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Informationen rund um das Thema Gewitter

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I. Allgemeines über den Tornado
Beispiele von verschiedenen Tornados

Als Tornado bezeichnet man einen kleinräumigen Wirbelsturm, dessen Durchmesser nur wenige Zehner- oder Hektometer beträgt - im Extremfall können sie jedoch eine Breite von bis zu einem Kilometer oder mehr erreichen. Am häufigsten entstehen Tornados im Mittleren Westen der USA, in der sogenannten "Tornado Alley", welches unter anderem die Staaten Texas, Oklahoma, Kansas und Nebraska beinhaltet. Dort treten sie vor allem im Frühling und im Frühsommer auf, gekoppelt mit einem weiteren Hotspot entlang des Ohio River Valleys (Indiana, Kentucky, Ohio, Illinois,...). In den Sommermonaten verschiebt sich dann die aktive Risikoregion in Richtung Nordstaaten (Great Lakes Staaten, North Dakota, South Dakota) und schon in den Wintermonaten wieder in Richtung Süden, wobei dann die Golfstaaten am ehesten betroffen sein können.

Tornados entstehen im Zusammenhang mit Cumulonimbuswolken und zwar bevorzugt an Kaltfronten, an denen
- um beim Beispiel der USA zu bleiben - trockenkalte Luft von den Rocky Mountains mit feuchtwarmer Luft aus dem Golf von Mexiko zusammenstößt. Dabei entstehen auf engstem Raum außerordentlich hohe Temperatur-, Feuchte- und Windgegensätze.

Gekennzeichnet sind Tornados durch einen extremen Luftdruckfall mit Werten von 50 - 100 hPa und durch entsprechend hohe Windgeschwindigkeiten, die mehrere hundert Kilometer pro Stunde erreichen können - dabei erfolgt die Einteilung der Windgeschwindigkeiten in der Fujita-Skala:
1. Die Fujita-Skala
F - StufeKurzbeschreibungWindgeschwindigkeit in km/hAuswirkung
F0Sturmartiger Tornado64 - 116 km/hEingestürzte Schornsteine, abgebrochene Äste, entwurzelte Büsche, beschädigte Verkehrsschilder.
F1Gemäßigter Tornado117 - 180 km/hDachziegel fallen herunter, fahrende Wagen werden von der Fahrbahn gedrängt, Wohnwagen werden aus der Verankerung gerissen oder umgestürzt. Garagen können zerstört werden.
F2Bedeutender Tornado181 - 253 km/hErhebliche Verwüstung, abgedeckte Dächer von Häusern, Zerstörung von Wohnwagen, Güterwaggons kippen um, große Bäume knicken um oder werden entwurzelt, leichte Gegenstände fliegen wie Geschosse durch die Gegend.
F3Schwerer Tornado254 - 332 km/hDächer und Wände stabiler Häuser stürzen ein, Züge stürzen um, in den Wäldern werden Bäume entwurzelt.
F4Verheerender Tornado333 - 418 km/hTotale Zerstörung stabiler Häuser, Autos werden durch die Luft gewirbelt, schwere Gegenstände fliegen wie Geschosse umher.
F5Katastrophaler Tornado419 - 512 km/hHäuser werden davon getragen, Fahrzeuge fliegen bis zu hundert Meter durch die Luft, Stahlbeton wird schwer beschädigt.
Beispiele von verschiedenen Tornados:
Beispiele von verschiedenen Tornados

