Tornados

Aus Klimawandel
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Tornado in Channing, Texas

Tornados (spanisch tornar „umkehren, wenden“, Partizip tornado; tornear „wirbeln, drechseln“) sind sehr schnell rotierende Luftwirbel, welche den Boden berühren. Sie befinden sich entweder unter einer konvektiven Wolke (Cumuluswolke) oder sind mit ihr verbunden. Manchmal, aber nicht immer, sind sie als Rüssel sichtbar. Dies geschieht, wenn der Luftdruck im Inneren so niedrig ist, dass Wasserdampf kondensiert. Ist die Luft zu trocken, ist ein Tornado nur durch rotierenden Staub oder Trümmer sichtbar. Die Verweildauer liegt zwischen einigen Sekunden bis zu einer Stunde und länger, wobei die meisten Tornados ca. 10 Minuten andauern. Der durchschnittliche Durchmesser ist meistens 200 m, kann aber zwischen ca. 10 m und ca. 2 km variieren. Durch ihre hohen Windgeschwindigkeiten von 70 km/h bis 500 km/h können sie sehr großen Schaden anrichten. Diese Geschwindigkeiten verursachen auch einen sehr großen Druckgradient, welcher mehr als 100 hPa auf einigen Metern betragen kann. Damit sind Tornados die stärksten Tiefdruckgebiete auf der Welt. Ihre Rotationsrichtung ist allerdings nicht ausschließlich entgegen dem Uhrzeigersinn (zyklonal), sonder in seltenen Fällen auch im Uhrzeigersinn (antizyklonal), da die Corioliskraft anders als bei Tiefdruckgebieten und Hurrikanen für die Enstehung von Tornados keine Rolle spielt. Tornados können über jedem Gelände auftreten.[1] Über Wasser werden sie als Wasserhosen bezeichnet.

1 Entstehung

Damit Tornados entstehen können, wird Feuchtekonvektion benötigt. Ideale Bedingungen hierfür sind eine starke Temperaturabnahme mit der Höhen (instabile Schichtung) und eine hohe Luftfeuchtigkeit in den unteren 1-2 km der Atmosphäre. Als Auslöser für die Konvektion dienen Prozesse, die zur Hebung führen. Dies können z.B. Fronten, Hindernisse (Berge) oder einfach nur die Erwärmung des Bodens aufgrund der Sonneneinstrahlung sein. Steigt die Luft dann auf, kühlt sie so lange ab bis sie den Wasserdampf nicht mehr aufnehmen kann. Dieser kondensiert dann zu Wolkentropfen. Beim Kondensieren wird Energie frei (latente Wärme), welche die Luft erwärmt. Somit wird die Luft leichter als die Umgebungsluft und kann weiter aufsteigen. Je mehr Wasser kondensieren kann, umso stärker sind die Aufwinde. Auch Tornados beziehen ihre Energie aus der Umwandlung von Wasserdampf zu flüssigen Wasser. Bei den weiteren Entstehungsprozessen können Tornados in verschieden Typen unterteilt werden.

1.1 Mesozyklonale Tornados

Dies sind Tornados, die in Verbindung mit einer Mesozyklone eingebettet in einer Superzelle auftreten. Eine Superzelle ist ein Gewitter mit rotierenden Aufwinden. Damit Superzellen entstehen, muss zusätzlich zur instabil geschichteten Atmosphäre und auch vertikale Windscherung vorherrschen. Das heißt die Windgeschwindigkeit oder auch die Windrichtung ändern sich mit der Höhe. Durch die Windscherung bilden sich vertikal rotierende Luftwirbel, die dann durch Aufwinde aufgerichtet werden. Aufgrund der Rotation des Gewitters wird immer neue Feuchtigkeit herantransportiert, die dann die Lebensdauer der Superzelle verlängert. Superzellen sind zusätzlich zur Rotation auch durch starke Auf- und Abwinde gekennzeichnet, welche zu Hagel, Starkniederschlag und starken Gewitterböen (Downbursts) führen. Der genaue Mechanismus, der zur Bildung eines Tornados aus einer Superzelle führt, ist immer noch nicht vollkommen verstanden und noch Gegenstand der aktuellen Forschung. Ein Ansatz ist, dass der Tornado aus der in der Superzelle vorhandenen Rotation entsteht, welche sich zum Boden hin fortesetzt. Viele Beobachtungen zeigen auch, dass sich Tornados in der Nähe der starken Fallböen bilden. Durch die hohe Windscherung bilden sich starke Wirbel, die in die Aufwindzone der Superzelle gesogen werden und sich zu einem Tornado aufrichten.

