Technische Universität Dresden

Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften

Institut für Geographie

Wintersemester 2007/08
Oberseminararbeit:
Außertropische Stürme

Vorgelegt am 15.03.2008
Johannes Schulz
LA MS Geo/Ge (7. / 5. Semester)

Inhaltsverzeichnis:

I. Einleitung 2
II. Begrifflichkeiten 3
III. Auswirkungen für Natur und Mensch 5
IV. Lokale Stürme / Gewitter 8
a) Singlecell ­ Storms 10
b) Multicell ­ Storms 13
c) Supercell ­ Storms 16
V . Literaturverzeichnis 21

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I. Einleitung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Naturgewalten, die die Menschen schon seit Urzeiten faszinieren. Eingebettet in das Referat Außertropische Stürme bergen die Gewitter bzw. Thunderstorms einen ergiebigen Fundus an Fragen, die im Folgenden gestellt und beantwortet werden sollen.

Die Einteilung der Arten der Gewitter in Einzellige, Mehrzellige und Superzellen beruht auf der Genese und ist daher logisch nachvollziehbar. Außergewöhnlich viele Unterformen treten bei mehrzelligen Gewittern auf. Aber im Detail auf alle diese einzugehen würde den Rahmen sprengen. Im Grunde ist jedes Gewitter ein Unikat, dem didaktischer Schematismus nicht gerecht werden kann. Deutlich wird das, wenn man Davis´1 Katastrophenbeschreibungen ließt, in denen jede tornadoproduzierende Superzelle die Ursache aus anderen atmosphärische Bedingungen zog.

Gewitter bringen Heil und Unheil zugleich, wenn Sie Regen mit sich führen aber Überschwemmungen, Hagel- und Sturmschäden hinterlassen. Auch der Blitz als Nebenerscheinung hat für die Menschliche Kultur wie für die Biosphäre große Bedeutung. Im tief gläubigen Mittelalter wurden Gewitter von den Menschen im Zusammenhang mit Gott gesehen. Seit den Zeiten der Aufklärung wurden Naturschauspiele nicht mehr als gottgegeben hingenommen. Die Wissenschaft konnte bis zum jetzigen Zeitpunkt komplexe Wirkungsgefüge entschlüsseln wobei noch lange nicht alle Fragen beantwortet sind.

Die nachfolgenden Ausführungen werden mit allgemeinen physikalischen Grundlagen zu Winderscheinungen in das Thema einführen. Vor der Strukturierung in 3 verschiedene Arten von Gewittern erfolgt ein kurzer Einblick in die Wirkungen von Stürmen.

Anders als im Referat, in dem Sachverhalte stark komprimiert werden konnten, muss der Verschriftlichung der eigene Themenkomplex der Zyklonalen Stürme ausgegliedert bleiben.

^{1 DAVIS S. 341-262}

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II. Begrifflichkeiten

In diesem Teil sollen zunächst die Grundlegenden Termini und physikalischen Zusammenhänge, die für das Entstehen von Wind verantwortlich sind, vorgestellt werden.

Wenn man sich dem Thema von der Basis nähert, dann ist Wind lediglich eine messbare horizontale Bewegung von Luftpaketen über der Erdoberfläche. Diese Bewegung spielt sich ausschließlich in der Atmosphäre ab und wird international in m/h angegeben. Knoten, m/s, km/h sind aber ebenso üblich. Die Windgeschwindigkeit kann mithilfe eines Anemometers gemessen werden, das sich 10 Meter über dem Erdboden befindet. Das Schaufelrad des Anemometers dreht sich, weil die Schaufeln einen drehbar gelagerten Widerstand bieten, den die Luftpakete in Bewegung versetzen. Eine moderne Messungsmethode ist das Doppler Radar. Mit diesem können Windgeschwindigkeiten indirekt über die darin befindlichen Wasser und Eisteilchen aus größerer Entfernung gemessen werden. Der Vorteil besteht aus der Entfernung und darin, dass das Messgerät der Naturgewalt nicht unmittelbar ausgesetzt ist. Erst mit diesem Instrument, was die Frequenzverschiebung des Trägersignals erfasst, wurde es möglich, Geschwindigkeiten in Tornados und Hurrikanes genau zu bestimmen.

Neben der Windgeschwindigkeit spricht man auch von der Windstärke. Sie ist ein ehemaliges Hilfsmittel der Seeleute und wurde nach dem 1857 verstorbenen Sir Admiral Francis Beaufort benannt. Auf einer Skala von 0 bis 12 wird der Wind phänomenologisch interpretiert.

Ab einer Stärke von 9 auf der Beaufortskala sprechen wir von Sturm ­ dabei treten auf der See ,,hohe Wellen mit überbrechenden Kämmen"2 auf und an Land brechen Bäume oder werden entwurzelt.3 Die stärkste Ausprägung des Windes, der Orkan charakterisiert die zerstörerische Windgeschwindigkeit von 32,9 m/s und mehr.

