Mobiliar Lab für Naturrisiken

Modul 2 – Hagelvorkommen in der Schweiz

Die Schweiz gehört zu den Ländern mit der grössten Hagelgefährdung Europas. Jährlich werden Schäden in zweistelliger Millionenhöhe verursacht. Die Auftretenswahrscheinlichkeit von bestimmten Hagelkorngrössen wird auf Karten dargestellt, um das Ausmass der Hagelgefährdung räumlich und saisonal zu zeigen (vgl. MeteoSchweiz – Hagelklimatologie). Diese Grundlagen sind für die Prävention wichtig. Beispielsweise, um für den Gebäudeschutz widerstandsfähige Materialien und Bauprodukte zu wählen, die den erwarteten Hagelkorngrössen entsprechen.

Abb. 1: Hagelhäufigkeit in der Schweiz mit Anzahl Hageltagen pro Sommerhalbjahr. Als Hageltag wird ein Tag definiert, an dem der Grenzwert der Hagelwahrscheinlichkeit POH ≥ 80 % überschritten wurde. Quelle: NCCS, 2020

Wie ist Hagel in der Schweiz räumlich und saisonal verteilt und mit welcher Häufigkeit und Korngrössen?

Stellen Sie mithilfe der Webseiten NCCS – Hagelklima Schweiz und MeteoSchweiz – Hagelklimatologie zusammen, wie häufig in welchen Regionen der Schweiz welche Hagelkorngrössen durchschnittlich auftreten.

Analysieren Sie zudem die Häufigkeit von Hagelereignissen im Jahresverlauf und von Jahr zu Jahr. Beurteilen Sie, wie sich die saisonale und jährliche Variabilität von Hagelereignissen auf die durchschnittliche Hagelwahrscheinlichkeit und die Abschätzung der Hagelgefahr auswirkt (vgl. Abb. 2).

Ordnen Sie bei dieser Beurteilung auch Ihre Wohnregion mithilfe der Webseiten MeteoSchweiz – Hagelklimatologie und MeteoSchweiz – Hagelkarten ein.

Abb. 2: Anzahl Hageltage in der Schweiz (Überschreitung des Grenzwerts POH ≥ 80 % auf einer Gesamtfläche ≥ 100 Quadratkilometer). Oben: Jahresgang pro Monat. Die schwarze Linie entspricht dem Schweizer Mittel über 2002–2020 und die gelbe Schattierung dem Bereich zwischen dem 1. und 3. Quartil. Unten: Zeitliche Entwicklung pro Jahr. Die horizontale Linie entspricht dem Schweizer Mittel über 2002–2022 (Stand 30.09.2022). Quelle: MeteoSchweiz

Lösungsvorschlag

Lösungsvorschlag

  • In der Schweiz gibt es drei Regionen mit erhöhter Hagelwahrscheinlichkeit; Jura, Napfgebiet im Emmental und Südtessin. Nur eine sehr geringe Hagelwahrscheinlichkeit besteht im inneralpinen Raum.
  • Über die gesamte Schweiz entspricht die durchschnittliche Hagelhäufigkeit 33 Hageltagen im Sommerhalbjahr (April – September). Lokal ist die Hagelhäufigkeit sehr unterschiedlich, wobei in gewissen Regionen bis zu 3 Hageltage pro Hagelsaison im Durchschnitt zu beobachten sind (z. B. Südtessin).
  • In der gesamten Schweiz treten Hagelkörner ab 2 cm regelmässig auf, lokal im Durchschnitt an 1.5 Tagen pro Sommerhalbjahr. Je grösser die Korngrösse, umso seltener sind die Ereignisse. Mit Hagelkörnern ab 4 cm wird in den meisten Regionen seltener als einmal alle 50 Jahre gerechnet.
  • Saisonal entsteht Hagel in der Schweiz hauptsächlich in Gewittern im Sommerhalbjahr. Die Hagelsaison in der Schweiz dauert von April bis September. In den meisten Regionen ist die Hagelhäufigkeit zwischen Juni und August am höchsten.
  • Angaben zum Hagelvorkommen werden häufig mit Durchschnittswerten angegeben. Von Jahr zu Jahr kann die Verteilung von Hageltagen und Korngrössen jedoch sehr unterschiedlich sein. Diese Variabilität ist zu beachten, insbesondere bei der Abschätzung von lokalen Risiken, Extremereignissen und Trends über eine längere Zeit.
    • Kapitel «Datengrundlage und Variabilität – Herausforderungen einer Hagelklimatologie»
  • Folgende Quellen können für die Analyse der eigenen Wohnregion zusätzlich nützlich sein:

  • Ein Beispiel finden Sie unter «Hagelvorkommen in der Gemeinde Schangnau» weiter unten auf dieser Seite.