Ihr sichtbares und allgemein als "Markenzeichen" bekanntes Zeichen ist ein "Rüssel", der mit Wassertropfen als Folge der Kondensationsvorgänge bei starkem Druckfall und mit aufgewirbeltem Staub erfüllt ist und sich von der Mesozyklone (rotierender Aufwindbereich im Gewitteraufwindabschnitt) in Richtung Erdboden erstreckt. Häufig sind die Trichter in den unteren Bereichen allerdings auch nicht auskondensiert. In seinem Bereich treten extrem hohe Vertikal- und Rotationsgeschwindigkeiten auf, dabei hinterlässt ein veritabler Tornado eine Schneise der Verwüstung zurück, wie die oben stehende Tabelle erläutert. In Bezug auf die abgebildeten Tornadoaufnahmen möchte ich noch darauf hinweisen, dass der auskondensierte Trichter im allgemeinen nicht für die Klassifizierung eines Tornados nach den Eigenschaften von Fujita herangezogen wird; hierfür sind die zurückbleibenden Schäden zuständig, anhand derer eine Bestimmung der Windgeschwindigkeit im nachhinein möglich ist.
2. Tornados und Funnelsichtungen in Europa
Auch in Europa treten vergleichsweise häufig Tornados auf, wobei diese oft verniedlichend als Tromben, Windhosen oder sogar komplett fälschlicherweise als "Mini-Tornados" bezeichnet werden und somit allgemein die Auffassung kreiert wird, diese Tornados würden in Entstehungs- und Wirkungsweise denen der Vereinigten Staaten nicht gleichen, beziehungsweise wesentlich harmloser sein. Vor allem die deutschsprachigen Medien haben hier ein außerordentlich großes und frustrierendes Definitionsproblem. Doch dies ist nicht der Fall, die Entstehungsweise ist identisch und ebenso riskant wie in den USA, nur treten sie aufgrund unserer klimatischen und insbesondere topographischen Verhältnisse eher seltener auf. Das ist zumindest der Fall, wenn man die Staaten der sogenannten "Tornado-Alley" zum Vergleich heranzieht. Würde man eine Hitliste der Staaten der USA mit den meisten Tornados aufstellen, so ist Deutschland durchaus im Umfeld des zehnten Platzes anzutreffen, was wiederum deutlich macht, dass wir durchaus ein Land mit zahlreichen Tornadoerscheinungen sind. Hier gilt es hinzuzufügen, dass es auch in Mitteleuropa schon Fälle des gefürchteten F5-Tornados gab. Durch Berge, Wälder, Niederschläge und Städte wird oft die Beobachtung oder das Verfolgen von Gewitterstürmen erschwert, so dass zudem sehr viele Tornados nicht entdeckt werden können. Auch das Bewusstsein für dieses gefährliche Phänomen fehlt in vielen Teilen Europas, der Pforzheimer Tornado 1968 wäre nur eines von zahlreichen Beispielen zerstörerischer Tornados, ein anderes wäre ein Tornado, der in den 70ern im Schweizer Jura eine kilometerlange Schneise der Verwüstung hinterließ. Doch seit dem Jahr 2003 wird auch in den Medien vermehrt über Tornados in Deutschland berichtet, zudem wurden durch das erweiterte Bewusstsein, dass gefährliche Unwetter auch bei uns auftreten können, immer mehr Unwetterereignisse aufgedeckt und vor allem im Jahr 2003 und 2004 erstmals mehrere Tornados gefilmt - dieser Trend wird sich wohl fortsetzen, doch sollte er nicht sofort in Richtung einer Zunahme von Unwetterereignissen fehlinterpretiert werden. Dieses Thema ist zu komplex, um es hier unformal durchzudiskutieren.
3. Anwendung des Doppler Radars auf der Suche nach Rotation
Doch wie erkennt man einen Tornado nicht nur visuell sondern auch auf dem "Doppler Radar" ?

Eine Antwort darauf soll dieses Beispiel vom 11.11.2012 liefern:

