap 533 wurde gezeigt dass die Station Lindau bei bestimmten Windrichtungen deutlich staumlrkere Boumlen registriert als sie im westlichen und mittleren Bodensee gemessen werden Dieser Beschleunigungseffekt ist zwischen 270deg und 300deg zu beobachten sein Maximum tritt bei 280deg auf Aufgrund des bei diesen Richtungen langen Anstroumlmweges uumlber der reibungsarmen Wasseroberflaumlche koumlnnen die Luftpakete auf ihrem Weg vom westlichen zum oumlstlichen Ufer an Geschwindigkeit gewinnen und dort unerwartet die Warnschwelle uumlberschreiten Da der Ostteil andererseits bei suumldwestlicher Stroumlmung einer starken Abschattung unterliegt ist sein Windfeld teilweise vom restlichen See entkoppelt dh es kann nicht direkt von den Messwerten in

Sipplingen auf die in Lindau geschlossen werden Insbesondere faumlllt im Einzelfall die Entscheidung schwer ob mit einer Drehung des Windes von Suumldwest auf West bis Nordwest zu rechnen ist was die Abschattung beenden und zum Eintreten des Beschleunigungseffektes fuumlhren wuumlrde Diese Problematik fuumlhrt wie bereits in Kap 611 erlaumlutert zu erhoumlhten Falschalarmraten da im Zweifelsfall eher eine Warnung ausgegeben wird aber gelegentlich auch zu verpassten Boumlen

Unter Zuhilfenahme der Anzahl verpasster Boumlen werden in diesem Abschnitt die Auswirkungen des Beschleunigungseffekts auf die Warnguumlte quantifiziert wobei die Stationen Altenrhein und Lindau in vergleichender Weise betrachtet werden Die Analyse erfolgt methodisch nach Jellinghaus (unveroumlffentlicht) Die Abb 68 und Abb 69 sind wie folgt zu verstehen Auf der Ordinate ist die mittlere jaumlhrliche Zahl der 10-minuumltigen Messintervalle aufgetragen die zu einem B (verpasste Boumle) in der Verifikationsstatistik fuumlhrten dh die Spitzenboumle lag in den betreffenden Intervallen uumlber 27 kn (Starkwind) bzw 36 kn (Sturm) Nicht jedes B bedeutet aber dass zB in Lindau eine Boumle verpasst wurde denn es kann auch auf die Station Altenrhein zuruumlckgehen und umgekehrt Daher wurden nur diejenigen 10-Minuten-Intervalle gezaumlhlt in denen an der jeweiligen Station tatsaumlchlich eine ausreichend hohe Geschwindigkeit gemessen wurde Lindau und Altenrhein sind in einem Diagramm zusammengefasst wobei sich Abb 68 auf die verpassten Starkwindboumlen und Abb 69 auf die verpassten Sturmboumlen bezieht

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35Windrichtung [Dekagrad]

LindauAltenrhein

Abb 68 Anzahl der 10-Minuten-Intervalle mit Starkwind (gt27 kn) die in Lindau (rot) und Altenrhein (gelb) zu einem B (= verpasste Boumle ) in der Verifikation fuumlhrten Auf der Abszisse ist die Windrichtung in Dekagrad aufgetragen

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Windrichtung [Dekagrad]

LindauAltenrhein

Abb 69 Anzahl der 10-Minuten-Intervalle mit Sturm (gt36 kn) die in Lindau (rot) und Altenrhein (gelb) zu einem B (= verpasste Boumle ) in der Verifikation fuumlhrten Auf der Abszisse ist die Windrichtung in Dekagrad aufgetragen

Sowohl im Fall der Starkwinde als auch der Stuumlrme zeigt sich ein eindeutiges Bild In Lindau werden die meisten Boumlen bei Wind aus 280deg verpasst verpasste Boumlen aus suumldlichen Richtungen kommen fast nie vor In Altenrhein liegt umgekehrt das Maximum bei 180deg waumlhrend bei West- bis Nordwestwind nur ein schwaches Nebenmaximum auftritt Erwartungsgemaumlszlig werden bei Sturm an beiden Stationen mehr Boumlen verpasst als bei Starkwind

Altenrhein bleibt aufgrund seiner Lage bei Westwind am laumlngsten abgeschattet und der Beschleunigungseffekt tritt seltener und schwaumlcher auf als in Lindau Dies erklaumlrt warum dort bei entsprechender Anstroumlmung weniger nicht bewarnte Boumlen zu verzeichnen sind Das Maximum bei suumldlichen Winden in Altenrhein ist auf Foumlhn zuruumlckzufuumlhren Dieser beginnt dort grundsaumltzlich fruumlher als in Lindau sofern sein Einflussbereich nicht schon am schweizerischen Seeufer endet Wird der Anfang eines Foumlhnereignisses in Altenrhein verpasst so erfolgt die Warnung im Allgemeinen also fuumlr Lindau noch rechtzeitig Diese Erkenntnisse bestaumltigen die Existenz und Problematik des Beschleunigungseffekts dessen Bedeutung erweist sich ferner in Lindau als ungleich groumlszliger als in Altenrhein

In Kap 541 wurden Klassen definiert um eine Einteilung der meteorologischen Ursachen von Starkwindereignissen zu ermoumlglichen gradientgetrieben Front bei schwachem groszligskaligen Druckgradienten Foumlhn und Luftmassengewitter Diese Nomenklatur wird auch bei der Betrachtung der Prognoseguumlte verwendet allerdings mit der Aumlnderung dass die gradientgetriebenen Winde nun zusaumltzlich noch in die Faumllle der westlichen und nordoumlstlichen Anstroumlmung unterteilt werden

631 Starkwind

In Abb 610 ist die Trefferrate fuumlr Starkwindtage mit Gradientantrieb (Klassen 1a und 1b) frontalen Boumlen ohne starken synoptischskaligen Druckgradienten (Klasse 2) und Luftmassengewittern (Klasse 4) in den drei Seeteilen dargestellt Foumlhnereignisse (Klasse 3) werden gesondert spaumlter betrachtet

gradgetrieben (West) gradgetrieben (NO) Front bei schwachemGrad

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

Abb 610 Trefferrate TR fuumlr gradientgetriebene Starkwinde aus den westlichen und nordoumlstlichen Sektoren frontale Boumlen bei schwachem groszligskaligen Druckgradienten und Luftmassengewitter in den drei Seeteilen

Es zeigt sich dass die Trefferrate in den Klassen 1a und b sowie in Klasse 2 bis auf wenige Schwankungen uumlber dem gesamten Bodensee recht einheitliche Werte annimmt Im Falle der gradientgetriebenen Bisewinde aus Nordost wurde im Mittel- und Ostteil keine einzige Boumle verpasst Bei Gewittern sinkt im Westen die Trefferrate auf 082 in den uumlbrigen Seeteilen verharrt sie hingegen auf unveraumlndert hohem Niveau Diese Anomalie im Westteil ist auf die geringe Haumlufigkeit von Luftmassengewittern zuruumlckzufuumlhren Wie Tab 62 zeigt weisen die Gewitterereignisse uumlberall eine sehr niedrige Anzahl sowohl von bewarnten Boumlen ( J ) als auch verpassten Boumlen ( B ) auf Das hat zur Folge dass TR sensibel auf kleine Aumlnderungen der Haumlufigkeiten von J und B reagiert

Tab 62 Anzahl bewarnter ( J ) und verpasster Boumlen ( B ) bei Luftmassengewittern im Vergleich zu den Klassen gradientgetrieben (West) und Front Zusaumltzlich ist jeweils auch die Anzahl uumlberfluumlssiger Warnungen ( W ) aufgefuumlhrt

Klasse Verifikation West Mitte Ost J 1541 1365 1061 B 54 18 26

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Die Falschalarmrate ist Abb 611 zufolge in allen Seeteilen bei Luftmassengewittern erhoumlht Besonders im Westteil tritt bei einer Falschalarmrate knapp unter 07 starke Uumlberwarnung auf

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

Abb 611 Falschalarmrate FA fuumlr gradientgetriebene Starkwinde aus den westlichen und nordoumlstlichen Sektoren frontale Boumlen bei schwachem groszligskaligen Druckgradienten und Luftmassengewitter in den drei Seeteilen

Da die fuumlr die Berechnung wichtige Anzahl uumlberfluumlssiger Warnungen ( W ) etwa um den Faktor 10 uumlber der Zahl der verpassten Boumlen liegt ist das Problem der statistischen Verzerrung das im Zusammenhang mit Tab 62 angesprochen wurde nicht mehr gegeben Aufgrund der weiterhin niedrigen Haumlufigkeitswerte muss dennoch mit einer groszligen Ungenauigkeit gerechnet werden Haumlufige Fehlalarme bei Luftmassengewittern sind auf die Schwierigkeiten zuruumlckzufuumlhren die bei der Vorhersage von Entstehungsort Intensitaumlt und Zugbahn konvektiver Zellen auftreten Da Gewitter durch ihre ploumltzlichen Boumlen mit denen Bootsfuumlhrer an Schoumlnwettertagen oft nicht rechnen eine besondere Gefahr darstellen ist hier das Ziel des Sturmwarndienstes verpasste Starkwindereignisse unter allen Umstaumlnden zu vermeiden Im Zweifelsfall wird daher eine Warnung

ausgegeben wodurch die Falschalarmrate ansteigt Zu beachten ist dabei dass die wahre Falschalarmrate infolge der Kleinraumlumigkeit der Gewitterzellen niedriger liegt als die berechnete wie in Kap 611 erlaumlutert Die hohe Falschalarmrate bei Luftmassengewittern hat daneben noch einen statistischen Grund Je kuumlrzer naumlmlich ein Starkwindereignis andauert desto staumlrker wirkt sich eine Stunde mit uumlberfluumlssiger Warnung auf die Falschalarmrate aus Ein gradientgesteuertes Ereignis im Rahmen dessen zehn Stunden gerechtfertigt bewarnt werden und eine Stunde uumlberfluumlssigerweise hat isoliert betrachtet eine Falschalarmrate von 009 zur Folge Dagegen fuumlhrt ein Luftmassengewitter mit einer zu Recht bewarnten und einer zu Unrecht bewarnten Stunde zu einer Falschalarmrate von 050 obwohl in beiden Faumlllen nur in einer Stunde ein Fehler begangen wurde

Der Westteil schneidet bei Gewittern mit Abstand am schlechtesten ab bei gradientgetriebenen Starkwinden dagegen am besten Am seltensten wird dabei waumlhrend NO-Lagen uumlberwarnt Dieses absolute Minimum der Falschalarmrate laumlsst sich wie bei der Windrichtungsanalyse (Kap 621) damit begruumlnden dass bei Bise ein Uumlberschreiten der Warnschwelle im Mittelteil die darauffolgenden Starkwinde im Westteil ankuumlndigt Im Falle der Fronten weist der Westteil eine im Vergleich zu den gradientgetriebenen Winden erhoumlhte Falschalarmrate auf die folglich in allen drei Seeteilen aumlhnlich ist Dieser Effekt liegt darin begruumlndet dass das Eintreffen einer Front im Allgemeinen zeitlich weniger praumlzise zu bewarnen ist als das relativ gesehen langsame Anschwellen des Windes bei Annaumlherung eines Tiefdruckgebiets Auch hier wird im Zweifelsfall lieber zu fruumlh als zu spaumlt eine Warnung ausgegeben was die Falschalarmrate erhoumlht