Hintergründe zum Lösungsvorschlag

Hagelklimatologie der Schweiz

Ziel des Projektes «Hagelklima Schweiz» war es, die bisherigen Grundlagen für die Risikoabschätzung von Hagel mithilfe einer neuen Generation von Radardaten zu verbessern. Beim Projekt arbeiteten mehrere Bundesämter sowie Versicherungen und Forschung zusammen. Das Ergebnis ist eine einheitliche, räumlich differenzierte und aktuelle Hagelklimatologie der Schweiz, welche durch MeteoSchweiz laufend mit neuen Daten erweitert wird (NCCS, 2021).

Abb. 3: MeteoSchweiz erarbeitete gemeinsam mit einer Reihe von Stakeholdern eine neue Referenz zur Hagelgefährdung in der Schweiz und publizierte diese im Rahmen des National Center for Climate Services (NCCS) als Themenschwerpunkt «Hagelklima Schweiz». ©NCCS

Die Hagelklimatologie ist Grundlage für die Risikoabschätzung und Planung und damit eine wichtige Informationsquelle für Behörden, Versicherungen, Feuerwehr, Gebäudebesitzer*innen und Landwirt*innen. Mehr zum Thema Risiko und Schutz vor Hagel finden Sie im Modul 3.

Siehe auch:
  • NCCS – Hagelklima Schweiz
  • MeteoSchweiz – Hagelklimatologie
  • MeteoSchweiz – Projektseite «Hagelklima Schweiz»
  • Involvierte Stakeholder
    • Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherungen PS
    • Schweizerischer Versicherungsverband SVV
    • Schweizerische Hagel-Versicherungs-Gesellschaft Schweizer Hagel
    • Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SIA
    • Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz
    • Bundesamt für Umwelt BAFU
    • Bundesamt für Landwirtschaft BLW
    • Bundesamt für Bevölkerungsschutz BABS

Datengrundlage und Variabilität – Herausforderungen einer Hagelklimatologie

Die Verteilung von Hagelvorkommen, Häufigkeiten und Korngrössen wird auf Karten und Statistiken oft mit Durchschnittswerten angegeben. Da Hagelereignisse eher selten an einem bestimmten Ort und kleinräumig auftreten, sind die lokalen Schwankungen von Jahr zu Jahr jedoch gross. Je grösser an einem Ort die Variabilität im Hagelvorkommen ist, umso grösser sind die Unsicherheiten bezüglich des mittleren Hagelvorkommens respektive umso geringer ist deren Aussagekraft.

Bei der Analyse der Hagelgefahr an einem Ort sind nebst den Durchschnittswerten aber auch Extremereignisse von Interesse. Informationen zur Variabilität im Hagelvorkommen sind wichtig, um die Häufigkeit und die Hagelkorngrösse für Extremereignisse abzuschätzen.

Für die Abschätzung der langfristigen Hagelgefahr sind flächendeckende Informationen sowie Messdaten über eine möglichst lange Zeitreihe wichtig. Nur mit räumlich und zeitlich umfassenden Daten kann trotz hoher Variabilität die durchschnittliche Hagelgefährdung für eine Region abgeschätzt werden. Auch Aussagen zu Veränderungen und Trends der Hagelgefahr können nur mithilfe langer Zeitreihen von mindestens 30 Jahren gemacht werden (siehe «Modul 4 – Hagel, Klimawandel und Risikoentwicklung»).

Für die «Hagelklimatologie Schweiz» wurden Radarmessungen ab 2002 verwendet, da sie erst ab diesem Zeitpunkt qualitativ ausreichend und flächendeckend zur Verfügung stehen. Weiter zurück als 2002 sind Daten zu Hagel nur lückenhaft verfügbar. Es sind daher weitere Bemühungen in der Forschung nötig, um einerseits vergangene Hagelzeitreihen aufzuarbeiten und andererseits die Radarmessungen langfristig zu betreiben und zu verbessern (vgl. Abbildung 9 im Modul 1).

