Simulierte Hageltrajektorien zeigen größeren Hagel im Klimawandel

Um die Auswirkungen veränderter Temperatur, Feuchtigkeit und Aufwindstruktur zu untersuchen, wurden Tausende Hageltrajektorien in idealisierten Superzellen-Ensembles simuliert.

Im Rahmen des Projekts Willis Hail Hazard Assessment und in Zusammenarbeit mit Matthew Kumjian und Kelly Lombardo von der Pennsylvania State University wurde deren detailliertes Hagel-Trajektorien-Modell (Kumjian und Lombardo, 2020) genutzt, um den Einfluss des Klimawandels auf Hagel zu untersuchen. Im Vergleich zur existierenden Literatur zu Hagel im Klimawandel (Raupach et al., 2021) bietet diese Methode eine neue Perspektive (Fischer et al., 2025). Um die Ergebnisse auf echte Gewitter beziehen zu können, wurden die Hageltrajektorien in einem großen Ensemble von 171 idealisierten Superzellen simuliert. Die wichtigsten Faktoren – Temperatur (Höhe der 0 °C-Isotherme), verfügbares Wasser, Aufwindbreite und Aufwindstärke – wurden innerhalb des Ensembles einzeln verändert, um ihren Einfluss zu isolieren.

Abbildung 1: Beispiel-Trajektorie desselben Hagelkorns in drei verschiedenen Simulationen (siehe Text). Die Farbe entlang der Trajektorien zeigt die Wachstumsrate, die graue 3D-Fläche den 3 m/s-Aufwind und die grüne Fläche das Mischungsverhältnis von 8 g/kg Wolkenwasser im Aufwindkern.

Abbildung 1 zeigt die Trajektorie desselben Hagelkorns in einer Kontrollsimulation (schwarze Sechsecke), einer Simulation mit 3 K Erwärmung (schwarze Würfel) und einer Simulation mit 2 g/kg höherem Wasserdampfgehalt (schwarze Kugeln) als Beispiel. Auffällig sind das schnellere Wachstum des Hagels in der Simulation mit höherem Wasserdampfgehalt sowie der frühere Beginn des Schmelzens in der wärmeren Simulation. Durch eine statistische Auswertung über das gesamte Ensemble lassen sich diese Prozesse systematisch darstellen. Identische Gewitter in einer um 3 K wärmeren Umgebung produzieren weniger Hagel aller Größen. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit hingegen führt zu mehr Hagel, besonders bei größeren Durchmessern.

Betrachtet man eine gleichzeitige Erhöhung von Temperatur und Feuchte (Abb. 2), wie sie in den meisten Regionen der Erde durch den Klimawandel zu erwarten ist (Raupach et al., 2021), zeigt sich eine Verringerung der Häufigkeit von kleinem Hagel, jedoch eine starke Zunahme von großem Hagel mit einem Durchmesser von über 2 cm (+30–40 %) sowie der Fläche, die von Hagel betroffen ist (+20 %). Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit anderen Studien, die beispielsweise auf Basis gröber aufgelöster Modelle durchgeführt wurden (Raupach et al., 2021, Gensini et al., 2024, Thurnherr et al., 2025), und unterstreichen damit die wahrscheinliche Zunahme von Hagelschäden in Europa und vielen anderen Regionen. Allerdings zeigen die Stärke und Breite des Aufwinds ebenfalls einen starken Einfluss auf die Größenverteilung. Veränderungen der Häufigkeit von starken Gewittern, beispielsweise aufgrund trockenerer Bedingungen, sowie Veränderungen in Aerosolen und deren Mikrophysik zur Hagelbildung werden hier nicht berücksichtigt. Daher können reale Trends in manchen Regionen abweichen (siehe hierzu die kürzlich erschienenen Beiträge: Link1, Link2). Weitere Forschung ist nötig, um all diese Faktoren im Klimawandel abzuwägen.

Abb. 2: Relative Änderung der Anzahl von Hagelkörnern pro Größenintervall (0,25 cm). Jeder Punkt zeigt die Änderung zwischen zwei Simulationen, bei denen die Temperatur im gesamten Vertikalprofil um 3 K erhöht und die Wasserdampfmenge in Bodennähe um 2 g/kg erhöht wurde. Hinterlegt sind Boxplots der Punktverteilung pro Größenintervall.

Referenzen:

Fischer, J., Kunz, M., Lombardo, K., Kumjian, M. R. (2025): Hail Trajectories in a Wide Spectrum of Supercell-Like Updrafts. Journal of the Atmospheric Sciences, 82(7), 1403–1422, https://doi.org/10.1175/JAS-D-24-0222.1.

Gensini, V. A., Ashley, W. S., Michaelis, A. C., Haberlie, A. M., Goodin, J., Wallace, B. C. (2024): Hailstone size dichotomy in a warming climate. Npj Climate and Atmospheric Science, 7(1), 185, https://doi.org/10.1038/s41612-024-00728-9.

Kumjian, M. R., Lombardo, K. (2020): A Hail Growth Trajectory Model for Exploring the Environmental Controls on Hail Size: Model Physics and Idealized Tests. Journal of the Atmospheric Sciences, 77(8), 2765–2791, https://doi.org/10.1175/JAS-D-20-0016.1.

Raupach, T. H., Martius, O., Allen, J. T., Kunz, M., Trapp, S. L., Mohr, S., Rasmussen, K. L.,Trapp, R. J., Zhang, Q. (2021): The effects of climate change on hailstorms. Nature Reviews Earth and Environment, 2, 213–226, https://doi.org/10.1038/s43017-020-00133-9.

Thurnherr, I., Cui, R., Velasquez, P., Wernli, H., Schär, C. (2025): The effect of 3°C global warming on hail over Europe. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL114811, https://doi.org/10.1029/2025GL114811.

Zugehöriges Institut am KIT: Institut für Meteorologie und Klimaforschung-Troposphärenforschung (IMKTRO)
Autor: Jannick Fischer (Mai 2026)