Foumlhnereignisse treten gewoumlhnlich nur im Ostteil auf wo die Boumlen aus dem Alpenrheintal auf den Bodensee uumlbergreifen Ist die Intensitaumlt des Foumlhns hoch gelingt es ihm aber haumlufig auch den Mittelteil zu erfassen wobei in sehr seltenen Extremfaumlllen sogar Konstanz betroffen sein kann Da der Westteil also keine Rolle spielt beschraumlnkt sich Abb 612 auf die anderen beiden Seeteile Die Treffer- bzw Falschalarmraten sind in einem Diagramm gemeinsam dargestellt

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

Verifikationsmaszlig und Seeteil

Abb 612 Trefferrate (gruumln) und Falschalarmrate (rot) bei von Foumlhn verursachtem Starkwind

Fuumlr Starkwind liegt die Trefferrate im Mittel- und Ostteil auf sehr hohem Niveau foumlhninduzierte Boumlen werden also nicht haumlufiger verpasst als solche die bei gradientgesteuerten Wetterlagen entstehen Die Falschalarmrate unterscheidet sich zwischen beiden Seeteilen ebenfalls nur minimal und nimmt Werte an die auf dem Niveau der Falschalarmrate bei Frontdurchzuumlgen liegen Bei Foumlhn entstehen Fehlalarme immer dann wenn nicht klar entschieden werden kann ob der Fallwind erstens weit genug nach Norden vordringt und ob ihm zweitens das Durchgreifen bis in die bodennahen Luftschichten gelingt

632 Sturm

Die Betrachtung der Prognoseguumlten fuumlr Sturmereignisse ist nur repraumlsentativ fuumlr die Klassen der gradientgetriebenen Westwinde (Klasse 1a) und der Fronten (Klasse 2) da Bisewinde (Klasse 1b) nur in Ausnahmefaumlllen Sturmstaumlrke erreichen und Gewitterboumlen (Klasse 4) ab 34 kn ebenfalls zu selten auftreten

Abb 613 zeigt fuumlr die verbliebenen zwei Klassen die Werte von Trefferrate und Falschalarmrate bei Sturmereignissen

0505506

gradgetrieben (West) Front

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

Abb 613 Prognoseguumlte fuumlr gradientgetriebene westliche Stuumlrme und Fronten ohne starken groszligskaligen Druckgradienten in den drei Seeteilen Links Trefferrate TR rechts Falschalarmrate FA

Am houmlchsten faumlllt die Trefferrate in beiden Faumlllen im mittleren Seeteil aus Dies hat den Grund dass sowohl gradient- als auch frontal bedingte westliche Boumlen im Mittelteil in der Regel von Vorboten im Westteil angekuumlndigt werden Schwillt also der Wind beispielsweise in Steckborn ohne Warnung auf Sturmstaumlrke an kann noch rechtzeitig fuumlr den Mittelteil eine Sturmwarnung ausgegeben werden In der Verifikation erhaumllt der Westen somit ein B die Mitte dagegen ein J

Bei Betrachtung der Falschalarmraten ergibt sich fuumlr die beiden Klassen ein unterschiedliches Bild Waumlhrend FA im Falle der frontalen Sturmboumlen in allen Seeteilen auf mittlerem Niveau um 03 liegt gibt es in der Klasse der gradientgetriebenen Westwinde groszlige raumlumliche Unterschiede Die Rate falscher Alarme steigt von West nach Ost stark an wobei sie im West- und Mittelteil unter der der 2 Klasse (Fronten) liegt und im Ostteil minimal daruumlber (vgl Kap 611) Das deutlich schlechtere Abschneiden des Ostteils ist mit Blick auf den in Kap 611 und 424 angesprochenen Abschattungseffekt nicht verwunderlich So ist bei Suumldwestwind im Ostteil gewoumlhnlich houmlchstens mit Starkwind zu rechnen auch wenn im Westteil Sturmboumlen auftreten koumlnnen Dreht der Windvektor aber etwas auf westlichere Richtungen faumlllt dieser Abschattungseffekt ploumltzlich weg und die Geschwindigkeit steigt im Osten rapide an Um verpasste Boumlen zu vermeiden wird in Zweifelsfaumlllen eine Warnung ausgegeben was eine houmlhere Falschalarmrate zur Folge hat Auch im Mittelteil laumlsst sich bei einer starken Suumldkomponente der Windrichtung eine abschattungsbedingte Verminderung der Boumlenstaumlrke beobachten Dies ist ein Grund weshalb dort ebenfalls eine im Vergleich zum Westteil erhoumlhte Falschalarmrate auftritt

Des Weiteren werden oft die Implikationen starker Boumlen uumlber dem Untersee auf den Obersee uumlberschaumltzt Es hat sich beim Vergleich der Windverhaumlltnisse an den einzelnen Stationen gezeigt dass Steckborn haumlufig viel houmlhere Spitzengeschwindigkeiten registriert als die uumlbrigen Messpunkte (Kap 511 512 und 521) Ohne Beachtung dieser Sonderstellung des Untersees laumlge es nahe von einem Anschwellen des Windes in Steckborn auf eine baldige und ebenso starke Geschwindigkeitszunahme auch im Mittelteil zu schlieszligen

Beide genannten Aspekte fuumlhren zu einer erhoumlhten Falschalarmrate aber tragen gleichzeitig auch zum guten Abschneiden des Mittelteils in Bezug auf die Trefferrate bei

Da Foumlhnereignisse im Mittelteil nur selten Sturmstaumlrke erreichen sind die dortigen Werte von TR und FA fuumlr Sturmereignisse als rein zufaumlllig zu bewerten (Abb 614) Auch im Ostteil tritt das Problem der niedrigen Sturmhaumlufigkeiten auf wobei die Zahl von 32 Stunden mit bewarnten Boumlen ( J ) 21 Stunden mit verpassten Boumlen ( B ) und 4 Stunden mit uumlberfluumlssigen Warnungen ( W ) immerhin semiquantitative Schluumlsse zulaumlsst

TR Sturm Mitte TR Sturm Ost FA Sturm Mitte FA Sturm OstVerifikationsmaszlig und Seeteil

Abb 614 Trefferrate und Falschalarmrate bei foumlhnbedingtem Sturm

Die Tatsache dass nun eine sehr niedrige Trefferrate bei gleichzeitig kleiner Falschalarmrate vorliegt steht dem Eindruck der bisherigen Untersuchungen dass im Zweifelsfall lieber uumlberwarnt wird um keine Boumlen zu verpassen gegenuumlber Beim Blick auf die Datenreihen zeigt sich an vielen Foumlhntagen dass der Wind schon uumlber einen laumlngeren Zeitraum die 34 kn-Marke immer wieder uumlberschritten hat und dennoch keine Sturmwarnung ausgegeben wird Auf diesem Geschwindigkeitsniveau genuumlgt dann bereits ein kleines zusaumltzliches Auffrischen um die Grenze zur verpassten Boumle (36 kn) zu erreichen

7 Vergleichende Diskussion zu den Windverhaumlltnissen am

Bodensee und Perspektiven fuumlr den Sturmwarndienst

71 Vergleichende Diskussion

In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung mit denen der fruumlheren Publikationen verglichen die in Kap 23 eingefuumlhrt wurden Das Ziel dabei ist es die Gemeinsamkeiten Widerspruumlche und neuen Erkenntnisse herauszustellen und zu diskutieren

Die Resultate der vorangegangenen Arbeiten konnten meist bestaumltigt werden Die wesentlichen Punkte bei denen voumlllige Uumlbereinstimmung vorliegt werden im Folgenden kurz dargestellt

Alle Autoren vorheriger Untersuchungen der Windverhaumlltnisse am Bodensee (Huss et al 1970 Muumlhleisen 1977 Zenger et al 1990 Wagner 2003) erkennen in ihren Messergebnissen eine erste Hauptwindrichtung aus Suumldwest bis West bei zyklonalen Wetterlagen und eine zweite aus Nordost bis Ost bei Biselagen Die wichtige Rolle von Foumlhndurchbruumlchen an einigen Stationen am oumlstlichen Bodensee wird betont die eine dritte Hauptwindrichtung verursacht (Huss et al 1970 Wagner 2003) Die Analyse der Windrichtungsabhaumlngigkeit von Starkwinden in der vorliegenden Arbeit kommt zu den gleichen Ergebnissen wobei die erstmalige Betrachtung von Starkwind nach der herkoumlmmlichen Definition verbunden mit der Fokussierung auf Boumlen anstatt des mittleren Windes fuumlr eine bessere Anwendbarkeit der Resultate sorgt Die erste Hauptwindrichtung liegt im Bereich zwischen 225deg und 285deg (SW-W-Komponente) die zweite zwischen 15deg und 75deg (NO-Komponente) Die Stationen Altenrhein und Lindau sind foumlhnbeeinflusst und weisen daher eine dritte Hauptwindrichtung zwischen 165deg und 195deg auf die in Altenrhein dank seiner suumldlicheren Lage direkt am kanalisierenden Alpenrheintal deutlich staumlrker ausgepraumlgt ist Es ist bei allen Stationen bemerkenswert wie sehr sich das Starkwindspektrum von wenigen Ausnahmen abgesehen auf die Hauptwindrichtungen beschraumlnkt was den Ergebnissen in der Literatur entspricht und die Starkwindrosen von Wagner (2003) qualitativ bestaumltigt Insbesondere faumlllt auszligerdem auf dass Starkwinde so gut wie nie noumlrdliche Richtungen annehmen

Die Beobachtungen von Huss et al (1970) und Jellinghaus (unveroumlffentlicht) dass die Windstaumlrke in der Regel von West nach Ost zunimmt werden in dieser Arbeit bestaumltigt und konkretisiert Auch die Erweiterung von Wagner (2003) dass gegenteilig bei Suumldwestwind eine Abschattung des Ostteils stattfindet wird wieder gefunden Es konnte fuumlr die in dieser Arbeit untersuchten Starkwindereignisse gezeigt werden dass der Ostteil des Bodensees bei manchen Windrichtungen vom restlichen See teilweise entkoppelt ist Hat der Windvektor eine starke suumldliche Komponente wird der oumlstliche See durch das Appenzeller Bergland oft komplett abgeschattet und Starkwindereignisse greifen in diesen Faumlllen nicht einmal abgeschwaumlcht vom West- auf den Ostteil uumlber Diese Abschattung kann bei sehr starker Suumldkomponente auch den Mittelteil betreffen Bei Windrichtungen um Westnordwest tritt ein gegenteiliger Effekt ein denn nun bewirkt der lange Anstroumlmweg uumlber die reibungsarme Seeoberflaumlche eine messbare Beschleunigung der Luftpakete bis zu deren Eintreffen an den Stationen des Ostteils Das bisherige Wissen uumlber den Beschleunigungseffekt konnte durch die vorliegende Untersuchung also vertieft und erweitert werden die Ergebnisse von Jellinghaus (unveroumlffentlicht) wurden durch die Verwendung des fuumlnffachen Datenumfangs verifiziert

