Tornados und tropische Wirbelstürme im Vergleich

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Klassifizierung von Tornados
2.1 Entstehungskriterien und Entwicklung von Tornados
2.2 Schäden durch Tornados
2.3 Auswirkungen der Klimaveränderungen auf die Tornadoaktivität

3 Klassifizierung tropischer Wirbelstürme
3.1 Entstehungskriterien für tropische Wirbelstürme
3.2 Aufbau tropischer Wirbelstürme
3.3 Entwicklung eines tropischen Wirbelsturmes
3.4 Zugbahnen von Hurrikans
3.5 Folgeschäden durch tropische Wirbelstürme
3.6 Einfluss der globalen Erwärmung und Klimaanomalien auf tropische Zyklone

4 Fazit: Tropische Wirbelstürme und Tornados im Vergleich

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Ziel dieser Arbeit ist die vergleichende Darstellung von Tornados und tropischen Wirbelstür- men, zweier extremer Wetterphänomene, deren es, aufgrund der jüngeren Schadensvorkom- men und Prognosen, welche eine Mehrung der Wetterextrema im Zuge der Klimaerwärmung vorhersagen, an verstärkter Aufmerksamkeit und Forschungsintensität bedarf. Der erste Teil der Hausarbeit beschäftigt sich mit dem Wetterphänomen der Tornados. Zuerst wird eine grobe Einordnung von Tornados vorgenommen. Zur Entstehung dieses Wetterext- rems sind bestimmte meteorologische und topographische Vorraussetzungen notwendig, an- hand derer dann eine Darstellung zur Tornado-Entstehung im mittleren Westen der USA er- folgt. Diese beschränkt sich auf wesentliche Vorgänge, da auf dem Gebiet der Tornadofor- schung noch große Unsicherheit in der Fachwelt herrscht. Im Anschluss werden die durch Tornados auftretenden Schäden erläutert und die Frage, ob es einen Zusammenhang von Tor- nadoaktivität und ‚global warming’ gibt, geklärt.

Im zweiten Teil der Arbeit wird ähnlich wie zuvor bei den Tornados aber etwas ausführlicher eine Klassifizierung von tropischen Wirbelstürmen, ihren Entstehungskriterien, ihrer Ent- wicklung und möglichen Zugbahnen, sowie Schadensvorkommen vorgenommen. Ferner wird geklärt, ob der Einfluss von ‚global warming’ und Klimaanomalien sich in dem statistischen Auftreten tropischer Wirbelstürme wiederspiegelt. Im abschließenden Fazit werden Tornados und tropische Wirbelstürme anhand der zuvor gewonnenen Erkenntnisse im Vergleich gegen- über gestellt.

2 Klassifizierung von Tornados

Tornados entstehen in der Regel in Kombination mit Superzellen. Ist dies nicht der Fall, so spricht man von Blindtromben oder Wolkentrichtern (funnel cloud). Die deutschen Bezeich- nungen sind Windhose und Wasserhose (water spout) für über Land oder See entstehende schlauchförmige Wirbel (Klose 2008:319). Tornados sind in ihrer Entstehung und Größe ab- zugrenzen von Sand- oder Staubtromben (Ebel/Kraus 2003:103). Tornados werden in der 1973 von Fujita veröffentlichten F-Skala von F0 (schwach:64-117kmh) bis F6 (unvorstellbar >512kmh) nach ihrer maximalen Windstärke, den beobachtbaren Schäden, ihrem äußerem Erscheinungsbild, sowie weiteren, hier nicht weiter ausgeführten Merkmalen, eingestuft (Fujita 1973 zit. in Klose 2008:321-322).

