Hagel
Hagel zählt in Deutschland zu den lokal begrenzten, aber folgenschweren Naturgefahren und verursacht regelmäßig erhebliche Schäden an Infrastruktur, Landwirtschaft und privaten Haushalten. Aufgrund seiner kurzen Dauer und räumlichen Begrenzung ist er zudem nur schwer vorherzusagen.
Diese Themenseite gibt einen Überblick über Entstehung, Verbreitung und Auswirkungen von Hagel sowie über Herausforderungen und Vorsorgemaßnahmen.
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Was ist Hagel?
Hagel ist eine feste Niederschlagsform, die aus Eiskörnern besteht und ab einem Durchmesser von etwa fünf Millimetern als solcher bezeichnet wird. Die Hagelkörner bestehen aus gefrorenem Wasser mit eingeschlossenen Luftblasen und weisen eine eher milchig-weiße, kompakte und häufig poröse Struktur auf. Sie können einzeln auftreten oder als zusammengeballte, größere Strukturen vorkommen und unterscheiden sich damit deutlich von Graupel, der eine weichere Konsistenz besitzt.
Wie er entsteht und was das für das Thema Sicherheit bedeuten kann, soll im Folgenden näher betrachtet werden.
Wie entsteht Hagel?
Hagel entsteht in hochreichenden Gewitterwolken, in denen starke Auf- und Abwinde sowie sehr kalte Temperaturen vorherrschen. In diesen Wolken befinden sich zahlreiche unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskeime, sie bilden die Grundlage für die Entstehung und das Wachstum von Hagelkörnern.
Voraussetzung für die Hagelbildung sind Temperaturen zwischen −10 °C und −30 °C in bestimmten Bereichen der Gewitterwolke. Dort befinden sich zahlreiche unterkühlte Wassertröpfchen, die trotz Temperaturen unter dem Gefrierpunkt flüssig bleiben. Erst wenn sie auf sogenannte Eiskeime (Aerosolpartikel) treffen, gefrieren sie schlagartig. Dabei entstehen zunächst kleine Graupelteilchen, die als Hagelembryonen dienen. Durch starke Aufwinde werden diese Partikel immer wieder nach oben transportiert, wo sich weitere Wassertröpfchen anlagern und gefrieren. Auf diese Weise wächst das Hagelkorn schichtweise durch trockenes und nasses Wachstum.
Für das weitere Wachstum von Hagelkörnern sind vor allem eine hohe Luftfeuchtigkeit sowie starke und anhaltende Aufwinde entscheidend. Je mehr Wasser in der Wolke verfügbar ist und je kräftiger die Aufwinde ausfallen, desto größer können die Hagelkörner werden – besonders extreme Größen werden dabei häufig in langlebigen, rotierenden Gewitterzellen (Superzellen) erreicht.
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Herausforderungen im Zusammenhang mit Hagel
Herausforderungen in der Forschung
- Hgaelklimatologie lässt sich nicht direkt aus Wetterstationsdaten ableiten
- langfristige und flächendeckende Beobachtungsdaten zu erfassen
- Hagelereignisse trotz ihrer geringen lokalen Ausdehnung zuverlässig zu dokumentieren
- hochaufgelöste Modellansätze für Hagelereignisse zu entwickeln
- atmosphärische Prozesse und den Einfluss des Klimawandels besser zu verstehen
- Ursachen und regionale Eintrittswahrscheinlichkeiten von Hagelunwettern genauer zu analysieren
- Risiken und potenzielle Schäden realistischer zu bewerten
- kurzfristige Hagelvorhersagen (Nowcasting) zuverlässiger zu gestalten
- Unsicherheiten numerischer Wettermodelle zu reduzieren
- unzureichende Forschung im Zusammenhang mit Hagel und Solarenergie
Herausforderungen im operativen Bereich
- geeignete Alarmierungszeitpunkte festzulegen
- die Bevölkerung rechtzeitig und flächendeckend zu warnen
- adäquate Schutzmaßnahmen schnell umsetzen zu können
- Ausfälle Kritischer Infrastrukturen zu bewältigen
- eine ausreichende und geeignete Ausstattung an Einsatzmitteln sicherzustellen
- begrenzte personelle und materielle Kapazitäten auszugleichen
- parallele Einsatzlagen effektiv zu koordinieren
- Schäden in der Landwirtschaft und Risiken für die Nahrungsmittelversorgung zu minimieren
- Einsatzkräfte trotz zunehmender Extremwetterereignisse zu entlasten
- auf schwer prognostizierbare Magnitude und Intensität von Hagelereignissen vorbereitet zu sein
Hagelverteilung und Hotspots in Deutschland
Hagel tritt in Deutschland vor allem im Sommerhalbjahr auf, mit einer Häufung zwischen Mai und August. Grundsätzlich kann er überall entstehen, jedoch zeigen sich regionale Schwerpunkte – insbesondere im Süden Deutschlands, wo Hagelereignisse häufiger auftreten.
Da Hagel sehr lokal auftritt und selten direkt gemessen wird, basiert die Gefährdungsabschätzung häufig auf Radardaten. Diese ermöglichen eine flächendeckende und hochauflösende Analyse von Gewitterzellen und liefern wichtige Hinweise auf die Verteilung von Hagel.