Auch die markanten Unterschiede der Starkwindhaumlufigkeit zwischen Nord- und Suumldufer konnten in vollem Umfang bestaumltigt werden

In einer Untersuchung der Tage mit staumlrkerem Wind (gt 4 ms) fanden Huss et al (1970) fuumlr den Obersee heraus dass deren Haumlufigkeit bei westlicher Anstroumlmung an den Stationen des Nordufers um einiges groumlszliger ist als an denen des Suumldufers wohingegen es sich bei oumlstlichen bis nordoumlstlichen Richtungen genau umgekehrt verhaumllt Einzig in Friedrichshafen treten oumlstliche Winde aumlhnlich oft auf wie am Suumldufer Da nordoumlstliche Winde viel seltener vorkommen als westliche implizieren die Ergebnisse eine houmlhere Starkwindhaumlufigkeit am Nordufer Die Dauer der Windereignisse betraumlgt sowohl bei West- als auch Ostanstroumlmung meist zwei Tage manchmal auch einen oder drei bis fuumlnf Tage Die Aussage dass Starkwind am Suumldufer seltener ist als am Nordufer stuumltzt Muumlhleisen (1977) durch den Vergleich des Anteils der Starkwindstunden an der Gesamtstundenzahl (vgl Abb 71) Auch Ludwigshafen am Ende des Uumlberlinger Sees faumlllt durch seinen niedrigen Starkwindanteil auf Daneben hat die Houmlhe zumindest am Ufer erheblichen Einfluss auf die Windstaumlrke Obwohl an der Station Konstanz nur in 44 der Stunden Starkwind registriert wurde liegt der Anteil auf dem 88 m hohen Bismarckturm bei Konstanz bei 121 (Muumlhleisen 1977)

Abb 71 Anteil der Stunden mit Windstaumlrken ab 4 Bft an allen Stunden des Jahres 1968 Quelle Muumlhleisen 1977 S 18

In der vorliegenden Arbeit werden die Unterschiede zwischen Suumld- und Nordufer durch den Vergleich der Stationen Friedrichshafen und Guumlttingen verdeutlicht Im Untersuchungszeitraum 2005-2009 zeigt Friedrichshafen am Nordufer zwar qualitativ den gleichen Jahresgang wie das gegenuumlberliegende Guumlttingen am Suumldufer die Haumlufigkeitswerte liegen aber immer deutlich houmlher was mit der Abschattungswirkung des Schweizer Voralpenlandes zu erklaumlren ist

Den Einfluss des Bodanruumlcks auf den Uumlberlinger See haben Wagner (2003) und Zenger et al (1990) untersucht Nach Wagner (2003) werden Suumldwest- und Westwinde am Uumlberlinger See vom suumldlich gelegenen Bodanruumlck abgeschattet wohingegen die Orographie im Norden weniger ausgepraumlgt ist und die Nordostwinde daher nur leicht geschwaumlcht werden Ebenfalls am Uumlberlinger See zeigte Zenger et al (1990) dass die Berechnung der Windstaumlrke an einer Seestation (im oumlstlichen Uumlberlinger See gelegen) aus gemessenen Werten an einer Landstation (Konstanz) bei Nordostwinden gute Ergebnisse liefert bei suumldwestlicher Anstroumlmung allerdings die tatsaumlchlichen Winde uumlber dem See deutlich uumlberschaumltzt Auch dies ist auf die Abschattung des Uumlberlinger Sees bei Suumldwestwind durch den steil aufsteigenden Bodanruumlck zuruumlck zu fuumlhren dessen Wirkung das sanft ansteigende Gelaumlnde am Nordufer bei Nordostwind nicht erreicht Des Weiteren ergibt sich eine Kanalisierung der Winde uumlber dem Uumlberlinger See in Richtung der Seeachse um etwa 20deg Dieser Abschattungseffekt kann in der vorliegenden Arbeit anhand der verwendeten Datenreihen der Nachbarstationen Espasingen und Sipplingen im westlichen Uumlberlinger See bestaumltigt werden die sich stark unterscheiden In allen Jahreszeiten treten Starkwind- und Sturmboumlen in Espasingen viel seltener auf als in Sipplingen Dies ist auf die Lage Espasingens am aumluszligersten Ende des Uumlberlinger Sees und damit im Windschatten des Bodanruumlcks im Gegensatz zur freien Lage der Station Sipplingen zuruumlckzufuumlhren die um 307 m houmlher situiert ist

Abweichungen von den Ergebnissen der fruumlheren Arbeiten gibt es nur im Bezug auf den Jahresgang

der Starkwindhaumlufigkeit

Huss et al (1970) stellten heraus dass Tage in denen ein 10-Minuten-Mittel von mindestens Bft 6 (105 ms) registriert wird bevorzugt im Spaumltwinter und Fruumlhling auftreten Muumlhleisen (1977) legt die Monate Dezember bis Mai als starkwindreichste Periode fest in der deutlich haumlufiger eine mittlere Windgeschwindigkeit von mindestens 55 ms-1 oder 4 Bft gemessen als von Juni bis November Bei den Windstaumlrken 5 bis 7 Bft ist die Stundenzahl in den Winter- und Fruumlhjahrsmonaten sogar fast doppelt so hoch wie im Rest des Jahres (Muumlhleisen 1977) Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen demgegenuumlber eine Verschiebung nach vorn da die starkwindreiche Zeit bereits im November beginnt dafuumlr aber schon im Maumlrz endet Gleichwohl deckt sich das Ergebnis qualitativ mit den Beobachtungen der vorherigen Veroumlffentlichungen Die Hypothesen eines ausgepraumlgten Haumlufigkeitsmaximums im Maumlrz und mehrerer Nebenmaxima im Mai Juli und September mussten verworfen werden da all diese Spitzen auf einzelne Ausreiszligerjahre zuruumlckzufuumlhren sind

Neben der Verifizierung bereits bekannter Punkte konnte diese Arbeit das bisherige Wissen durch die erstmalige Behandlung einiger wichtiger Themen ergaumlnzen und erweitern Insbesondere diese im Folgenden dargestellten neuen Erkenntnisse tragen zum besseren Verstaumlndnis des komplexen Windfeldes am Bodensee bei und fuumlllen dadurch bestehende Wissensluumlcken

Die getrennte Betrachtung der Stuumlrme brachte einige bislang nicht bekannte Aspekte hervor Beim Uumlbergang zu den Stuumlrmen ergab sich als markanteste Veraumlnderung der nahezu vollstaumlndige Wegfall der NO-Komponente als Folge des geringeren Gradientantriebs der Bisewinde Ein weiteres zentrales Ergebnis ist die gesteigerte Bedeutung von Foumlhnstuumlrmen an der Station Altenrhein

Des Weiteren wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal die Windcharakteristik des Untersees untersucht und dabei auf dessen Sonderstellung hingewiesen Auffaumlllig war dass die Station Steckborn sowohl im Starkwind- als auch im Sturmbereich das ganze Jahr hindurch durch stark erhoumlhte Haumlufigkeitswerte heraussticht was mit der orographischen Windfuumlhrung am Hochrheinausfluss verbunden mit Kanalisierungseffekten uumlber dem schmalen Untersee zu erklaumlren ist

Einen neuen Ansatz zur Erweiterung des Warnverfahrens bietet die empirisch entwickelte Formel die es erlaubt aus dem Gradienten des Geopotentials auf der 850 hPa-Flaumlche naumlherungsweise die zu erwartende Spitzenboumle zu berechnen Dass das Bestimmtheitsmaszlig der verwendeten linearen Regression nirgendwo im West- und Mittelteil unter 058 liegt und in Sipplingen sogar einen Wert von 088 erreicht zeugt von der Anwendbarkeit der Methode und Aussagekraft der Ergebnisse

Die bestehende Wissensluumlcke in Bezug auf die Prognoseguumlten des Sturmwarndienstes Bodensees wurde mithilfe der Analyse der Groumlszligen Trefferrate (TR) und Falschalarmrate (FA) geschlossen Fuumlr Starkwindereignisse liegt die Trefferrate in allen Monaten bei allen Windrichtungen und fuumlr alle Starkwindursachen oberhalb von 09 Bei Sturm werden grundsaumltzlich mehr Boumlen verpasst als bei Starkwind Dies haumlngt damit zusammen dass ein Verpassen der 1 Warnschwelle oft subjektiv als gravierender eingestuft wird als ein versaumlumtes Erhoumlhen auf die 2 Warnstufe (vgl Kap 612) Die Falschalarmrate schwankt insgesamt viel staumlrker als die Trefferrate Sie unterliegt sowohl fuumlr Starkwind als auch Sturm einem klaren Jahresgang wobei sie die houmlchsten Werte in allen Seeteilen waumlhrend der Sommermonate annimmt Dies deckt sich mit der Beobachtung dass bei Luftmassengewittern mit Abstand am meisten uumlberwarnt wird

Die vorliegende Arbeit bestaumltigt mit einer Ausnahme alle Ergebnisse der fruumlheren Veroumlffentlichungen Indem einerseits in besonderem Maszlige auf lokalspezifische Besonderheiten

eingegangen wurde und andererseits gleichzeitig der gesamte Bodensee Gegenstand der umfassenden Untersuchung war konnte der bisherige Wissensstand nicht nur verifiziert sondern auch konkretisiert und vertieft werden In vielen Faumlllen brachte die Quantifizierung bislang nur qualitativ bekannter Punkte neue Erkenntnisse Durch die Ausrichtung auf den Sturmwarndienst in Form der detaillierten Analyse der Prognoseguumlte traumlgt die Arbeit dazu bei Optimierungsmoumlglichkeiten im Warndienst zu lokalisieren und so noch mehr Sicherheit fuumlr die Seenutzer zu schaffen Der Widerspruch zu fruumlheren Publikationen bei der Saisonalitaumlt der Starkwindhaumlufigkeit ist als wenig gravierend einzustufen da es sich lediglich um eine Vorverlagerung der Periode maximaler Haumlufigkeit handelt und die prinzipielle Charakteristik des Jahresgangs die gleiche ist Aufgrund des bisher laumlngsten Untersuchungszeitraums (2005-2009) sind die Ergebnisse dieser Arbeit weniger von Einzelereignissen verfaumllscht und daher verlaumlsslicher als beispielsweise die Resultate fruumlherer Autoren

72 Optimierungsmoumlglichkeiten fuumlr den Warndienst

In den Kap 61 bis 63 wurden die beiden Verifikationsparameter Trefferrate und Falschalarmrate in Hinblick auf ihre Saisonalitaumlt Windrichtungsabhaumlngigkeit und Unterschiede bezuumlglich der Starkwindursache untersucht Es hat sich gezeigt dass die Qualitaumlt der Warnungen grundsaumltzlich sehr hoch ist So rangiert die Trefferrate fuumlr Starkwindereignisse uumlberwiegend bei Werten oberhalb von 09 die Falschalarmrate bei Starkwind uumlberschreitet nur im Falle der Luftmassengewitter den Wert 035 deutlich In Bezug auf die Sturmereignisse liegt die Trefferrate mit Ausnahme der Foumlhntage immer uumlber 07 und die Falschalarmrate erneut unterhalb von 035 Der Blick auf die Details der vorliegenden Auswertung eroumlffnet dennoch einige Moumlglichkeiten die Warnstrategie weiter zu optimieren