Abb. 4: Datenverfügbarkeit aus Radarbeobachtungsdaten 2002–2020. In den Hagel-Hotspots im Südtessin, Napfgebiet und Jura sind mehr als 20 Tage Daten pro Ort verfügbar. Im inneralpinen Raum wurde teilweise noch nie ein Hagelsignal aufgezeichnet. Quelle: MeteoSchweiz

Siehe auch:

Hagelvorkommen in der Gemeinde Schangnau

Schangnau (BE) im Emmental liegt in einer der Regionen mit der höchsten Hagelwahrscheinlichkeit in der Schweiz. Wie Abb. 1 illustriert, werden in der Region Schangnau durchschnittlich zwischen 2.5 und 3 Hageltage im Jahr erwartet2. (Gemäss einer Berechnung des Bundes kommt es in Schangnau durchschnittlich zu 2.6 Hageltagen im Jahr1.)

Im Emmental kommen Ereignisse mit Hagelkorngrössen von 2 cm Durchmesser und grösser an durchschnittlich 1.25 bis 2 Tagen im Jahr vor, und mit 4 cm und mehr an 0.5 bis 1 Tage im Jahr3.

Hagelereignisse kommen im Emmental während der gesamten Hagelsaison von April bis September vor, wobei im Juli die Hagelgefahr am höchsten ist4. Während im April und September seltener Hagel auftritt, verzeichnet der Monat Juli im Schnitt 1.4 und mehr Hageltage.

In Abbildung 5 sind die beobachteten Hageltage von 2002 bis 2022 in Schangnau und zum Vergleich in St. Gallen dargestellt. Gut erkennbar ist hierbei die Schwankungen der Anzahl Hageltage von Jahr zu Jahr, welche teilweise sehr gross sind. Auch klar erkennbar ist, die erhöhte Hagelhäufigkeit in Schangnau im Vergleich zu St. Gallen.

In der beobachteten Periode wurden in Schangnau durchschnittlich 6.7 Hageltage gemessen und in St. Gallen 3.4 (MeteoSchweiz, 2023). Diese Werte sind höher als die in der Hagelklimatologie berechneten Durchschnittswerte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim Erstellen der Hagelklimatologie ein Resampling-Ansatz (statistisches Verfahren aus der Risikomodellierung) eingesetzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, eine aussagekräftige Hagelklimatologie zu erstellen trotz der kurzen Zeitreihe von verfügbaren Radarhageldaten.

Siehe auch:

Abb. 5: Zeitreihe von Hageltagen in Schangnau und St. Gallen, 2002 bis 2022. Daten und Darstellung: MeteoSchweiz

Quellen

1 Der Bund – So oft und stark hagelt es in Ihrer Gemeinde
2 Hagelklima Schweiz – Hagelhäufigkeit
3 Hagelklima Schweiz – Hagelkorngrössen
4 MeteoSchweiz –  Karten Hagelklimatologie

Weiterführende Aufgabenstellung

Von der Häufigkeit zur Gefahrenanalyse

Bei der Abschätzung der Hagelgefahr sind Angaben zu Wiederkehrperioden wichtig. Diese beschreiben die statistische Auftretenswahrscheinlichkeit von Hagelkorngrössen an einem bestimmten Ort. Eine Wiederkehrperiode von 20 Jahren für Hagel grösser als 3 cm an einem Ort bedeutet z. B., dass im Durchschnitt alle 20 Jahre ein Hagelkorn mit einem Durchmesser von 3 cm und mehr erwartet wird. Analog ist der Wiederkehrwert an diesem Ort für eine 20-jährliche Wiederkehrperiode ≥ 3 cm. Im Projekt «Hagelklimatologie Schweiz» wurde die Hagelgefährdung anhand von Wiederkehrperioden neu aufgearbeitet und im «Hagelklima-Webatlas» von MeteoSchweiz sind zudem Karten zur Hagelgefährdung zu finden.

Abb. 6: Maximale, auf einem Quadratkilometer zu erwartende Hagelkorngrössen bei einem Hagelereignis mit einer Wiederkehrperiode von 50 Jahren. Quelle: NCCS

Wie wird die Hagelgefahr mithilfe von Wiederkehrperioden abgeschätzt und wie sind Extremereignisse dabei einzuordnen?

a) Erläutern Sie, wie die Hagelgefahr eines 50-jährlichen Hagelereignisses und dessen Auftretenswahrscheinlichkeit zu interpretieren ist.

b) Beurteilen Sie die Hagelgefahr in Ihrer Wohnregion für ein Hagelereignis mit einer Wiederkehrperiode von 10, 50 und 100 Jahren.

c) Am 28. Juni 2021 kam es im Schweizer Mittelland zu einem aussergewöhnlich grossen Hagelereignis. An einigen Orten wurden Hagelkorngrössen bis zu 9 cm beobachtet.