Die größten Windgeschwindigkeiten treten im Jet Stream auf und erreichen bis zu 166 m/s. Bei diesem Wert werden die Reibungskräfte an den umliegenden langsameren Luftmassen unermesslich hoch und verursachen dadurch Energieverluste. Der maximale Wert, der theoretisch vorstellbar ist, ist die Schallgeschwindigkeit.

In zweiter Instanz verfolge ich die Frage, wie es zur Entstehung von Wind kommt. Die spezifischen Mechanismen die zu sehr schnellen Winden führen werden in den nächsten

^{22 COSGROVE S. 24
3 Ebd. S. 24}

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Gliederungspunkten vorgestellt. In den grundlegenden physikalischen Ursachen ähneln sich gleichwohl alle Luftmassenbewegungen.

Wind kann nur ,,wehen", wenn zwischen zwei benachbarten Orten in der Atmosphäre ein Luftdruckgradient4 vorliegt. Die Gradientkraft ist die Antriebskraft des Windes. ,,Luft besitzt die Eigenschaften einer Flüssigkeit, und die Natur ist bestrebt, ein Gleichgewicht herzustellen. Folglich wird die Luft danach streben, aus Gebieten mit hohem Druck in Gebiete mit tiefem Druck zu strömen."5 Das geschieht solange, bis der Druckunterschied angeglichen wurde und somit eine Gleichverteilung der Luftmoleküle im Raum erreicht ist.6

Aus mehreren Gründen wird dies hingegen nie eintreten. Zum einen ist die Strömung einfach zu träge, als dass es zu einem raschen Austausch kommen würde und zum anderen erzeugt die Mutter allen Lebens, die Sonne, die maßgeblich an der Entstehung der Druckgebilde beteiligt ist, thermische Diskontinuitäten auf der Erde7. Temperaturunterschiede im kleinen und großen Rahmen sind für die heterogene Verteilung der Luftteilchen verantwortlich. Da die Gase einen sehr starken Volumenausdehnungskoeffizienten haben, verringert sich infolge von Erwärmung die innere Dichte und damit das Gewicht je Volumeneinheit. Das Luftpaket hebt förmlich ab8, so dass das Massendefizit am Boden einen zentriert gerichteten Luftstrom erzeugt.9

Wenn man das Geschehen aus globaler Perspektive betrachten möchte, wird es komplexer. In der Höhe wird der direkte Ausgleich zwischen subpolarem Hochdruck und subtropischem Tiefdruck stark nach rechts10 gekrümmt. Daraus resultiert ein breitenkreisparalleler [...]

^{4 Dieser wird auf der Karte mithilfe von Isobaren sichtbar gemacht. Je dichter die Isobaren beieinander liegen, desto größer der Gradient und die Beschleunigung.
5 COSGROVE S. 18
6 Gase streben nach dem 2. HS der Thermodynamik eine maximale Entropie an.
7 KOLOBKOV S. 47
8 Das geschieh bei Erreichen einer kritischen Temperaturdifferenz, die von der Umgebungstemperatur, der Größe und Feuchte der Luftmasse abhängig ist.
9 Über vertikale Kopplungseffekte sind horizontale und vertikale Ausgleichsströmung miteinander verbunden. Einem Tief am Boden steht immer eine divergente Strömung in der Höhe bei. Analog zu den Tiefdruckgebieten muss es Gebiete geben, in denen die Luft wieder absinkt bzw. in die die ehemals divergierende Luft hineinströmt.
10 bzw. links auf der Südhalbkugel. Wenn äquatornahe Luftmassen in Richtung Norden strömen, werden Sie nach einer gewissen Strecke auf nordöstliche bzw. östliche Richtung drehen. Je schneller Sie sich bewegen, desto stärker ist die Ablenkung (die Geschwindigkeit geht quadratisch ein). Die Kreisgeschwindigkeit am Äquator ist um ein vielfaches höher, als z.B. in den gemäßigten Breiten. So legt die äquatornahe Luftmasse, wenn sie mit der Erde rotiert in 24 h ca. 40000 km ,,nach rechts herum" zurück ­ in den gemäßigten Breiten bewegt sich die Erdoberfläche aber nur noch ca. 18000 km in der selben Zeit zurück. Die Südluft verlangsamt ihre Kreisgeschwindigkeit aber nicht analog zur jeweiligen Breitenkreisgeschwindigkeit, sondern ist aufgrund der Trägheit der Masse solange höher, bis durch die Bodenreibung der Überschuss an kinetischer Energie aufgezehrt wurde. Die Rotation der Erde ist also verantwortlich dafür, dass kein direkter Luftmassenaustausch über große Entfernungen erfolgen kann.}

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