Eine grundlegende Beobachtung ist die markante Abnahme der Trefferrate beim Uumlbergang von Starkwind- zu Sturmereignissen Hiervon sind nur der West- und Ostteil betroffen und zwar am staumlrksten in den Fruumlhlingsmonaten waumlhrend derer TR deutlich unter 08 abfaumlllt Am schlechtesten schneiden dabei die Foumlhntage mit einer Trefferrate von rund 06 ab Gleichzeitig weist die Rate falscher Alarme keine erhoumlhten Werte auf Dies steht in direktem Gegensatz zu den Starkwindereignissen denn dort lag die Trefferrate in allen Jahreszeiten bei allen Windrichtungen und unabhaumlngig von der Windursache bei konstant hohen Werten was durch leichtes systematisches Uumlberwarnen (erhoumlhtes FA zB bei Gewittern) ermoumlglicht wurde Dies deutet darauf hin dass bei Annaumlherung an die 1 Warnschwelle (Starkwind) im Zweifelsfall recht fruumlh eine Warnung ausgegeben wird wohingegen das Uumlberschreiten der 2 Schwelle (Sturm) erst im letzten Moment und in der Folge auch oft verspaumltet bewarnt wird Aus psychologischer Sicht ist dies leicht nachzuvollziehen Fuumlr den Bootsfuumlhrer bedeutet das faumllschliche Ausbleiben jeglicher Warnung eine groumlszligere Gefahr als wenn die Warnleuchten am See trotz Sturmboumlen immerhin Starkwind signalisieren denn auch eine Starkwindwarnung mahnt zu Vorsicht In der Folge wird die Windentwicklung bei Annaumlherung an die 25-kn-Grenze sehr genau verfolgt und schlieszliglich lieber verfruumlht als verspaumltet eine Starkwindwarnung ausgegeben Der entscheidende Punkt ist dass der Bodensee nun offenbar intuitiv als bewarnt betrachtet wird so dass das eventuell noumltige Erhoumlhen auf die 2 Warnstufe keine so hohe Prioritaumlt mehr hat Wie aus den Zeitreihen ersichtlich wird erfolgt die Umstellung auf eine Sturmwarnung haumlufig auch dann nicht wenn die Boumlen schon seit mehreren Messintervallen Geschwindigkeiten um 34 kn erreichen Auch wenn bereits die Starkwindwarnung alle Seenutzer uumlber die bevorstehende Gefahr in Kenntnis setzt hat dennoch auch die Sturmwarnung eine hohe Relevanz Ab einer bestimmten Bootsgroumlszlige ist es moumlglich auch bei Starkwindboumlen noch gefahrlos auf den See zu fahren was sich beim Anschwellen des Windes auf Sturmstaumlrke aumlndert Die Fuumlhrer dieser Boote sind dementsprechend auf die rechtzeitige Erhoumlhung der Warnstufe angewiesen Daher erscheint es sinnvoll insbesondere bei Foumlhnereignissen fruumlher eine Sturmwarnung in Betracht zu ziehen und dabei auch leichtes

Uumlberwarnen in Kauf zu nehmen Eine fruumlhere Entscheidung zur Sturmwarnung wenn der Wind bereits mehrfach Werte von bis zu 34 kn erreicht hat truumlge hier zur Erhoumlhung der Trefferrate bei ohne dass die Falschalarmrate zu stark anstiege

Aus dem windrichtungsbezogenen Vergleich der Oststation Lindau mit dem Westteil ergab sich dass im Bereich zwischen 270deg und 300deg mit einer Geschwindigkeitszunahme von im Mittel mindestens 2 kn auf dem Weg von Sipplingen nach Lindau zu rechnen ist Bei einer Windrichtung von 280deg sind es knapp 4 kn Anhand dieser Werte kann in Zukunft aus der in Sipplingen gemessenen Boumlenspitze die zu erwartende Maximalgeschwindigkeit in Lindau abgeschaumltzt werden Zu beachten ist hierbei dass stets die Windrichtung an der Station Lindau benutzt werden muss Das entwickelte Kriterium konkretisiert die Bedingungen fuumlr eine von der geringen Rauhigkeit der Wasseroberflaumlche erzeugte Beschleunigung des Windes von West nach Ost und quantifiziert den Effekt in Abhaumlngigkeit von der Windrichtung Es ermoumlglicht es dadurch das Eintreten des Beschleunigungseffekts zeitlich genauer zu erkennen und so die Falschalarmrate im Ostteil zu senken Zusaumltzlich sollte kleinen Winddrehungen die in Lindau zu erwarten sind mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden um Auftreten oder Ausbleiben des Beschleunigungseffektes besser abzuschaumltzen und dadurch die schlechte Prognoseguumlte zu verbessern

Es zeigte sich des Weiteren dass der Untersee hinsichtlich seines Windfeldes eine markante Sonderstellung einnimmt Die Station Steckborn weist aufgrund von Kanalisierungseffekten eine viel houmlhere Zahl von Messintervallen mit Starkwind oder Sturm auf als die Stationen im Obersee und Uumlberlinger See Die Betrachtung der Zeitreihen bestaumltigt dieses Bild da das Anschwellen des Windes in Steckborn haumlufig deutlich staumlrker ausfaumlllt als an den uumlbrigen Messpunkten bzw ausschlieszliglich in Steckborn auftritt Insbesondere kann es bei einer starken Suumldkomponente der Stroumlmung zu Abschattungseffekten nicht nur im Ost- sondern auch im Mittelteil kommen so dass von den Steckborner Messwerten nicht grundsaumltzlich auf den Mittelteil geschlossen werden darf Laut Schickedanz (2011) ist es zurzeit eine gaumlngige Praxis mit einer Warnung fuumlr den Westteil gleichzeitig auch eine fuumlr den Mittelteil auszugeben Die neuen Erkenntnisse bezuumlglich der Besonderheiten des Windfeldes am Untersee lassen den Schluss zu dass eine differenziertere Betrachtung von West- und Mittelteil die Zahl unnoumltiger Warnungen am mittleren Bodensee sinken lieszlige Bisher ist uumlber die Windverhaumlltnisse des Untersees nur verhaumlltnismaumlszligig wenig bekannt Die Existenz von lediglich einer Messstation ermoumlglicht keine repraumlsentative Beschreibung des gesamten Seearmes Es waumlre daher wuumlnschenswert in exponierter Lage wie beispielsweise auf der Insel Reichenau oder der Landspitze zwischen Zeller See und Untersee eine zweite Station zu errichten Fuumlr die Reichenau gab es einen solchen Plan bereits er wurde allerdings juumlngst aus Kostengruumlnden verworfen (Schickedanz 2011)

Eine andere Moumlglichkeit zur Optimierung des Sturmwarndienstes ergaumlbe sich aus einer Aumlnderung der Messroutine der deutschen Stationen Bisher wird wie in Kap 411 erlaumlutert bei Boumlengeschwindigkeiten von unter 19 kn nur fuumlr das 10-Minuten-Intervall zwischen 40 und 50 Minute ein Datensatz gespeichert und uumlbertragen waumlhrend fuumlr die anderen Messintervalle fuumlr Geschwindigkeit und Richtung der Wert 0 notiert wird Insbesondere da diese Routine nicht einwandfrei funktioniert wird der Sturmwarndienst durch die lediglich 60-minuumltige Bereitstellung von Messwerten vor unnoumltige Schwierigkeiten gestellt Dies betrifft speziell diejenigen Faumllle in denen der 60-Minuten-Takt trotz deutlichen Uumlberschreitens der 19-kn-Schwelle nicht auf einen 10-Minuten-Takt umspringt

Ergaumlnzend zur bestehenden Vorgehensweise bei der Erstellung von Warnungen kann die 850hPa-Houmlhenwetterkarte herangezogen werden Mithilfe des gefunden Zusammenhangs zwischen Potentialgradienten und maximaler Boumlengeschwindigkeit kann anhand der empirischen Formel fuumlr Faumllle zyklonalen Starkwindes eine gute Annaumlhrung an die zu erwartenden Windverhaumlltnisse erreicht

werden

In der vorliegenden Arbeit wurden vier Klassen von Wetterereignissen definiert die am Bodensee Starkwind- und Sturmboumlen induzieren koumlnnen Neben dem synoptischskaligen Druckgradientfeld als Hauptursache sind dies in der Reihenfolge abnehmender Haumlufigkeit Fronten Foumlhndurchbruumlche und Luftmassengewitter Die Windcharakteristik variiert dabei von Klasse zu Klasse stark So schwillt der Wind bei Verdichtung der Isobaren im Allgemeinen langsam an ein Frontdurchzug geht in der Regel mit einer ploumltzlichen Windzunahme einher und Luftmassengewitter koumlnnen sich auch bei heiterem Wetter und fuumlr Laien unerwartet schnell entwickeln Foumlhnwinde haben die Besonderheit dass sie gewoumlhnlich mit Sonnenschein und trockenem Wetter einhergehen was der landlaumlufigen Meinung widerspricht nach der ein Sturm immer mit Regen verbunden ist Deshalb koumlnnten die Warnungen hinsichtlich ihrer Nutzerfreundlichkeit optimiert werden wenn in komprimierter Form auf die Charakteristik des bevorstehenden Windereignisses hingewiesen wuumlrde Die Wortwahl muss sich dabei selbstverstaumlndlich am Ziel der Allgemeinverstaumlndlichkeit orientieren So ist bei gradientinduziertem Starkwind ein Hinweis auf eine allmaumlhliche Windzunahme und vor einem Frontdurchzug auf ploumltzliches und starkes Auffrischen sinnvoll Im Falle von Luftmassengewittern erscheint im Hinblick auf deren groszlige raumlumlich-zeitliche Variabilitaumlt die Formulierung in Gewitternaumlhe ploumltzlich auftretende Boumlen passend Auf Foumlhnereignisse wird bereits jetzt explizit hingewiesen Um dem unterschiedlichen Schwierigkeitsgrad der Bewarnung gerecht zu werden bietet es sich in diesem Zusammenhang an die Verifikationsgroumlszligen TR und FA routinemaumlszligig auch fuumlr die vier Starkwindursachen separat zu berechnen wie es im Rahmen dieser Arbeit geschah Dies wuumlrde dazu beitragen aktuelles Verbesserungspotential noch gezielter erkennen zu koumlnnen

Eine weitere Optimierung des Sturmwarndienstes kann sowohl direkt auf dem See Bootsfuumlhrer und Touristen vor Gefahren schuumltzen als auch den Wasserschutzpolizeien durch transparente fuumlr den Nutzer leicht verstaumlndliche Warntexte ermoumlglichen sich besser auf bestimmte Gefahrensituationen vorzubereiten

8 Zusammenfassung und Ausblick

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es ein tieferes Wissen uumlber die Windverhaumlltnisse am Bodensee im Hinblick auf Starkwind- und Sturmboumlen zu gewinnen und auszligerdem erstmals die Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes auf die Abhaumlngigkeit von verschiedenen Faktoren zu pruumlfen Nunmehr werden im letzten Kapitel die wesentlichen Ergebnisse zusammengefasst deren Bedeutung im Kontext vorheriger Publikationen herausgestellt und daruumlber hinaus auf Punkte hingewiesen an denen weitergehender Forschungsbedarf besteht