Analysieren Sie, wie extrem das Hagelereignis vom 28. Juni 2021 im Vergleich zu Durchschnittswerten war, und ordnen Sie anhand der Wiederkehrperioden ein, wie häufig mit einem solchen Ereignis gerechnet werden muss.

Im Modul 1 finden Sie mehr Informationen zu diesem Ereignis (Modul 1, Videos 2, 4, 5, 6, sowie Abbildungen 6, 7 und 8).

Lösungsvorschlag weiterführende Aufgabenstellung

Lösungsvorschlag

Aufgabe a)

  • Die Gefahr von Hagelschlag in der Schweiz wird in Auftretenswahrscheinlichkeiten von Hagelkorngrössen wiedergegeben.
  • Ein Hagelereignis mit einer Wiederkehrperiode von 50 Jahren kommt an diesem Ort durchschnittlich einmal in 50 Jahren vor. Die Wahrscheinlichkeit, dass in einem Jahr ein solches Ereignis eintrifft, beträgt 1/50 = 2 %. Wichtig: Dies ist eine rein statistische Betrachtung, das heisst es können sich mehrere solche Ereignisse in kürzeren Zeiträumen durchaus häufen.
  • Anmerkung: Die Abschätzung der maximalen Korngrösse mit MESHS basiert auf einer Referenzfläche von 1 km2. Oft wird daher bei der lokalen Abschätzung der Hagelgefahr das LEHA-100 verwendet, die zu erwartende Korngrösse auf einer Fläche von 100 m2.
  • Weiterführende Informationen siehe unter:

Aufgabe b)

Ein Fallbeispiel zu einer Region finden Sie weiter unten unter «Hagelgefahr Schangnau».

Aufgabe c)

  • In den meistbetroffenen Regionen entspricht das Ereignis vom 28. Juni 2021 einem 70- bis 100-jährlichen Ereignis (Kopp et al., 2022). Das heisst die Auftretenswahrscheinlichkeit eines solch grossen Ereignissen in einem Jahr liegt zwischen 1 % und 1.43 %.
  • In der Region des Ereignisses waren im Juni 2021 die Hagelkörner bis zu 3 cm grösser als im langjährigen Mittel.
  • Die Fläche mit maximal zu erwartenden Korngrössen (MESHS) von mehr als 4 cm ist die grösste beobachte Fläche seit 2002. Die insgesamt von Hagel betroffene Fläche die zweitgrösste (Kopp et al., 2022).

Hintergründe zum Lösungsvorschlag

Hagelgefahr Schangnau (Aufgabe b)

Durchschnittlich muss in der Gemeinde Schangnau alle 10 Jahre mit Hagelkörnern von 5 cm oder mehr gerechnet werden1. Diese Berechnung basiert auf MESHS-Daten, beziehen sich also auf die maximal zu erwartenden Korngrössen auf einer Referenzfläche von 1 km2. Bei der Gefahrenabschätzung sind die relevanten Referenzflächen aber generell kleiner. Dies zum Beispiel, wenn die Gefahr auf das eigene Hausdach abgeleitet werden soll. Dafür wurde die statistisch abgeleitete Grösse LEHA entwickelt, die das grösste zu erwartende Hagelkorn in Bezug auf eine Referenzfläche von z. B. 100 m2 (LEHA-100) abschätzt.

Tabelle 1: Hagelgefährdung in Schangnau anhand von Wiederkehrperioden. Quelle: MeteoSchweiz
Wiederkehrperiode  Korngrösse LEHA-100  Korngrösse MESHS
10 Jahre  2.5 cm – 3.5 cm  4.5 cm – 5.5 cm
50 Jahre  3.5 cm – 4.5 cm  > 6 cm
100 Jahre  4 cm – 5 cm  > 6 cm

Bei Korngrössen von 4–5 cm muss mit erheblichen Schäden an Fahrzeugen (inkl. Windschutzscheibe und grösseren Dellen) sowie Gebäuden und in der Landwirtschaft gerechnet werden. Für Gebäude etwa ist die Wahrscheinlichkeit für Schäden abhängig von der Besiedlung und von der Bevölkerungsdichte. Schangnau ist eine eher dünn besiedelte Gemeinde. Da jedoch grosse Flächen der Gemeinde für die Landwirtschaft genutzt werden, kann es hier durchaus auch zu grösseren Hagelschäden und Ernteausfällen kommen.

