Gewitterpotenzial: CAPE, Lifted Index und CIN

Wenn Meteorologen sagen, ein Tag sei „gewitterträchtig“, meinen sie meist drei Zahlen. Die Startseite zeigt eine davon unter „Detailwerte“ (CAPE), erklärt sie aber nicht. Diese Seite holt das nach — mit den Definitionen des DWD-Wetterlexikons und des US-Wetterdienstes NWS, einer Skizze, die zeigt, was da eigentlich gemessen wird, und den Modellwerten für deinen Ort.

Vorweg das Wichtigste, weil es sonst falsch gelesen wird: Keine dieser Zahlen ist eine Gewittervorhersage. Sie beschreiben, wie viel Energie ein Aufwind hätte, wenn er in Gang käme — ein Potential. Ob er in Gang kommt, entscheidet ein Auslöser, den diese Zahlen nicht kennen.

CAPE: wie viel Energie im Aufwind steckt

Das DWD-Wetterlexikon definiert die Größe so:

„CAPE (die maximale verfügbare potentielle Energie für Konvektion) ist ein Maß dafür, wie stark ein Luftpaket gehoben werden kann. Hohe CAPE-Werte (>2000 J/kg) in Kombination mit deutlich negativem Lifted Index sind ein Indiz für das Auftreten von sehr hoch reichenden und demzufolge meist unwetterartigen Gewittern.“ Deutscher Wetterdienst, Wetterlexikon, Eintrag „CAPE“

Die Einheit ist Joule je Kilogramm Luft: Energie, die ein Kilogramm aufsteigender Luft gewinnen kann, weil es wärmer — und damit leichter — ist als die Luft um es herum. Je größer dieser Temperaturvorsprung ist und je höher er reicht, desto mehr CAPE. Das NWS-Glossar ergänzt, was das für die Wolke bedeutet: CAPE hängt direkt mit der größtmöglichen Aufwindgeschwindigkeit zusammen, in Gewitterumgebungen werden Werte über 1000 J/kg oft überschritten, im Extrem über 5000. Und es setzt sofort den Vorbehalt dahinter, der auf dieser Seite überall gilt:

„However, as with other indices or indicators, there are no threshold values above which severe weather becomes imminent.“ National Weather Service (NOAA), Glossary, Eintrag „CAPE“
Schematische Skizze: Temperatur gegen Höhe, eine Kurve für die Umgebungsluft und eine für ein gehobenes Luftpaket. Wo das Paket wärmer ist als die Umgebung, ist die Fläche dazwischen CAPE; wo es kälter ist, CIN. Höhe Temperatur → Umgebungsluft gehobenes Luftpaket CAPE Paket wärmer als Umgebung: Auftrieb CIN Paket kälter: muss erst überwunden werden Niveau freier Konvektion
Rein schematisch, nicht maßstäblich: Höhe nach oben, Temperatur nach rechts. Die eine Kurve ist die Umgebungsluft, die andere ein Luftpaket, das vom Boden aus gehoben wird und sich dabei abkühlt. Unten ist das Paket kälter als seine Umgebung und würde zurücksinken — diese Fläche ist CIN, die Sperrschicht. Ab dem Niveau freier Konvektion ist es wärmer als die Umgebung und steigt von selbst; die Fläche zwischen den Kurven ist CAPE. Genau so definieren es DWD-Lexikon und NWS-Glossar (siehe Quellen): CAPE ist die Fläche zwischen Umgebungsprofil und Paketweg, dort, wo das Paket wärmer ist.

Lifted Index: wie labil die Schichtung ist

Der Lifted Index stellt dieselbe Frage mit einer einzigen Zahl statt einer Fläche. Das DWD-Lexikon:

„Der Lifted Index ist ein Maß für die Stabilität/Labilität der Schichtung in der Atmosphäre und errechnet sich aus der Temperaturdifferenz zwischen einem adiabatisch in ein bestimmtes Niveau gehobenen Luftpaket und der dort umgebenden Luftmasse. Ist der Index negativ (labile Schichtung), so sind Gewitter möglich, ist er positiv (stabile Schichtung), so sind Gewitter unwahrscheinlich. Bei deutlich negativen Werten sind intensive Gewitter möglich.“ Deutscher Wetterdienst, Wetterlexikon, Eintrag „Lifted Index“

Das NWS-Glossar nennt das „bestimmte Niveau“: Man hebt bodennahe Luft rechnerisch auf rund 18 000 Fuß (etwa 5,5 km, das 500-hPa-Niveau) und vergleicht ihre Temperatur mit der dort tatsächlich herrschenden. Ist das gehobene Paket wärmer, ist der Index negativ — je negativer, desto labiler, desto stärker die möglichen Aufwinde. Und auch hier, wörtlich: „there are no ‚magic numbers‘ or threshold LI values below which severe weather becomes imminent.“ Das Vorzeichen ist gewöhnungsbedürftig: negativ heißt gewitteranfällig, positiv heißt stabil.

CIN: der Deckel — und warum ein geladener Tag ohne Gewitter bleiben kann

In der Skizze oben gibt es unten eine zweite Fläche, in der das Paket kälter ist als seine Umgebung. Dort würde es von selbst zurücksinken. Diese Fläche heißt CIN (convective inhibition, Hemmung der Konvektion), ebenfalls in Joule je Kilogramm: die Energie, die ein Paket erst einmal von außen bekommen muss — durch Erwärmung vom Boden, durch Hebung an einer Front, einem Gebirge oder einer Konvergenzlinie —, bevor es das Niveau erreicht, ab dem CAPE es weiterträgt.

Das ist der Grund für ein Muster, das jeder kennt: Ein schwüler Sommertag mit hohem CAPE, an dem den ganzen Nachmittag nichts passiert — bis am Abend eine Front oder eine erhitzte Hügelkette den Deckel aufbricht und binnen einer Stunde ein kräftiges Gewitter steht. Die Energie war den ganzen Tag da; es fehlte der Auslöser. Genau deshalb ist CAPE ein Potential und keine Vorhersage, und genau deshalb zeigt diese Seite unten alle drei Zahlen nebeneinander statt einer daraus gebastelten „Gewitterwahrscheinlichkeit“. Wie ein Gewitter dann tatsächlich abläuft, steht auf Gewitter; warum das „Wo“ oft erst Stunden vorher feststeht, auf Hitzegewitter.

Die drei Zahlen für deinen Ort

Stundenwerte aus der Open-Meteo-Vorhersage (Variablen cape, lifted_index, convective_inhibition) — derselbe Host, den die Startseite benutzt, kein neuer Fremdhost. Modellwerte, keine Messung: Es gibt keine Station, die CAPE misst; die Größe wird aus dem vorhergesagten Temperatur- und Feuchteprofil gerechnet.

Was diese Seite nicht behauptet

Quellen

Verwandt: Gewitter (wie ein Gewitter abläuft und wie der DWD warnt), Hitzegewitter, Superzelle, Blitz & Donner, Gewitter-Stoppuhr, Wolkenbildung und Wie eine Vorhersage entsteht.