In dieser Arbeit ist es gelungen die Windverhaumlltnisse uumlber dem Bodensee im Hinblick auf Saisonalitaumlt Richtungsverteilung und meteorologische Ursachen umfassend zu analysieren Dabei wurde durchgehend Wert auf eine raumlumlich differenzierte Betrachtungsweise gelegt um den groszligen orographisch bedingten lokalen Unterschieden Rechnung zu tragen Die Untersuchung widmete sich auszligerdem erstmals explizit den Starkwinden gemaumlszlig der gaumlngigen Definition und betrachtete die Stuumlrme nochmals gesondert wobei stets die Boumlen und nicht wie in fruumlheren Veroumlffentlichungen das 10-Minuten-Mittel der Windgeschwindigkeit im Blickpunkt standen Interessante neue Informationen lieferte zudem die detaillierte Betrachtung der Prognoseguumlte des Sturmwarndienstes Die Ergebnisse ermoumlglichen eine genaue Lokalisierung der Staumlrken und Schwaumlchen der Warnstrategie und zeigen Moumlglichkeiten der Optimierung auf Die Wahl des bisher laumlngsten Untersuchungszeitraums von fuumlnf Jahren fuumlhrt zu einer houmlheren Verlaumlsslichkeit und Aussagekraft der Ergebnisse Im Folgenden werden die bedeutendsten Ergebnisse dieser Arbeit kurz zusammengefasst

1 Die Starkwind- und Sturmhaumlufigkeit ist einem deutlichen Jahresgang unterworfen der sich durch die Dualitaumlt einer starkwindreichen Periode von November bis Maumlrz und eines starkwindarmen Rests des Jahres auszeichnet Die Station Steckborn am Untersee weist grundsaumltzlich markant erhoumlhte Haumlufigkeitswerte auf Ein bemerkenswertes Ergebnis ist auszligerdem dass sich auch die Starkwindcharakteristiken nahegelegener Orte in auffaumllliger Weise unterscheiden koumlnnen wenn diese in ihrer Houmlhenlage differieren Dies unterstreicht die groszlige Bedeutung der Topographie fuumlr das lokale Windfeld am Bodensee

2 Fuumlr Starkwinde gibt es drei ausgepraumlgte Hauptwindrichtungen Suumldwest bis West Nordost und Suumld von denen die erste mit Abstand am bedeutendsten ist Im Falle der Stuumlrme tritt die Hauptwindrichtung Nordost kaum mehr auf da der Druckgradient bei den entsprechenden Wetterlagen im Allgemeinen zu klein ist die Bedeutung der foumlhnbedingten Suumldkomponente ist hingegen groumlszliger als bei den Starkwinden

3 Es konnte gezeigt werden dass der oumlstliche Bodensee bei Anstroumlmungsrichtungen um Westnordwest erhoumlhte Windgeschwindigkeiten verzeichnet wohingegen suumldwestliche Winde aufgrund von orographischer Abschattung nur abgeschwaumlcht oder gar nicht nach Osten vordringen Diese partielle Entkopplung des Ostteils laumlsst die Prognoseguumlte dort signifikant sinken

4 Als weiteres wichtiges Resultat ergab sich dass die uumlberwiegende Mehrheit der Starkwindtage von gradientgesteuerten Wetterlagen induziert wird die zweithaumlufigste Starkwindursache sind Frontdurchgaumlnge waumlhrend Foumlhn und Luftmassengewitter deutlich seltener Starkwind hervorrufen

5 Ein Ergebnis von besonderer Bedeutung ist die empirische ermittelte Beziehung zwischen dem 850-hPa-Potentialgradienten und dem Tagesmaximum der Windgeschwindigkeit die es in Zukunft ermoumlglicht fuumlr jede Station naumlherungsweise eine Boumlenprognose fuumlr den Tag zu erstellen Der

Einfluss der komplex strukturierten Grenzschicht auf die Boumlenstaumlrke am Boden wird in Form der zwei Regressionskoeffizienten parametrisiert und die reibungsbedingte Modifikation des geostrophischen Windes dadurch fuumlr jeden Messpunkt quantifiziert

6 Die Trefferrate liegt fuumlr Starkwind immer und uumlberall auf sehr hohem Niveau fuumlr Sturmereignisse faumlllt sie hingegen merklich schlechter aus Letzteres ist auf die derzeit gaumlngige Praxis zuruumlckzufuumlhren bei der Starkwindwarnungen auch im Zweifelsfall ausgegeben werden die Warnstufe aber mitunter erst spaumlt auf Sturm erhoumlht wird

7 Die Falschalarmrate zeichnet sich sowohl fuumlr Starkwind als auch fuumlr Sturm durch einen starken Jahresgang mit hohen Werten im Sommer und niedrigen im Winter aus Damit deckt sich die Beobachtung dass bei Luftmassengewittern verglichen mit anderen Starkwindursachen am haumlufigsten unnoumltige Warnungen ausgegeben werden Bei gradientgesteuerten Wetterlagen und im Winter steigt die Falschalarmrate von West nach Ost an was mit der partiellen Entkopplung des Ostteils zu begruumlnden ist

8 Als weiteres Ergebnis laumlsst sich festhalten dass sich der Bezugszeitraum von fuumlnf Jahren fuumlr groumlszligte Teile der Auswertung als ausreichend erwies Nur in wenigen Bereichen der Untersuchung waumlre eine noch laumlngere Zeitreihe von 10 oder 20 Jahren wuumlnschenswert gewesen So ergab sich beispielsweise bei der monatsbezogenen Betrachtung der Starkwindhaumlufigkeit faumllschlicherweise der Maumlrz als starkwindreichster Monat was allein auf das Ausreiszligerjahr 2008 zuruumlckzufuumlhren war Offensichtlich sind also die Variationen zwischen den Jahren so groszlig dass ein Mittelungszeitraum von fuumlnf Jahren nicht ausreicht Manchmal war des Weiteren die Datenmenge zu klein um aussagekraumlftige Schluumlsse zuzulassen Dies trifft insbesondere auf die Ermittlung der Prognoseguumlte fuumlr Luftmassengewitter mit Boumlen in Sturmstaumlrke zu

Aus den oben dargestellten Ergebnissen ergeben sich folgende interessante Fragestellungen deren Beantwortung das Wissen weiter vertiefen und die Warnstrategie des Sturmwarndienstes Bodensee zusaumltzlich bereichern wuumlrde 1 Ein Ansatzpunkt weiterer Forschungsarbeiten ist das Windfeld uumlber dem Untersee Kanalisierungseffekte bewirken hier markant erhoumlhte Starkwindhaumlufigkeiten und eine Drehung der Windrichtung Letzteres wird am eindrucksvollsten anhand des schmalen Spektrums der Bisewinde deutlich das in Steckborn von Nordost auf Ost gedreht ist Eine Kernfrage die es dabei zu beantworten gilt betrifft den Beschleunigungsprozess im Hochrheintal und uumlber dem Untersee Bis jetzt ist nicht bekannt wo genau die massive Geschwindigkeitszunahme einsetzt Im Rahmen einer Messkampagne koumlnnten zwischen Gailingen und Steckborn fuumlnf temporaumlre Anemometer moumlglichst aumlquidistant positioniert und deren Messungen fuumlr mehrere zyklonale Starkwindereignisse ausgewertet werden Ebenfalls von Interesse sind die Abschwaumlchung westlicher Winde zum Obersee hin und das Uumlbergreifen von Boumlen auf die Seearme des Zeller Sees und Gnadensees Hierzu waumlre mindestens eine weitere Messstation beispielsweise auf der Insel Reichenau wuumlnschenswert (vgl Kap 72)

2 Nachdem diese Arbeit auf die Beschleunigung von Westnordwestwinden zwischen West- und Ostteil des Bodensees eingegangen ist und diesen Effekt quantifiziert hat ist es nun von Interesse die Verhaumlltnisse im Ostteil bei suumldwestlichem Wind naumlher zu untersuchen Es wurde mehrfach erwaumlhnt und in Kap 611 anhand eines Fallbeispiels belegt dass das Appenzeller Bergland den Ostteil des Bodensees bei negativer Meridionalkomponente des Windvektors teilweise oder komplett abschattet Bei starker Suumldkomponente wird die Abschattung sogar im Mittelteil beobachtet Eine quantifizierende Untersuchung dieses Effekts braumlchte auch dem Sturmwarndienst weitere Erkenntnisse Die Fragestellung hierbei ist bei welcher Windrichtung die Abschattung des Ostteils einsetzt bzw aufhoumlrt und ferner ab welcher Richtung auch der Mittelteil abgeschattet wird

Literaturverzeichnis

Appt J Stumpp S (2002) Die Bodensee-Messkampagne 2001 Mitteilungen des Instituts fuumlr Wasserbau der Universitaumlt Stuttgart Heft 111

Baumhauer R (2006) Geomorphologie Darmstadt 144pp

Biggs W G Graves M E (1962) A lake breeze index Journal of Applied Meteorology 1 474-480

Borcherdt (1991) Baden-Wuumlrttemberg Eine geographische Landeskunde

Brasseur O (2001) Development and application of a physical approach to estimating wind gusts Monthly Weather Review 129 5-25

Burri K Haumlchler P Schuumlepp M Werner R (1999) Der Foumlhnfall im April 1993 Arbeitsberichte von MeteoSchweiz 196 Zuumlrich 89pp Online verfuumlgbar httpwwwagfchdocAGF_April1993_Berichtpdf

Busch U (1998) Eine Parametrisierung zur Erkennung von Starkwind- und Sturmwetterlagen in globalen Klimasimulationen Berichte des Instituts fuumlr Meteorologie und Klimatologie der Universitaumlt Hannover 58

Chimani B (2002) Hochaufgeloumlste Analysen von Druck- und Temperaturfeldern waumlhrend Foumlhn im Rheintal Diplomarbeit Fakultaumlt fuumlr Naturwissenschaften und Mathematik Univ Wien Wien Online verfuumlgbar httpwwwunivieacatIMG-WiendipldissdiplDA_Chimanipdf

Christoffer J Ulbricht-Eissing M (1989) Die bodennahen Windverhaumlltnisse in der Bundesrepublik Deutschland Berichte des Deutschen Wetterdienstes 147 191pp

Deutscher Wetterdienst (Hrsg) (2000) Sturmwarndienst Bodensee Faltblatt

Drobinski PSteinacker R Richner H Baumann-Stanzer K Beffrey G Benech B Berger H Chimani B Dabas A Dorninger M Duumlrr B Flamant C Frioud M Furger M Groumlhn I Gubser S Gutermann Th Haumlberli Ch Haumlller-Scharnhost E Jaubert G Lothon M Mitev V Pechinger U Piringer M Ratheiser M Ruffieux D Seiz G Spatzierer M Tschannett S Vogt S Werner R Zaumlngl G (2007) Foumlhn in the Rhine Valley during MAP A review of its multiscale dynamics in complex valley geometry Q J R Meteorol Soc 133 897-916