Zunächst erkennt man auf dem Radarbild, entnommen vom "Storm Prediction Center" der USA eine große, intensive Gewitterzelle, welche auf dem rechten Bild aus geringerer Distanz betrachtet wird - dabei wird die Intensität des Niederschlags durch die Farbe repräsentiert - rot bedeutet somit "extremer Niederschlag":
Anhand des Doppler Radars können hier auch die Windgeschwindigkeiten und die Windrichtungen bestimmt werden, was wie folgt aussieht:
Bei der Betrachtung des Doppler Radarbilds fällt auf, dass der Wind sich einerseits von O nach W bewegt (grün/blau mit bis zu 70 Knoten, was weit über Windstärke 12 Bft (+ 118 km/h) entspricht. Im direkten Umkreis bewegt sich der Wind jedoch auch in eine W-O-Richtung, ebenfalls mit hohen Windgeschwindigkeiten von 52 Knoten, was wiederum ca. 100 km/h entspricht. Dies sind somit eindeutige Zeichen der Rotation, was in dieser Intensität auf eine Mesozyklone, aber nicht zwingend auf einen Tornado deutet. Auf dem Radar selbst ist die Kennzeichnung der registrierten Winde mit "away" und "towards" gekennzeichnet - anfangs ist die Bestimmung von rotierenden Windfeldern recht verwirrend, doch im Laufe der Zeit und nach Betrachten verschiedener Ereignisse, lässt sich eine Mesozyklone schon anhand der eigenen Fähigkeiten bestimmen - Vorsicht bei Faltungen und lokalen Konvergenzen, die ebenfalls zu Verwechslungen führen können. Das folgende Beispiel stammt vom Doppler-Radar der ETH-Zürich, das in diesem Fall eine schwache Mesozyklone im Raum Laufenburg (Hochrhein, LK Waldshut-Tiengen) zeigt:
Die gelbe Signatur bedeutet, dass sich die Winde vom Radar weg bewegen, während blau bedeutet, dass sich die Winde in Richtung des Radars bewegen. Da es sich hier um eine sehr kleine Mesozyklone handelt - wobei die Winddaten gemittelte Parameter darstellen - ist dies ein Beispiel dafür, wie knifflig das Finden eines solchen Falls ist. Dass es hier auch zu einem Tornado kam, ist ein weiteres Indiz dafür, dass auch die kleinsten Anzeichen rotierender Windfelder genau beachtet werden müssen.
4. Fair-Weather Vortices, Cold-Air Funnels
Manchmal werden kurzlebige Wirbel unter "Schönwetter Wolken" (Cu hum) beobachtet (sog. "horse-shoe vortices"). Ich kenne sie nur von Bildern aus den USA und trotz viel eigener Beobachtung, habe ich bis jetzt weder solch einen Wirbel gesehen, noch davon gehört. Er scheint hier also sehr selten zu sein. Es fällt jedoch auf, dass fast alle Quellwolken ziemlich turbulent sind und vor allem an den Rändern deutlich sichtbare Rotation vorhanden ist. Bei kräftigem Wind scheint diese Turbulenz besser ausgeprägt zu sein. Zusammen mit starker Thermik (kommt hier bei kräftigem Wind seltener vor als z.B. in den USA) ist also am Rand der Wolke deutliche Vorticity vorhanden, dazu ein gesunder Aufwind... vielleicht wird diese Vorticity durch die Turbulenz irgendwie in den Aufwind gebracht, wo sie gestreckt wird und ein kleiner Wirbel entsteht ...

Cold-Air Funnels wurden noch nicht näher erforscht ... ich bezweifle, dass der "cold pool" in der Höhe direkt mit diesen Wirbeln in Zusammenhang steht, aber wer weiß ...
5. Staubteufel (Dust Devils)
Bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer heizt sich der Boden stark auf und die Grundschicht wird thermisch durchmischt. Anders als über einheitlich temperiertem Wasser, konzentrieren sich die stärksten Aufwinde auf die am stärksten erwärmten Gebiete. Bei flacher Konvektion innerhalb der Grundschicht scheinen die aufsteigenden Luftelemente "langgezogenen Donuts" zu ähneln, die sich wie ein Rauchring drehen - in der Mitte des Donuts ist die größte Aufwindgeschwindigkeit anzutreffen. Dabei wird die aufsteigende Luft durch bodennah nachströmende, kühlere Luft aus der Umgebung ersetzt. Diese Luft wird rasch aufgeheizt bis sie wieder aufsteigt. Das "Ablösen" der aufsteigenden Luftelemente kann sehr rasch erfolgen (einige Meter pro Sekunde). Befindet sich nun etwas vertikale Vorticity in der Umgebung eines solchen aufsteigenden Donuts - offensichtlich kommt diese durch die Asymetrie des Terrains zu Stande - wird sie rasch konzentriert und ein intensiver Wirbel entsteht. Im Sommer bei Sonnenschein sind diese Wirbel ein alltägliches Phänomen, von dem - abgesehen für Leichtflugzeuge - bei uns wohl kaum eine nennenswerte Gefahr ausgeht.
6. Weiterführende Links

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