Laut Definition des Glossary of Meteorology der American Society (2000) kann man „alle Wirbel, die sich aus konvektiven Wolken nach unten entwickeln und den Erdboden erreichen, Tornado nennen.“(zit. in Ebel/Kraus 2003:103) Es handelt sich dabei um im Durchmesser 10 bis maximal 1000m große relativ kurzlebige, vertikal stehende Windwirbel, die in der Regel aus einer rotierenden, langlebigen Wolke, einer Superzelle zum Boden herauswachsen. Tor- nados rotieren mit 100 bis 150 m/s und weisen in ihrem elefanten- oder trichterartigen Rüssel einen ‚updraft’ mit Geschwindigkeiten von bis zu 250kmh in Bodennähe auf. Die mit der Zugbewegung der Superzelle gekoppelte Geschwindigkeit liegt bei 50 bis 120kmh. 95 % der Tornados drehen sich zyklonal, da die mesoskaligen Systeme, aus denen sie meistens hervor- gehen unter Corioliseinfluss stehen. Das Relief spielt beim Auftreten von Tornados keine unmittelbare Rolle. Allerdings kann die Orographie auf Makroebene die Mischung von tro- ckenkalter und feuchtwarmer Luft verhindern und somit die Wahrscheinlichkeit von Tor- nadoaktivität herabsetzen (Klose 2008: 317-319).

2.1 Entstehungskriterien und Entwicklung von Tornados

In Nordamerika entstehen Tornados i.d.R. aus Superzellen-Gewittern. Aufgrund der Orogra- phie, der sich dort befindenden Gebirge von Nord nach Süd verlaufend, können kalte, trocke- ne Luftmassen aus dem Norden mit feuchten, wärmeren Luftmassen aus dem Golf von Mexi- ko aufeinander treffen. In Europa erstrecken sich die großen Gebirge eher von West nach Ost und bilden somit eine natürliche Barriere für meridionale Luftströmungen. Daher ist eine sehr starke vertikale Windscherung, sowie eine instabile und feuchte Warmluftadvektion mit Zu- strom von kälterer Höhenluft des Atlantiks notwendig, damit sich Tornados bilden können (Klose 2008:319). Diese Arbeit beschränkt sich im Folgenden lediglich auf die Entstehung von Tornados in Zusammenhang mit Kaltfrontgewittern wie sie häufig in den USA auftretent.

Dabei entstehen durch Mischung von kalttrockener mit feuchtwarmer Luft auf sehr kleinem Raum starke Temperatur- und Feuchtegegensätze (Malberg 2007:158). Durch die schräge Überströmung von trockenkalter Höhenluft aus Nordwesten, mit unter intensiver Temperatur- und Feuchteadvektion stehender feuchtwarmer Luft aus Südosten, erfolgt eine starke Labili- sierung (Häckel 2005:270, Klose 2008:319), sodass an einer Gewitterwolke mit besonders starker Labilität plötzlich starke wirbelnde Vertikalbewegungen der Luftmassen vom Boden zur Gewitterwolke auftreten. Es kommt zu einem Druckabfall am Boden, sodass von allen Seiten Luft nachfließen muss (Hupfer/Kuttler 2005:221f.). Die maßgeblich auftretenden Kräf- te bestehen aus der Druckgradientkraft und der Zentrifugalkraft, welche zum Tornadokern und mit der Höhe zunimmt, während die Reibungskraft nur am Boden entscheidenden Ein- fluss hat. Die Druckgradientkraft ist in den Wirbel hinein gerichtet und befindet sich im Aus- gleich mit der nach außen gerichteten Zentrifugalkraft. Die Coriolis Kraft kann aufgrund des sehr kleinräumig auftretenden Windsystems vernachlässigt werden, wenn gleich sie bei der Entstehung der Zyklone a priori durchaus eine Rolle spielt.

Da die höhere Reibungskraft in Bodennähe die Zentrifugalkraft verkleinert, wird eine stärkere Konvergenz erzeugt, sodass die Windkomponente in das Zentrum des Wirbels hineingezogen wird (Ebel/Kraus 2003:108). Je weiter man sich ins Zentrum des Wirbels begibt, desto stärker wirkt die Zentrifugalkraft, aufgrund des geringeren Radius. Mit Höhenzunahme überwiegt die nach außen gerichtete Zentrifugalkomponente dann deutlich den Reibungseffekt, sodass der Wirbel sich nach außen abschließt und der Saugeffekt am Boden verstärkt wird. Die Zentrifu- galkräfte verschärfen den Druckabfall im Tornadokern (Hupfer/Kuttler 2005:223). Durch den niedrigen Druck kühlt sich die Luft, aufgrund der adiabatischen Expansion sehr stark ab und es kommt zur Kondensation. Die kondensierten Wasserdampfmoleküle mischen sich mit den aufgewirbelten Staub- und Trümmerteilchen, sodass die Tornadoröhre sichtbar wird (E- bel/Kraus 2003:108).