Eberle J Eitel B Bluumlmel W D Wittmann P (2007) Deutschlands Suumlden vom Erdmittelalter zur Gegenwart Berlin Heidelberg 188pp

Gebhardt H (2008) Die landschaftliche und kulturelle Vielgestaltigkeit des Landes In Gebhardt H (Hrsg) Geographie Baden-Wuumlrttembergs Raum Entwicklung Regionen Stuttgart

Guumlller A (1977) Der aussergewoumlhnliche Foumlhnsturm vom 13 Februar 1976 in der Ostschweiz Arbeitsberichte der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt 69 Zuumlrich

Gutermann Th (1979) Der Foumlhn vom 14-18 Januar 1975 im Bodenseeraum In Gutermann Th

(Hrsg) Arbeitsberichte der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt 90 Zuumlrich

Habbe K A (2002) Das deutsche Alpenvorland In Liedtke H Marcinek J (Hrsg) Physische Geographie Deutschlands 3 Auflage Gotha S 591-634

Haumlchler P Burri K Duumlrr B Gutermann T Neururer A Richner H Werner R (2011) Der Foumlhnfall vom 8 Dezember 2006 Eine Fallstudie Arbeitsbericht MeteoSchweiz 234 Zuumlrich Im Druck

Hendl M (2002) Klima In Liedtke H Marcinek J (Hrsg) Physische Geographie Deutschlands 3 Auflage Gotha S 17-126

Hess P Brezowsky H (1977) Katalog der Groszligwetterlagen Europas (1881-1976) 3 verbesserte und ergaumlnzte Auflage Berichte des Deutschen Wetterdienstes 113

Holton J (1992) An Introduction to Dynamic Meteorology 3 Auflage International Geophysics Series Academic Press New York

Huss E (1975) Beitraumlge zur Kenntnis der Winde im Bodenseegebiet Schriften des Vereins fuumlr die Geschichte des Bodensees 93 167-223

Huss E Stranz D (1970) Die Windverhaumlltnisse am Bodensee Pure and applied Geophysics 81 323-356

IGKB - Internationale Gewaumlsserschutzkommission fuumlr den Bodensee (Hrsg) (2004) Der Bodensee Zustand Fakten Perspektiven Bregenz 177pp Online verfuumlgbar wwwhydra-institutecomigkbIGKB20Bilanzpdf

Internationale Bodenseekonferenz (Hrsg) (oJ) Veraumlnderlich und bestaumlndig Wetter und Klima im Bodenseeraum

Jellinghaus K (oJ) Windrichtungsauswertung Praumlsentationsunterlagen zu einer internen Studie des DWD Stuttgart Nichtveroumlffentlicht

Klawa M (2001) Extreme Sturmereignisse in Deutschland Entwicklung Zusammenhang mit der Nordatlantischen Oszillation und Auswirkungen auf die Versicherungswirtschaft Mitteilungen aus dem Institut fuumlr Geophysik und Meteorologie der Universitaumlt zu Koumlln Heft 146

Kraus H Ebel U (2003) Risiko Wetter Die Entstehung von Stuumlrmen und anderen atmosphaumlren Gefahren Springer-Verlag Berlin 250pp

Kuhn M (1989) Die meteorologischen Aspekte des Foumlhns In Kuhn M (Hrsg) Foumlhnstudien Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt S 1-36

Leyer I Wesche K (2007) Multivariate Statistik in der Oumlkologie Eine Einfuumlhrung Springer Berlin Heidelberg 224 pp

Liedtke H (2002) Namen und Abgrenzungen von Landschaften in der Bundesrepublik Deutschland Forschungen zur Deutschen Landeskunde Band 239 3 Auflage Flensburg Karte Landschaften 1 1 000 000

MeteoSchweiz (Bundesamt fuumlr Meteorologie und Klimatologie) (Hrsg) (2009) Sturmwarndienst

fuumlr den Bodensee Medienmitteilung vom 1512009

MeteoSchweiz (Bundesamt fuumlr Meteorologie und Klimatologie) und Winterthur Versicherungen (Hrsg) (oJ) Typische Wetterlagen im Alpenraum Faltblatt Online zugaumlnglich httpwwwmeteoschweizadminchteasersdeservicestypische_wetterlagenRelated0001DownloadFiletmpdownloadpdf

Muumlhleisen R (1977) Starkwinde an und auf dem Bodensee Meteorologische Rundschau 30 (1) 15-22

Ostendorp W Brem H Dienst M Joumlhnk K Mainberger M Peintinger M Rey P Rossknecht H Schlichtherle H Straile D Strang I (2007) Auswirkungen des globalen Klimawandels auf den Bodensee Schriften des Vereins fuumlr Geschichte des Bodensees und seiner Umgebung 125 S 199-244

Peppler W (1926) Zur Aerologie des Foumlhns Beitraumlge zur Physik der freien Atmosphaumlre 12 198-214

Regionalverband Hochrhein-Bodensee (Hrsg) (2007) Landschaftsrahmenplanung Hochrhein-Bodensee Klima und Luft Waldshut-Tiengen Online verfuumlgbar httpwwwhochrhein-bodenseede29

Saacutenchez Penzo S Rapp J Schoumlnwiese C-D Luft G (1998) Raumlumliche Strukturen aktueller Trends des Gesamt- und des Extremniederschlages in Baden-Wuumlrttemberg Deutsche Gewaumlsserkundliche Mitteilungen 42 157-163

Schickedanz U (1991) Zusammenhaumlnge zwischen Befindensstoumlrungen des Menschen und den Karlsruher Wetterphasen Diplomarbeit Universitaumlt Karlsruhe (TH) Institut fuumlr Meteorologie

und Klimaforschung 138pp

Schickedanz U Vetter M et al (2008) Sturmwarndienst Bodensee Verifikationsbericht 2007

Schickedanz U Vetter M Hofheinz P et al (2010) Sturmwarndienst Bodensee Verifikationsbericht 2009

Schickedanz U Vetter M Hofheinz P et al (2011) Sturmwarndienst Bodensee Verifikationsbericht 2010 Im Druck

Schickedanz U (2010) Muumlndliche Mitteilung

Schoumlnwiese C-D (2006) Praktische Statistik fuumlr Meteorologen und Geowissenschaftler 4 Auflage Gebruumlder Borntraumlger Berlin Stuttgart 302pp

Sick W-D (1993) Oberschwaben und Bodenseegebiet ein Uumlberblick In Borcherdt C (Hrsg) Landeskunde von Baden-Wuumlrttemberg 3 Auflage Stuttgart S 363-372

Simpson JE (1994) See breeze and local winds Cambridge University Press Cambridge 234pp

Stanski H R Wilson LJ Burrows WR (1989) Survey of Common Verification Methods in Meteorology WMO World Weather Watch Tech Rep 8 144 pp

Steinacker R (2006) Alpiner Foumlhn eine neue Strophe zu einem alten Lied Promet 32 (12) 3-10

Wagner S (2003) Raumlumlich statistische Untersuchung der Windverhaumlltnisse auf dem Bodensee auf der Grundlage an Land gemessener Winde und des Windes in der freien Atmosphaumlre Diplomarbeit Universitaumlt Stuttgart Institut fuumlr Wasserbau 100pp

Waibel K (1984) Statistik des Foumlhns im Bodenseeraum im Vergleich mit dem Reusstal (Altdorf) Arbeitsberichte der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt 118 Zuumlrich

Waibel K Gutermann Th (1976) Foumlhnhaumlufigkeit und Foumlhnwarnmoumlglichkeit im Bodenseegebiet Arbeitsberichte der Schweizerischen Meteorologischen Zentralanstalt 68 Zuumlrich

Weingaumlrtner H Schickedanz U Goumlber M (2010) Wetterwarndienst Promet 35 (12) 30-38

Werner R Riffler M (2005) Land-See-Wind am Bodensee Vorarlberger Naturschau 16 153166

Zenger A Anker W Ilmberger J Muumlnnich K-O 1990 Die Untersuchung der Windverhaumlltnisse im westlichen Teil des Bodensees und die Umrechnung von Landwinden auf Seebedingungen Meteorologische Rundschau 42 42-51

Internetquellen

Burri K Duumlrr B Gutermann Th Neururer A Werner R Zala E (2007) Foumlhn Verification with the COSMO Model httpwwwagfchdocAGF_ICAM-2007_epdf (Zugangsdatum 192010)

Burri K (2009) Liste der Foumlhnfaumllle im Raume Rheintal oumlstlicher Bodensee (ab Januar 1993) Tabelle httpwwwagfchdocAGF_Foehntermine_1993-2008_20090102pdf (Zugangsdatum 192010)

Deutscher Wetterdienst (2011) (Hrsg) Die Groszligwetterlagen Europas Tabelle httpwwwdwddebvbwappmanagerbvbwdwdwwwDesktop_nfpb=trueamp_pageLabel=dwdwww_result_pageampportletMasterPortlet_i1gsbDocumentPath=Navigation2FOeffentlichkeit2FWV2FGWL2FGWL__2010__Nodehtml3F__nnn3Dtrue (Zugangsdatum 2612011)

Gerstengarbe F-W Werner PC (1999) Katalog der Groszligwetterlagen Europas (1881-1998) httpwwwpik-potsdamde~uwernergwlwelcomehtm (Zugangsdatum 2612011)

Anhang A (zu Kapitel 2)

Abb A1 Detaillierte Karte des Bodenseegebietes mit Messpunkten des Sturmwarndienstes (schwarze Quadrate) Warnleuchten (rot) und Grenzen zwischen West- Mittel und Ostteil (schwarze Linien) westliche Haumllfte Quelle Deutscher Wetterdienst 2010

Abb A2 Detaillierte Karte des Bodenseegebietes mit Messpunkten des Sturmwarndienstes (schwarze Quadrate) Warnleuchten (rot) und Grenzen zwischen West- Mittel und Ostteil (schwarze Linien) oumlstliche Haumllfte Quelle Deutscher Wetterdienst 2010

Anhang B (zu Kapitel 5)

Abb B1 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) in Konstanz

Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Guumlt

Abb B2 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) im Mittelteil (Friedrichshafen und Guumlttingen) Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Fruumlhling Sommer Herbst Winter

Jahreszeit

Abb B3 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) in Konstanz Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Jahreszeit

Guumlt

Abb B4 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Mittelteil (Friedrichshafen und Guumlttingen) Betrachtung der Jahreszeiten (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Abb B5 Absolute Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) in Konstanz Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Guumlt

Abb B6 Absolute Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) im Mittelteil (Friedrichshafen und Guumlttingen) Betrachtung der Monate (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Tab B1 Tabelle zur sup2-Verteilung Irrtumswahrscheinlichkeit in Abhaumlngigkeit von sup2 und der Freiheitsgrade f Quelle Schickedanz 1991 nach Weber 1961

50100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

Abb B7 Windrose Gailingen (links) und Guumlttingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

0102030405060708090

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

Abb B8 Windrosen Konstanz Haumlufigkeit von 60-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen von 25 bis 33 kn (Starkwind)

links und ab 34 kn (Sturm) rechts fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