Langfristige Entwicklungen sind regional unterschiedlich: Während in Nord- und Mitteldeutschland kaum Veränderungen zu beobachten sind, nimmt die Hagelaktivität (aufgrund des Klimawandels?) in Teilen Süddeutschlands zu.
Konvektion
1.) Erwärmung der Luft
Sonneneinstrahlung erwärmt den Boden und die darüberliegende feuchte Luft (Glaser et al. 2010).
2.) Aufsteigen warmer Luft
Die warme, leichtere Luft steigt nach oben und transportiert Feuchtigkeit in höhere Luftschichten (Glaser et al. 2010).
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3.) Abkühlung und Wolkenbildung
Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab, Wasserdampf kondensiert und es bilden sich mächtige Quellwolken (z. B. Cumulonimbus), aus denen Gewitter entstehen können (Glaser et al. 2010).
Gewitterstürme
Gewitter entstehen, wenn aufsteigende warme und feuchte Luft in einer instabilen Atmosphäre kondensiert und sich starke Gewitterwolken (Cumulonimbus) bilden. In diesen Wolken entwickeln sich intensive Auf- und Abwinde, aus denen typische Gewittererscheinungen wie Blitze, Starkregen, Hagel und starke Böen hervorgehen können (RoyalMeteorological Society 2020).
Tornados
Tornados entstehen in der Regel innerhalb starker Gewitter, wenn zu den Aufwinden zusätzlich starke vertikale Windscherung und Temperaturunterschiede zwischen den Luftmassen auftreten. Dabei bildet sich eine rotierende, eng begrenzte Luftsäule, die vor allem über Land auftritt und sich durch sehr starke, kleinräumige Aufwinde auszeichnet. Der starke Luftdruckabfall im sogenannten Tornadoschlauch verstärkt die Rotationsbewegung zusätzlich (DWD o.J.).
Orkane
Orkane in den mittleren Breiten entstehen durch das Zusammenspiel großräumiger Temperaturunterschiede und dynamischer Prozesse in der Atmosphäre. Ausgangspunkt ist der starke Gegensatz zwischen kalter Polarluft und warmer subtropischer Luft entlang der Polarfront, der als zentrale Energiequelle dient.
Durch diese Temperaturunterschiede beginnt sich die Front zu verformen, wodurch ein Tiefdruckgebiet entsteht. Dieses entwickelt sich mithilfe der Corioliskraft weiter zu einem rotierenden Sturmsystem mit Warm- und Kaltfront. Sinkender Luftdruck im Zentrum und starke Druckunterschiede führen zu zunehmenden Windgeschwindigkeiten, während Prozesse in der Höhe, insbesondere durch den Jetstream, die Intensivierung zusätzlich verstärken. So kann sich ein ausgeprägtes Sturmtief entwickeln, das im Extremfall Orkanstärke erreicht (Klose & Klose 2015).
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Tropischer Wirbelsturm
Tropische Wirbelstürme entstehen über warmen Ozeanen zwischen etwa 30° nördlicher und 30° südlicher Breite, jedoch nicht direkt am Äquator. Ihre Entwicklung beruht auf dem Zusammenspiel von aufsteigender feuchtwarmer Luft und großräumigen atmosphärischen Prozessen. Vereinfacht lässt sich ihre Entstehung so erklären:
1. Warmes Meer als Energiequelle
Bei Meeresoberflächentemperaturen von mindestens 26-27°C verdunstet viel Wasser und die unterste Luftschicht wird feucht und warm.
2. Aufsteigen der Luft und Tiefdruckbildung
Die warme Luft steigt auf (Konvektion), wodurch am Boden ein Tiefdruckgebiet entsteht.
3. Beginnende Rotation
Durch die Erdrotation und mit ihr verbundenen Corioliskraft gerät das Luftsystem ins Drehen und bildet eine spiralförmige Struktur.
4. Verstärkung des Sturms
Gewitterzellen organisieren sich zu einem großen rotierenden Sturmsystem, das immer mehr warme, feuchte Luft ansaugt und dadurch stärker wird.
5. Ausbildung des Auges
Im Zentrum bildet sich ein relativ ruhiges „Auge“, umgeben von einer Zone mit den stärksten Winden und heftigsten Niederschlägen.
Warum gibt es am Äquator keine tropischen Wirbelstürme?
In Äquatornähe ist die Corioliskraft zu schwach, um eine nennenswerte Drehbewegung der Luftmassen zu verursachen. Daher entstehen dort keine Stürme mit ausgeprägter Rotationsbewegung.
Die Corioliskraft ist ebenfalls dafür verantwortlich, dass die Drehbewegung der Wirbelstürme auf der Nordhalbkugel entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn (Shultz et al. 2005).
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Zeitliche und räumliche Vorhersagbarkeit
Die Entstehung und Ausprägung von Stürmen bestimmen ihre Intensität und Wirkung. Hohe Windgeschwindigkeiten, umherfliegende Trümmer und Begleiterscheinungen wie Starkregen oder Blitze können erhebliche Schäden verursachen und stellen vielfältige Risiken für Mensch, Umwelt und Infrastruktur dar.