1.2 Nicht-mesozyklonale Tornados

Nicht-mesozyklonale Tornados entstehen, wie der Name schon sagt, nicht im Zusammenhang mit Mesozyklonen. Sie bilden sich meist an Konvergenzlinien. Dies sind Gebiete in denen der Wind aus entgegengesetzten Richtungen aufeinander trifft. An der Grenzfläche bilden sich in einigen Fällen vertikale Wirbel, welche sich dann zu Tornados entwickeln können.

2 Klassifizierung

Für die Klassifizierung wird in den meisten Ländern die 1971 entwickelte Fujita-Skala verwendet. Da die Windgeschwindigkeiten in einem Tornado schwer messbar sind, wird bei dieser Skala ein Tornado anhand seines angerichteten Schadens klassifiziert. Dem Schaden kann dann eine ungefähre Windgeschwindigkeit zugeordnet werden. Die Skala geht eigentlich von F0 bis F12 (Schallgeschwindigekeit). Allerdings sind die Werte von F6 bis F12 nur theoretisch. In Europa wird zusätzlich zur Fujita-Skala auch die 1972 entwickelte Torro-Skala verwendet. Diese ist feiner aufgeteilt und steigt anders als die Fujita-Skala linear mit der Windgeschwindigkeit.

Kategorie Windgeschwindigkeit in km/h
F0 64–116
F1 117–180
F2 181–253
F3 254–332
F4 333–418
F5 419–512

3 Tornados und Klimawandel

Ein Tornado ist ein kleinräumiges Phänomen, besitzt meist nur eine kurze Lebensdauer und ist somit nicht leicht zu beobachten. Auch neuere Techniken (z.B. Dopplerradar) können nicht alle Tornados detektieren. Aus diesem Grund gibt es keine vollständigen Datenreihen. Auch werden Tornados erst seit den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts systematisch aufgezeichnet. Eine Ab- oder Zunahme aufgrund des Klimawandels kann deshalb schwer bestimmt werden. Generell wurden in Europa in den letzten Jahrzehnten immer mehr Tornados beobachtet. In Deutschland wurde zum Beispiel eine Zunahme von meist schwachen Tornados beobachtet, doch ist dies vor allem auf den Anstieg der Bevölkerungsdichte, auf das größere öffentliche Interesse und auf neue Beobachtungstechniken zurück zu führen. In den USA hingegen hat die Häufigkeit von schweren Tornados gegenüber den 50er, 60er und 70er Jahren abgenommen. Der Grund hierfür ist allerdings eine veränderte Schadensbeurteilung der schweren Tornados seit diesem Zeitraum. Es gibt allerdings Ansätze die Auswirkungen des Klimawandels auf die Häufigkeit und Stärke von Tornados zu bestimmen, ohne auf die Beobachtungen zurück zu greifen. Hierfür werden meteorologische Parameter untersucht, welche für die Entstehung für Tornados wichtig sind. Dies sind vor allem vertikale Windscherung und Labilität der Atmosphäre, welche durch die "zur Konvektion verfügbare potentielle Energie" (CAPE) ausgedrückt wird. Aktuelle Untersuchungen von Beobachtungsdaten zeigen eine Zunahme von CAPE in einigen Regionen der Erde in den letzten Jahren.[2] Simulationen mit Klimamodellen zeigen außerdem, dass in den USA die Tage mit Unwettern und damit auch Tage mit Tornados zunehmen werden. Grundlage für die Rechnungen war ein Anstieg der Treibhausgase nach dem A1B Szenario des IPCC's.[3]

4 Einzelnachweise

  1. Bluestein, H.B. (2007): Advances of physics of fluids to severe weather, Reports on Progress in Physics, 1259-1323
  2. Riemann-Campe K., Fraedrich K. and Lunkeit F. (2008): Global climatology of Convective Available Potential Energy (CAPE) and Convective Inhibition (CIN) in ERA-40 reanalysis, Atmospheric Research, doi:10.1016/j.atmosres.2008.09.037
  3. Trapp R.J., Diffenbaugh N.S. and Gluhovsky A. (2009): Transient response of sever thunderstorms forcing to elevated greenhous gas concentrations. Geophysikal Research Letters, 36, L01703

5 Literatur

  • IPCC 2007: The Physical Science Basis, Chapter 3:Observations: Surfaces and Atmospheric Climate Change; auch als Download

6 Weblinks

7 Lizenzhinweis

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