Abb B9 Windrose Gailingen (links) und Guumlttingen (rechts) Haumlufigkeit von 10-Minuten-Intervallen mit Boumlenspitzen ab 34 kn (Sturm) fuumlr die zwoumllf Windrichtungssektoren (Jahresmittel uumlber den Zeitraum 2005-2009)

Windrichtung [deg] in Sektoren

AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

Abb B10 Korrelationskoeffizient in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Altenrhein Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Abb B11 Korrelationskoeffizient in Abhaumlngigkeit der Windrichtung an der Station Sipplingen Um die Lesbarkeit der Grafik zu verbessern wird nur die Korrelation zu fuumlnf der sieben anderen Stationen betrachtet

Tab B2 Kurze Erlaumluterung der Groszligwetterlagen Europas Die Groszligwettertypen sind fett gedruckt und umfassen die Groszligwetterlagen die jeweils nachfolgend aufgelistet sind Veraumlndert nach Gerstengarbe et al 1999

GWL Erklaumlrung West Wz Westlage zyklonal Frontalzone bei 50-60degN Wa Westlage antizyklonal Frontalzone bei 60degN Ww Winkelfoumlrmige Westlage blockierendes Russlandhoch Frontalzone bei 50-60degN und an der

Westseite der Antizyklone nach Norden umbiegend Ws Suumldliche Westlage Frontalzone teilweise suumldl 50degN

Suumldwest SWz Suumldwestlage zyklonal Hoch von Ukraine bis Nordafrika Tief vom mittleren Nordatlantik

bis Irland SWa Suumldwestlage antizyklonal Hoch von Suumldeuropa bis Westrussland Tief vom mittleren

Nordatlantik bis zum westlichen Nordmeer Nordwest

NWz Nordwestlage zyklonal Subtropenhoch bis zur westlichen Biskaya reichend Tief uumlber Schottland Nordmeer und Skandinavien

NWa Nordwestlage antizyklonal Subtropenhoch mit Kern westlich von Europa Tief uumlber dem Nordmeer und Fennoskandien

Hoch Mitteleuropa

HM Hoch uumlber Mitteleuropa BM Hochdruckbruumlcke uumlber Mitteleuropa Tief

Mitteleuropa TM Tief uumlber Mitteleuropa

Nord Nz Nordlage zyklonal blockierendes Hoch uumlber dem oumlstlichen Nordatlantik Tief von

Skandinavien bis zum Baltikum Na Nordlage antizyklonal Hoch von den britischen Inseln zum Nordmeer Tief uumlber Osteuropa

HNz Hoch Nordmeer-Island zyklonal Frontalzone uumlber dem suumldl Mitteleuropa HNa Hoch Nordmeer-Island antizyklonal Hochdruckkeil bis Mitteleuropa HB Hoch Britische Inseln Trog uumlber Osteuropa oft Tief uumlber dem Mittelmeer TrM Trog Mitteuropa Hoch uumlber oumlstlichem Nordatlantik und Westrussland Frontalzone von

Nordfrankreich bis zum Mittelmeer und von dort nach Nordosten daher Vb-Lage moumlglich Ost NEz Nordostlage zyklonal Hoch von den Azoren bis Skandinavien uumlber Mitteuropa Kaltluft in

der Houmlhe NEa Nordostlage antizyklonal Hoch von den Azoren bis Skandinavien mit Erweiterung nach

Mitteuropa HFz Hoch Fennoskandien zyklonal blockierendes Hoch uumlber dem mittleren und noumlrdlichen

Skandinavien Houmlhentief uumlber suumldl Mitteleuropa und Mittelmeer HFa Hoch Fennoskandien antizyklonal Hoch uumlber ganz Fennoskandien Tief uumlber dem Atlantik

HNFz Hoch Nordmeer-Fennoskandien zyklonal Hoch zwischen Island und Nordrussland Houmlhentief uumlber Mitteleuropa

HNFa Hoch Nordmeer-Fennoskandien antizyklonal Hoch zwischen Island und Nordrussland mit Erweiterung nach Mitteleuropa Tief uumlber dem Mittelmeer

SEz Suumldostlage zyklonal blockierendes Hoch von der Ukraine uumlber Suumldrussland bis zum Nordmeer Tief vom Ostatlantik bis zum westlichen Mittelmeer

SEa Suumldostlage antizyklonal Hoch von Suumldosteuropa uumlber Suumldskandinavien zum Nordmeer Tief uumlber dem suumldlichen Ostatlantik

Suumld Sz Suumldlage zyklonal Hoch uumlber Russland Tief suumldlich von Island Sa Suumldlage antizyklonal blockierendes Hoch uumlber Osteuropa Tief uumlber dem oumlstlichen Atlantik

und Westeuropa TB Tief Britische Inseln

TrW Trog Westeuropa Trog von der Iberischen Halbinsel uumlber die westeuropaumlische Kuumlste zum Nordmeer Hoch uumlber dem mittleren Atlantik und Westrussland

185 26

128 18

NzNaHNzHNaHBTrMNEzNEaHFzHFaHNFzHNFaSEzSEaSzSaTBTrW

Abb B12 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der meridionalen Zirkulationsform (Nz Na HNz HNa HB TrM NEz NEa HFz HFa HNFz HNFa SEz SEa Sz Sa TB TrW) alle Tage

8 5 1 1

5 33 22 13 2

Abb B13 Abs und rel Haumlufigkeit der GWL der meridionalen Zirkulationsform (Nz Na HNz HNa HB TrM NEz NEa HFz HFa HNFz HNFa SEz SEa Sz Sa TB TrW) Starkwindtage

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Abb B14 Maximale Boumlengeschwindigkeit an der Station Sipplingen in Abhaumlngigkeit des Gradienten des Geopotentials auf der Druckflaumlche 850hPa unter Einbeziehung aller zyklonalen Starkwindtage Schwarze Linie Regressionsgerade (Formel und Bestimmtheitsmaszlig oben rechts angegeben)

Erklaumlrung

Ich erklaumlre dass ich die vorliegende Arbeit selbstaumlndig und nur unter Verwendung der angegebenen Hilfsmittel und Literatur angefertigt habe

Stuttgart den 14 April 2011

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

3DavidsKurzfassung_korr_v2

4Gesamtarbeit_v7

Danksagung

Mein besonderer Dank geht an meine Betreuer von der Regionalzentrale Stuttgart des Deutschen Wetterdienstes Herr Uwe Schickedanz Frau Dr Mona Vetter und Frau Peggy Hofheinz die mir immer hilfsbereit und engagiert zur Seite standen und auch an arbeitsreichen Schichtdiensttagen fuumlr meine Fragen offen waren Ob anfaumlngliche Schwierigkeiten bei der Bewaumlltigung der Datenflut oder strukturelle Fragen beim Verfassen der Arbeit stets konnte ich mich auf ihre guten Ratschlaumlge verlassen

Bei Herrn Uwe Schickedanz moumlchte ich mich auszligerdem sehr fuumlr den unkomplizierten und produktiven Email-Wechsel ganz zu Anfang bedanken aus dem das interessante Thema dieser Arbeit hervorging sowie fuumlr die freundliche Aufnahme in sein Meteorologenteam den schoumlnen Arbeitsplatz und sein Vertrauen bei der unbuumlrokratischen Schluumlsselvergabe Vielen Dank auch fuumlr die Bereitstellung der DWD-Daten

Ein spezieller Dank gilt meinem Betreuer der LMU Muumlnchen Herrn Prof Dr George Craig der mir bei vielen Fragen interessiert und freundlich weiterhalf obwohl das Thema der Arbeit auszligerhalb seines Forschungsgebiets liegt

Ich danke allen Mitarbeitern der Regionalzentrale und Luftfahrtberatungszentrale Stuttgart fuumlr das tolle Arbeitsklima und die vielen anregenden und gewinnbringenden Gespraumlche In der kollegialen und freundlichen Atmosphaumlre habe ich mich sehr wohl und willkommen gefuumlhlt

Des Weiteren bedanke ich mich beim Verein Berliner Wetterkarte eV fuumlr die schnelle und unentgeltliche Zusendung aller archivierten Wetterkarten die ich fuumlr die Wetterlagenanalyse benoumltigte

Meinen Eltern Dr Waltraud Berle und Nikolaus Piper sowie meiner Freundin Julia Hackenbruch moumlchte ich sehr fuumlr das Gegenlesen meiner Diplomarbeit und die zahlreichen wertvollen Korrekturvorschlaumlge danken

Ich danke meinen Eltern auszligerdem dafuumlr dass sie mir mein Meteorologiestudium ermoumlglicht und finanziert haben

Kurzfassung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

Erklaumlrung 118

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

211 Zyklonen

wobei ps

pvA pgT

pgV vA

fBI 310 (3)

wobei dz

212 Foumlhn

213 Gewitter

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

97 87 20 20

95 85 23 20

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

31 Geographie

32 Klima

321 Klima allgemein

322 Bise

323 Foumlhn

weiter noumlrdlich

324 Land-See-Wind

331 Temperatur

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

332 Niederschlag

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

334 Wind

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

41 Datenmaterial

411 Winddaten

NNNNNN

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

42 Analysemethoden

2 )( (8)

igesamt

gesamti t

Es ergibt sich

))(()(

423 Windrosen

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

)()())((n

iii yyxxyyxxr

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Station

oumlen

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

521 Starkwind

GaiEspSipSte

330410

FriGuumlt

AltLin

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

522 Sturm

GaiEspSipSte

AltLin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

- - - - - 01 - - -

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

531 Starkwind

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

700345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

532 Sturm

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

20406080

100120140160180

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

(siehe Anhang)

263 85

147 73

Groszligwettertypen

Haumlu

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

146 31

666 37

1144 63

386 83

bildet Die oben

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Exkurs

phh ukf

)ln()(0z

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

und )741(m (stabil)

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

mit m und t

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Die Parameter

Station

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

611 Starkwind

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

612 Sturm

WestMitteOst

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

LindauAltenrhein

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

LindauAltenrhein

631 Starkwind

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

632 Sturm

0505506

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

werden

Internetquellen

Guumlt

Jahreszeit

Guumlt

50100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

0102030405060708090

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Hoch Mitteleuropa

185 26

128 18

8 5 1 1

5 33 22 13 2

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Erklaumlrung

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

4Gesamtarbeit_v7

Kurzfassung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

Erklaumlrung 118

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

211 Zyklonen

wobei ps

pvA pgT

pgV vA

fBI 310 (3)

wobei dz

212 Foumlhn

213 Gewitter

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

97 87 20 20

95 85 23 20

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

31 Geographie

32 Klima

321 Klima allgemein

322 Bise

323 Foumlhn

weiter noumlrdlich

324 Land-See-Wind

331 Temperatur

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

332 Niederschlag

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

334 Wind

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

41 Datenmaterial

411 Winddaten

NNNNNN

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

42 Analysemethoden

2 )( (8)

igesamt

gesamti t

Es ergibt sich

))(()(

423 Windrosen

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

)()())((n

iii yyxxyyxxr

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Station

oumlen

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

521 Starkwind

GaiEspSipSte

330410

FriGuumlt

AltLin

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

522 Sturm

GaiEspSipSte

AltLin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

- - - - - 01 - - -

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

531 Starkwind

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

700345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

532 Sturm

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

20406080

100120140160180

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

(siehe Anhang)