Entwurzelte Bäume & Trümmer
Umstürzende Bäume, herabfallende Äste und umherfliegende Gegenstände zählen zu den häufigsten Gefahren und führen regelmäßig zu Verletzungen, Verkehrsbehinderungen und Sachschäden (DWD o.J.).
Schäden an Gebäuden
Hohe Windgeschwindigkeiten können Dächer abdecken, Fassaden beschädigen und Gebäude schwer in Mitleidenschaft ziehen oder zerstören (DWD o.J.).
Gesundheit
Stürme können zu Verletzungen durch Trümmer oder einstürzende Strukturen führen und im schlimmsten Fall auch Todesopfer verursachen. Zudem können sie die Gesundheitsversorgung beeinträchtigen und psychische Belastungen auslösen (Butsch et al. 2023).
Kombination mit weiteren Gefahren
Treten zusätzlich Blitze, Starkregen, Hagel oder Sturmfluten auf, können sich die Schäden erheblich verstärken, wodurch Stürme vermehrt zu sogenannten Multi-Hazards werden (Lee et al. 2023).
Ausfälle kritischer Infrastrukturen
Stürme können Stromausfälle verursachen, Verkehrswege blockieren und Versorgungsstrukturen beeinträchtigen (Butsch et al. 2023).
Wahrnehmung
Stürme werden häufig unterschätzt: Entweder, weil sie regelmäßig auftreten und dadurch an Bedrohlichkeit verlieren (Slovic 1987), oder weil sie selten sind und das Bewusstsein für ihr Gefahrenpotenzial fehlt. Dies kann dazu führen, dass Risiken unterschätzt und Schutzmaßnahmen vernachlässigt werden.
Wie Stürme benannt werden
Die Namensvergabe tropischer Wirbelstürme über dem Atlantik ist international klar geregelt. Zuständig ist das National Hurricane Center in Miami, das mit festen, rotierenden Namenslisten arbeitet, in denen sich männliche und weibliche Namen abwechseln. Neue Stürme werden daraus fortlaufend benannt, um eine eindeutige Kommunikation zu gewährleisten (National Hurricane Center o.J.).
In Europa ist die Benennung von Winterstürmen/Orkanen hingegen deutlich weniger einheitlich und variiert je nach Land. In Deutschland werden zudem nicht die Stürme selbst benannt, sondern die zugehörigen Hoch- und Tiefdruckgebiete. Diese erhalten seit 1954 ihre Namen durch das Meteorologische Institut der Freien Universität Berlin (DWD o.J.). Dabei werden Hoch- und Tiefdrucksysteme jeweils geschlechtsspezifisch benannt, wobei die Zuordnung von männlichen und weiblichen Namen jährlich wechselt (Wetterpate o.J.).
Grundsätzlich gilt, auch für tropische Wirbelstürme, dass Namen besonders zerstörerischer Stürme nicht erneut vergeben werden, da sie als nicht mehr angemessen gelten (DWD o.J.).
Studien zeigen zudem, dass die Namensgebung die Wahrnehmung beeinflussen kann: Stürme mit weiblichen Namen werden tendenziell als weniger gefährlich eingeschätzt, was sich unter Umständen auch auf das Verhalten im Ernstfall auswirken kann (Jung et al. 2014).
Klimawandel
Die Erde hat sich durch den menschengemachten Klimawandel bereits um etwa 1,1 °C gegenüber vorindustriellen Zeiten erwärmt (Stand: 2023). Um schwerwiegende Folgen zu vermeiden, soll die globale Erwärmung laut Pariser Klimaabkommen möglichst auf 1,5 °C begrenzt werden. Ohne schnelle Emissionsreduktionen drohen zunehmende Extremereignisse wie Hitzewellen, Dürren, Stürme, Starkregen und Überschwemmungen (LpB o.J.).
Im Zusammenhang mit dem Klimawandel zeigen sich besonders bei tropischen Wirbelstürmen Veränderungen. Durch die Erwärmung der Meeresoberflächen nimmt vor allem die Intensität dieser Stürme zu. Studien zeigen, dass pro Grad globaler Erwärmung der Anteil besonders starker Hurrikane der Kategorien 4 und 5 um etwa 25–30 % steigt, während schwächere Stürme seltener werden (Holland & Bruyère 2014). Mit stärkeren Stürmen gehen zudem nicht nur höhere Windgeschwindigkeiten, sondern häufig auch intensivere Niederschläge einher, wodurch auch das Risiko von Überschwemmungen zunimmt (Knutson et al. 2021).
Außerdem wird erwartet, dass sich tropische Wirbelstürme künftig weiter in Richtung der Pole verlagern könnten, sodass auch Regionen betroffen sein könnten, die bisher kaum Erfahrungen mit dieser Sturmart haben (Studholme et al. 2022). Für Stürme in den mittleren Breiten sind die Entwicklungen bislang weniger eindeutig, weshalb belastbare Prognosen weiterhin mit Unsicherheiten verbunden sind (Piatschek 2025).
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