Die Wirbelstärke eines Tornados ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Superzelle (Ebel/Kraus 2003:103). Abschließend ist anzumerken das die zur Entstehung eines Tornados führenden Prozesse äußerst komplex sind und die Wissenschaft selbst keine letzte Klarheit darüber besitzt, sodass diese Arbeit sich auf die wesentlichen Erkenntnisse stützt (vgl.Ebel/Kraus 2003:103).

2.2 Schäden durch Tornados

Das Phänomen von regelrecht explodierenden Gebäuden entsteht durch den in Gebäuden ent- stehenden Überdruck beim Überzug eines Tornados. Der Druckgradient zwischen hohem Druck im Gebäude und tiefen Druck des Tornadorüssels ist manchmal so stark das die Ge bäude gesprengt werden. Bei einer Betragsänderung des Luftdruckes um 100mbar würde das an einer 100 m² großen flachen Dachfläche, also eine mit 100 t zehrenden Masse ausmachen (Häckel 2005:270). Laut neueren Forschungserkenntnissen verursacht der Unterdruck im Tornadokern weitaus weniger Schäden als zunächst angenommen (Marshall 1993 zit. in E- bel/Kraus 2003:138). Die größten Schäden entstehen durch den starken Winddruck der zum Quadrat mit der Windstärke und der kinetischen Energie zunimmt. Ferner entstehen durch umgeschmissene und durch die Luft gewirbelte, sowie miteinander kollidierende Gegenstände Beschädigungen. Das typische Schadensbild ist eine je nach Größe und Bestehensdauer des Tornados wenige Meter bis 3km breite und bis zu 50 km lange Schneise der Verwüstung (E- bel/Kraus 2003:138).

Laut einer Studie von Brooks und Doswell III (2001:168-176) der Tornadoschäden zwischen 1890-1999 zur Folge, verursachten Tornados im Mittel mindestens 20 Menschenopfer und/ oder Sachschäden von mindestens 50 Millionen US-$. Die Zahlen sind um Inflation und Wohlstandsmehrung auf einen Wert von 1997 normiert. Die absolut gestiegenen ökonomi- schen Schäden sind auf Bevölkerungswachstum und Wohlstandsmehrung zurückzuführen und nicht auf den Klimawandel (Ebel/Kraus 2003:139). Der größte normierte Schaden eines Tor- nados betrug 3 Mrd. US-$ (Wert 1997) bei einem Tornado in St.Louis 1896 (Ebel/Kraus 2003:140). Jährlich entstehen im Durchschnitt Schäden von 500 Mio US-$ durch Tornados in den USA (Brooks/Doswell III 2001:168-176).

2.3 Auswirkungen der Klimaveränderungen auf die Tornadoaktivität

Zuletzt gab es in der Periode von 1950-1970 einen Höhepunkt von Tornadoaktivität, während z.B. das Tornadoaufkommen der Stärken F3-F5 seit 2000 tiefer ist als noch 1950. Die nach Davies-Jones et al. (2001) (zit. in Ebel/Kraus 2003:137) in den letzten 50 Jahren erhöhte An- zahl an registrierten Tornados ist auf eine höhere Bevölkerungszahl, der dem Tornadophäno- men gestiegenen Aufmerksamkeit und genaueren Überwachungsmethoden zurückzuführen. Sie konnte bisher nicht direkt mit dem Klimawandel in Zusammenhang gebracht werden (E- bel/Kraus 2003:137, Mogil 2007:116-117). Einige Forschungsansätze prognostizieren für die Zukunft ein vermehrtes Auftreten von lokalen Unwettern, aufgrund der Klimaerwärmung. Damit könnte theoretisch auch die Tornadoaktivität steigen. Allerdings ist das eine sehr wage Hypothese, da vor allem die Windverhältnisse ausschlaggebend für die Tornadobildung sind. Inwiefern die durch El Nino/Nina veränderte Großwetterlage über dem Pazifik die Tornado- bildung beeinflusst ist noch weitestgehend ungeklärt (Sävert 2009: Zur Klimatologie der Tor- nados. Abs. G).

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