263 85

147 73

Groszligwettertypen

Haumlu

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

146 31

666 37

1144 63

386 83

bildet Die oben

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Exkurs

phh ukf

)ln()(0z

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

und )741(m (stabil)

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

mit m und t

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Die Parameter

Station

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

611 Starkwind

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

612 Sturm

WestMitteOst

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

LindauAltenrhein

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

LindauAltenrhein

631 Starkwind

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

632 Sturm

0505506

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

werden

Internetquellen

Guumlt

Jahreszeit

Guumlt

50100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

0102030405060708090

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Hoch Mitteleuropa

185 26

128 18

8 5 1 1

5 33 22 13 2

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Erklaumlrung

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

4Gesamtarbeit_v7

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

Erklaumlrung 118

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

211 Zyklonen

wobei ps

pvA pgT

pgV vA

fBI 310 (3)

wobei dz

212 Foumlhn

213 Gewitter

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

97 87 20 20

95 85 23 20

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

31 Geographie

32 Klima

321 Klima allgemein

322 Bise

323 Foumlhn

weiter noumlrdlich

324 Land-See-Wind

331 Temperatur

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

332 Niederschlag

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

334 Wind

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

41 Datenmaterial

411 Winddaten

NNNNNN

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

42 Analysemethoden

2 )( (8)

igesamt

gesamti t

Es ergibt sich

))(()(

423 Windrosen

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

)()())((n

iii yyxxyyxxr

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Station

oumlen

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

521 Starkwind

GaiEspSipSte

330410

FriGuumlt

AltLin

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

522 Sturm

GaiEspSipSte

AltLin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

- - - - - 01 - - -

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

531 Starkwind

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

700345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

532 Sturm

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

20406080

100120140160180

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

(siehe Anhang)

263 85

147 73

Groszligwettertypen

Haumlu

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

146 31

666 37

1144 63

386 83

bildet Die oben

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Exkurs

phh ukf

)ln()(0z

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

und )741(m (stabil)

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

mit m und t

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Die Parameter

Station

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

611 Starkwind

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

612 Sturm

WestMitteOst

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

LindauAltenrhein

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

LindauAltenrhein

631 Starkwind

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

632 Sturm

0505506

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

werden

Internetquellen

Guumlt

Jahreszeit

Guumlt

50100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

0102030405060708090

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Hoch Mitteleuropa

185 26

128 18

8 5 1 1

5 33 22 13 2

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Erklaumlrung

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

4Gesamtarbeit_v7

Erklaumlrung 118

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

211 Zyklonen

wobei ps

pvA pgT

pgV vA

fBI 310 (3)

wobei dz

212 Foumlhn

213 Gewitter

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

97 87 20 20

95 85 23 20

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

31 Geographie

32 Klima

321 Klima allgemein

322 Bise

323 Foumlhn

weiter noumlrdlich

324 Land-See-Wind

331 Temperatur

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

332 Niederschlag

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

334 Wind

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

41 Datenmaterial

411 Winddaten

NNNNNN

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

42 Analysemethoden

2 )( (8)

igesamt

gesamti t

Es ergibt sich

))(()(

423 Windrosen

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

)()())((n

iii yyxxyyxxr

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Station

oumlen

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

521 Starkwind

GaiEspSipSte

330410

FriGuumlt

AltLin

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

522 Sturm

GaiEspSipSte

AltLin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

- - - - - 01 - - -

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

531 Starkwind

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

700345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

532 Sturm

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

20406080

100120140160180

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

(siehe Anhang)

263 85

147 73

Groszligwettertypen

Haumlu

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

146 31

666 37

1144 63

386 83

bildet Die oben

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Exkurs

phh ukf

)ln()(0z

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

und )741(m (stabil)

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

mit m und t

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Die Parameter

Station

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

611 Starkwind

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

612 Sturm

WestMitteOst

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

LindauAltenrhein

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

LindauAltenrhein

631 Starkwind

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

632 Sturm

0505506

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

werden

Internetquellen

Guumlt

Jahreszeit

Guumlt

50100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

0102030405060708090

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Hoch Mitteleuropa

185 26

128 18

8 5 1 1

5 33 22 13 2

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Erklaumlrung

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

4Gesamtarbeit_v7

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

211 Zyklonen

wobei ps

pvA pgT

pgV vA

fBI 310 (3)

wobei dz

212 Foumlhn

213 Gewitter

97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

97 87 20 20

95 85 23 20

West Mitte Ost

TR (Starkwind) 2009 95 97 94

2010 96 96 98

TR (Sturm) 2009 82 92 80

2010 85 93 77

FA (Starkwind) 2009 17 22 24

2010 18 23 31

FA (Sturm) 2009 13 26 33

2010 6 20 35

31 Geographie

32 Klima

321 Klima allgemein

322 Bise

323 Foumlhn

weiter noumlrdlich

324 Land-See-Wind

331 Temperatur

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

T_2005 T_2006 T_2007 T_2008 T_2009 T_mittel

332 Niederschlag

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

334 Wind

2005 2006 2007 2008 2009

StarkwindSturm

000 600 1200 1800 000 600 1200 1800 000

Uhrzeit

KonstanzAltenrhein

29208 1800 1308 000 1308 600 1308 1200 1308 1800 2308 000 2308 600 2308 1200 2308 1800

1600 1630 1700 1730 1800 1830

Uhrzeit

1300 1330 1400 1430 1500 1530

Uhrzeit

0400 0500 0600 0700 0800 0900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100

Uhrzeit

Guumlt

41 Datenmaterial

411 Winddaten

NNNNNN

mit Warnung

ohne Boumle

N N NW

mit Boumle N B N J

42 Analysemethoden

2 )( (8)

igesamt

gesamti t

Es ergibt sich

))(()(

423 Windrosen

Ste (fx)

Ste (dd)

Guumlt (fx)

Guumlt (dd)

Lin (fx)

Lin (dd)

1400 2 7 6 4 0 0 1410 2 27 6 3 0 0 1420 4 26 5 6 0 0 1430 8 27 5 7 0 0 1440 7 25 4 8 0 0 1450 6 26 3 10 4 26 1500 7 26 4 36 0 0 1510 11 27 3 5 0 0 1520 13 29 3 11 0 0 1530 14 29 0 0 0 0 1540 19 29 0 0 0 0 1550 25 28 5 10 2 20 1600 18 28 4 9 0 0 1610 14 29 3 14 0 0 1620 15 30 3 22 0 0 1630 13 30 13 26 0 0 1640 12 30 12 28 0 0 1650 9 29 18 28 4 14 1700 15 27 21 29 0 0 1710 16 26 17 29 0 0 1720 16 25 16 28 0 0 1730 15 25 23 25 0 0 1740 15 25 0 0 0 0 1750 11 23 16 24 37 26 1800 10 23 11 25 35 26 1810 7 24 11 23 31 27 1820 9 23 7 21 21 27 1830 9 24 5 18 19 26 1840 8 23 3 10 16 29 1850 8 27 4 13 10 30 1900 9 28 4 17 0 0 1910 8 26 2 19 0 0 1920 7 22 4 14 0 0 1930 5 20 4 11 0 0 1940 5 9 5 13 0 0 1950 5 8 6 12 12 12

)()())((n

iii yyxxyyxxr

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Haumlu

Station

oumlen

GaiLin

EspLin

SipLin

AltGai

AltEsp

SteLin

GuumltLin

GaiFri

FriAlt

SteAlt

GuumltAlt

SipFri

EspFri

LinAlt

FriLin

GaiGuumlt

SipGuumlt

SteFri

GaiSip

SteSip

GaiSte

EspGuumlt

FriGuumlt

GaiEsp

SteEsp

EspSip

SteGuumlt

Stationspaare

521 Starkwind

GaiEspSipSte

330410

FriGuumlt

AltLin

01 1 1 01 30 01 - - 01

(Juli)

01 - - 975 30 01 - 5 1 (Sep)

- - - 1 70 - - - 1

522 Sturm

GaiEspSipSte

AltLin

01 25 10 - 30 1 1 70 5

- - - - - 01 - - -

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

SteEsp

AltEsp

FriGuumlt

531 Starkwind

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

700345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

100150200250300350400450

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

532 Sturm

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

20406080

100120140160180

345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

120345deglt 15deg

15deglt 45deg

45deglt 75deg

75deglt 105deg

105deglt 135deg

135deglt 165deg

165deglt 195deg

195deglt 225deg

225deglt 255deg

255deglt 285deg

285deglt 315deg

315deglt 345deg

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Windrichtung [deg]

SteGai

SteEsp

SteGuumlt

SteLin

SteFri

(siehe Anhang)

263 85

147 73

Groszligwettertypen

Haumlu

392 22

176 10

352 20

329 18

211 12

146 31

666 37

1144 63

386 83

bildet Die oben

284 73

WzWaWsWw

113 77

14 10WzWaWsWw

146 20

130 18

23 3101 14

266 38

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

WzWaWsWw

SWzSWaNWzNWaHMBMTM

Exkurs

phh ukf

)ln()(0z

(labil) (17a)

)74(ln1

u (stabil) (17b)

und )741(m (stabil)

y = 11274x + 63624

R2 = 08751y = 63664x + 15508

R2 = 02219

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Sip_ungefiltert

Sip_gefiltert

y = 10041x + 139

R2 = 0607

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

mit m und t

y = 84402x + 12701

R2 = 07206

y = 1093x + 1146

R2 = 04641

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

y = 83792x + 11454

R2 = 0554

y = 11701x + 79385

R2 = 04652

0 05 1 15 2 25 3 35 4

grad( )

Die Parameter

Station

Alt Alt

911 100 867 113 112 101 955 844 1093 838 1170

828 139 824 636 611 115 104 1270

1146 1145

Rsup2 058 061 064 088 069 058 058 072 046 055 047

611 Starkwind

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

aumlrz

Juni Ju

Oktobe

Monate [2005-2009]

WestMitteOst

612 Sturm

WestMitteOst

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

15lt 45 45lt 75 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

135lt 165 165lt 195 195lt 225 225lt 255 255lt 285 285lt 315

LindauAltenrhein

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

LindauAltenrhein

631 Starkwind

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

gradgetr (West)

W 261 379 376 J 287 240 250 B 6 5 8

W 111 126 91 J 32 47 52 B 7 0 3

Luftmassengewitter

W 69 54 51

Luftmassengewitter

Boumlenursache

WestMitteOst

TR StarkwindMitte

TR StarkwindOst

FA StarkwindMitte

FA StarkwindOst

632 Sturm

0505506

Boumlenursache

WestMitteOst

000501

Boumlenursache

WestMitteOst

werden

Internetquellen

Guumlt

Jahreszeit

Guumlt

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AltFri

AltGuumlt

AltLin

AltGai

AltEsp

SipEsp

SipFri

SipLin

SipGuumlt

SipSte

Hoch Mitteleuropa

185 26

128 18

8 5 1 1

5 33 22 13 2

y = 65593x + 15656

R2 = 02258

0 05 1 15 2 25 3 35 4 45

grad( )

Erklaumlrung

David Piper

1Deckblatt

2Danksagung

4Gesamtarbeit_v7

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ANALYSE WARNRELEVANTER WINDEREIGNISSE AM BODENSEE