Mehr zum Risiko und Schutz vor Hagel finden Sie im Modul 3.

Quellen

1 Der Bund – So oft und stark hagelt es in Ihrer Gemeinde
2 Swisstopo – map.geo.admin.ch
3 MeteoSchweiz – Hagelgefährdung

Wiederkehrperioden des Extremereignisses vom 28. Juni 2021 (Aufgabe c)

Anhand der beobachteten Hagelkorngrössen und der Hagelklimatologie kann abgeschätzt werden, wie häufig mit einem solch extremen Ereignis zu rechnen ist (vgl. Abb. 7). Eine Gruppe um den PhD-Studenten der Universität Bern, Jérôme Kopp, analysierte das Extremereignis vom 28. Juni 2021 (Kopp et al. 2022).

Abb. 7: Lokale Wiederkehrperioden der beobachteten Hagelkorngrössen am 28. Juni 2022. Vergleiche Korngrössen aus Abb. 7 im Modul 1. Darstellung und Daten: MeteoSchweiz (aus Kopp et al., 2022)

Weiterführende Informationen, Quellen

Anwendung von Gefahrenkarten – Anspruchsgruppen

Informationen und Karten zum Hagelvorkommen und zur Hagelgefahr sind für verschiedene Bereiche und Anspruchsgruppen von Interesse. Gebäudeeigentümer*innen, Landwirt*innen, Fahrzeugbesitzer*innen und Einwohner*innen können so die Hagelgefahr in ihrer Umgebung besser abschätzen und mögliche Schutzmassnahmen treffen, beispielsweise Hagelnetze zum Schutz sensibler landwirtschaftlicher Kulturen.

Versicherungen benötigen Gefahrenkarten, um Risikoanalysen zu erstellen und davon ausgehend Versicherungsangebote anzupassen sowie um Prävention zu betreiben. Auch lokale und nationale Behörden nutzen die Informationen zu Hagel, zum Beispiel bei der Planung von Präventionsmassnahmen, der Festlegung von Baunormen oder der Einsatzplanung für die Feuerwehr.

Siehe auch:

Herausforderungen, Entwicklungen und Forschung

Um die Gefahrenanalyse von Hagel weiter zu verbessern, wird die Messung und Beobachtung stets weiterentwickelt (siehe Modul 1). Zusätzlich ist die Forschung bestrebt, die Datenreihen in die Vergangenheit zu erweitern. Dazu sind komplexe statistische Verfahren und ein vertieftes Verständnis zur Hagelentstehung nötig.

Zum Beispiel arbeitet die PhD-Studentin Lena Wilhelm an der Universität Bern im Rahmen des Forschungsprojekts scClim daran, Zeitreihen für Hagelereignisse bis in die 1950er Jahre zu rekonstruieren. Komplexe statistische Verfahren ermöglichen anhand von meteorologischen Variablen die Modellierung der Wahrscheinlichkeit von Hagel in der Vergangenheit.

Abb. 8: PhD-Studentin Lena Wilhelm, Gruppe Klimafolgenforschung, Geographisches Institut der Universität Bern.

Quellen

Kopp, J., Schröer, K., Schwierz, C., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2022). The summer 2021 Switzerland hailstorms: weather situation, major impacts and unique observational data. Weather.

MeteoSchweiz (2023). Anzahl Hageltage Schangnau und St. Gallen, 2002 bis 2022. Anzahl_Hageltage.txt

NCCS (Hrsg.) 2021: Hagelklima Schweiz – Die nationalen Hagelgefährdungskarten. National Centre for Climate Services, Zürich. www.hagelklima.ch.

Nisi, L., Martius, O., Hering, A., Kunz, M., & Germann, U. (2016). Spatial and temporal distribution of hailstorms in the Alpine region: a long‐term, high resolution, radar‐based analysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 142(697), 1590-1604.

Nisi, L., Hering, A., Germann, U., & Martius, O. (2018). A 15‐year hail streak climatology for the Alpine region. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 144(714), 1429-1449.

Prein, A. F., & Holland, G. J. (2018). Global estimates of damaging hail hazard. Weather and Climate Extremes, 22, 10-23.

Schröer, K., Trefalt, S., Hering, A. Germann, U., Schwierz, C. (2022). Hagelklima Schweiz:

Daten, Ergebnisse und Dokumentation, Fachbericht MeteoSchweiz, 283, pp. 78.