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Tornados und Hurrikane Rotierende Superkräfte aus der Luft

Sie wirbeln übers Land oder übers Wasser und zerstören, was ihren Weg kreuzt: Tornados und Hurrikane. Beide sind Wirbelstürme, beide können eine Schneise der Verwüstung hinterlassen, aber beide entstehen auf sehr unterschiedliche Art und Weise.

Stand: 20.09.2017

Während Tornados sich vor allem in Nordamerika über dem Land bilden und örtlich begrenzt auftreten, entstehen Hurrikane über dem Meer. Tropische Wirbelstürme sind danach benannt, an welchem Ort über dem Meer sie sich entwickeln: Während sich der Taifun im nordwestlichen Teil des Pazifiks vor den Küsten Ost- und Südostasiens bildet, entwickelt sich ein Zyklon im Indischen Ozean. Hurrikan wird dagegen ein Wirbelsturm vor der amerikanischen Küste genannt, der im Nordatlantik oder nordöstlichen Pazifik seinen Ursprung hat. Die Hurrikan-Saison im Atlantik beginnt im Regelfall Anfang Juni und dauert bis Ende November.

Extreme Hurrikan-Saison 2017

2017 weist zahlreiche sehr starke Hurrikane auf, wie "Harvey", "Irma" und "Maria". Wirbelsturm "Irma" in der Karibik zählt mit Windgeschwindigkeiten von knapp 300 Kilometern pro Stunde bereits zu den Hurrikanen mit den größten Windstärken, die je in dieser Region gemessen wurden. Und auch "Irma" reiht sich in diese Serie ein: Am 20. September 2017 wurden Spitzenböen mit 330 Kilometern pro Stunde gemessen. (Stand: 20.09.2017)

Hurrikane: Die Wasserwirbler

Voraussetzungen dafür, dass sich ein tropischer Wirbelsturm bilden kann, ist eine sehr hohe Temperatur der Meeresoberfläche von mindestens 26° Celsius und eine ausreichend große zusammenhängende Wasserfläche, aus der er seine Energie beziehen kann. Eine dritte Voraussetzung ist die Corioliskraft, die aus der Erddrehung resultiert und auf die Windströmung einwirkt. Auf der Nordhalbkugel werden Winde nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Luftmassen verwirbeln sich und Wirbelstürme können sich bilden.

Tropische Wirbelstürme

Luftströme

Tropische Wirbelstürme entstehen auf dem Meer. Voraussetzung ist eine Wassertemperatur von mindestens 26 Grad Celsius. Wenn dann große Mengen an Wasser verdunsten und die warme Luft nach oben steigt, kann ein Tiefdruckgebiet entstehen. Durch die Drehbewegung der Erde kreisen schließlich nachströmende Luftmassen schnell um dieses Gebiet. Es entsteht ein Wirbelsturm, der sich immer weiter verstärkt. Erst an Land, wenn kein neues Wasser verdunsten kann, verliert er schnell an Kraft.

Verschiebung

Tropische Wirbelstürme entfernen sich immer weiter vom Äquator - das ist das Fazit einer Studie, die Forscher um James Kossin von der US-Behörde für Wetter und Ozeanografie (NOAA) im Mai 2014 in "Nature" veröffentlicht haben. Demnach haben sich die Wirbelstürme in den vergangenen 30 Jahren jedes Jahrzehnt um mehr als 50 Kilometer in Richtung Pole bewegt: Auf der Nordhalbkugel wanderten die Stürme im Schnitt über 50 Kilometer Richtung Nordpol, auf der Südhalkugel über 60 Kilometer gen Südpol. Dabei sei der Trend im Pazifik und im südlichen Indischen Ozean besonders deutlich.
Die Konsequenz: Viele Regionen, die bisher weitgehend von Wirbelstürmen verschont geblieben sind, werden künftig häufiger betroffen sein.
Die Gründe für die Verschiebung seien vielfältig, so die Forscher. Einen entscheidenden Einfluss auf die Wirbelstürme hätten spezielle Winde, die für einen Druckausgleich zwischen Luftschichten unterschiedlicher Höhe sorgen können - hoher Druckunterschied erhöht das Risiko tropischer Wirbelstürme. Die Auswertung von Messreihen ergab, dass diese Winde in den vergangenen Jahrzehnten entlang des Äquators zunahmen. An den Rändern der tropischen Klimazone nahmen sie hingegen ab.

Bezeichnung

Welchen Namen ein Wirbelsturm letztlich hat, kommt auf die Region an, in der sich der Sturm bildet. Im Atlantik und Nordpazifik heißt er "Hurrikan", in Asien "Taifun". "Zyklon" ist der gängige Begriff für einen Sturm, der sich im Indischen Ozean bildet. Der Oberbegriff "tropischer Wirbelsturm" geht darauf zurück, dass alle diese Stürme in bestimmten Breitenlagen und im Meer entstehen. Nicht zu verwechseln sind sie mit "Tornados", die sich normalerweise an Land bilden - in Ausnahmen aber auch über dem Meer.

Kennzeichen

Bei einem tropischen Wirbelsturm bilden sich in den größeren Höhen durch die abgekühlte Luft große Gewitter. In seiner Mitte, dem "Auge", herrscht annähernd Windstille. Der Durchmesser von Zyklonen und Hurrikans kann mehrere hundert Kilometer erreichen. Wenn ein Zyklon auf Land trifft, bringt er Windgeschwindigkeiten von mehreren hundert Stundenkilometern mit, Sturmfluten und heftige Niederschläge.

Zerstörungskraft der Hurrikane

Allen Wirbelstürmen gemeinsam ist ihre extreme Zerstörungskraft: Sie rasen mit Windgeschwindigkeiten von 120 bis zu 300 Kilometern pro Stunde über das Wasser, nehmen dabei immense Wassermengen auf und schieben oft eine meterhohe Flutwelle vor sich her.

Um die Stärke eines Hurrikans zu bestimmen, müssen wagemutige Piloten mit speziellen, mit Messgeräten bestückten Flugzeugen in das Auge des Sturms hineinfliegen. Um das windstille Zentrum herum sind die Windgeschwindigkeiten am höchsten. Es ist ein äußerst gefährliches und auch teures Unterfangen: Diese Maschinen kosten in der Anschaffung pro Stück 100 Millionen Dollar.

Weibliche Stürme gelten als ungefährlicher – ein Fehler!

Hurrikan Sandy (2012)

Sandy, Katrina oder Arthur und Cristobal - seit den 1970er-Jahren erhalten Hurrikane abwechselnd einen weiblichen oder männlichen Namen. Doch ob ein Hurrikan einen Männer- oder Frauennamen trägt, ist laut einer im Juni 2014 veröffentlichten Studie der Universität von Illinois nicht egal. Die Forscher hatten Hurrikane zwischen 1950 und 2012 untersucht und festgestellt, dass Stürme mit Frauennamen mehr Todesopfer forderten als ähnlich starke Stürme mit männlichen Namen. In einem Test mit 1.000 Teilnehmern stellten sie fest, dass alle Befragten Hurrikane mit Frauennamen als weniger gefährlich, sozusagen als "sanfter", einschätzten und deshalb auch entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eher ignorieren würden – nur weil der weibliche Name des Wirbelsturms weniger Gefahr suggerierte. Die Forscher betonten, dass es deshalb wohl besser wäre, das System der Namensgebung zu ändern.

Hurrikane im Labor beobachtet

Wetterphänomene wie Hurrikane lassen sich im Labor simulieren: Die Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science in Miami hat eine Simulationsanlage entwickelt, mit der Hurrikane bis zur höchsten Kategorie fünf im Labor "nachgestellt" werden können. Das Labor besteht aus einem Wassertank und einem Ventilator, der für die entsprechende Windstärke sorgt und das Wasser in Schwung bringt.

Wirbelstürme im Labor simulieren: Wassertank von oben im Hurricane Lab in Miami, Florida

Die Ozean- und Atmosphärenforscher wollen speziell die Wechselwirkung der Luft mit der Wasseroberfläche untersuchen, denn noch immer ist nicht ganz verstanden, warum manche Tiefdruckgebiete sich zu Wirbelstürmen und dann zu Hurrikanen entwickeln, während andere sich wieder abschwächen. Dies wiederum erschwert die Vorhersagen.

Tornados: Windhose über Festland

Auf ganz andere Weise als Hurrikane bilden sich dagegen Tornados, von denen es nach Angaben der US-amerikanischen Nationalen Ozean- und Atmosphärenbehörde (NOAA) jährlich rund 1.200 in den USA gibt. Allerdings: Entstehen können diese Wirbelstürme auch in anderen Ländern, so auch in Deutschland.

Tornados - Hurrikane

Tornados werden auch "Windhosen" oder "Großtromben" genannt. Sie sind kleinräumiger als Hurrikane. Sind Tornados meist weniger als einen Kilometer breit, sind tropische Wirbelstürme wie die Hurrikane oft 500 Kilometer und größer. Dafür sind die stärksten Tornados oft zerstörerischer als tropische Wirbelstürme, denn sie können bis zu 450 Kilometer pro Stunde erreichen.

Wie Tornados entstehen

Das Erkennungszeichen dieser Wirbelstürme ist ein "Rüssel", der aus den Wolken Richtung Boden wächst und aus rotierender Luft besteht. Wichtige Zutaten für den Wirbelsturm über Land sind: extrem feuchte Luft, die aufsteigt, starke Temperaturunterschiede, die starke Druckunterschiede erzeugen und große Gewitterwolken sowie wechselnde Windrichtungen in den Höhenlagen.

"Tornado Alley"

Vorhersagen kann man Tornados nicht langfristig, weil sie sich zu schnell bilden. Meteorologen wissen aber, wo wann normalerweise "Tornado-Saison" ist. Im Frühjahr ist zum Beispiel der mittlere Westen in den USA, auch "Tornado Alley" genannt, besonders häufig betroffen.

Tornados entlang von Kaltfronten

25. März 2015: Tornado in Sand Springs, Oklahoma, USA

Kräftige Tornados bilden sich vor allem entlang von Kaltfronten. Bei den Tornados, die im mittleren Westen der USA entstehen, fließt zum Beispiel polare Kaltluft von Kanada nach Süden und trifft auf feucht-heiße subtropische Luft, die vom Golf von Mexiko kommt. Dort bilden sich dann gewaltige Gewitterwolken, in denen die unterschiedlichen Luftmassen aufeinander treffen. Dabei wird die warme Luft angesaugt und schießt mit einer Geschwindigkeit von über 100 Kilometern pro Stunde in der Wolke nach oben. Dadurch explodiert die Gewitterwolke innerhalb weniger Minuten und steigt bis in eine Höhe von 15 bis 16 Kilometern.

Windscherung, Mesozyklone und Superzelle

Zugleich muss eine vertikale und horizontale Windscherung vorherrschen. Das bedeutet: Die Windgeschwindigkeit nimmt mit der Höhe zu und der Wind weht aus unterschiedlichen Richtungen. Dadurch bilden sich um die Wolke Wirbel, die mit den warmen Aufwinden in die Wolken hineingesaugt werden, was zu einer eigenständigen Rotation im innersten Aufwindbereich der Gewitterwolke, der sogenannten Mesozyklone führt. Hält diese Mesozyklone länger als 30 Minuten, spricht man von einer Superzelle.

Trockene Fallwinde

März 2015: Tornado über Oklahoma

Die warme Luft, die auf einer Seite der Gewitterwolke einströmt, erkaltet im obersten Bereich der Wolke, in dem Temperaturen von -70° Celsius bis -80° Celsius herrschen. Von dort fließt also wieder sehr kalte und trockene Luft sehr schnell nach unten ab. Kommt sie am Boden an, wird sie wieder in die Gewitterwolke gesaugt. Aus der Mesozyklone bildet sich ein Wolkenrüssel, auch Trichterwolke genannt. Die Trichterwolke rotiert schneller als die Mesozyklone. Erreicht der Wolkenrüssel den Boden, handelt es sich um einen Tornado. Wirbelt der los, wirkt er wie ein Staubsauger. Durch den Sog im Inneren werden Autos und Dächer in die Luft gerissen. Windgeschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde können am Rand des Tornados herrschen. Der Tornado verwüstet längs seiner Zugbahn Gebiete von mehreren hundert Metern Breite. Laut Deutschem Wetterdienst (DWD) ziehen Tornados mit 50 bis 100 Kilometer pro Stunde und hinterlassen einen Streifen der Verwüstung von fünf bis zehn Kilometern zurück.

Auch in Deutschland wirbelt es

In Deutschland gibt es kein solches typisches Tornadogebiet, aber genauso wie in anderen europäischen Ländern kommt es zu Wirbelstürmen unterschiedlicher Stärke. 20 bis 60 davon wirbeln im Jahr laut Deutschem Wetterdienst (DWD) übers Land. In jedem Jahr stirbt in Deutschland durchschnittlich ein Mensch an den Folgen eines Wirbelsturms. Hinzu kommen jährlich Schäden in Millionenhöhe. Besonders schwere Tornados gibt es bei uns aber viel seltener als in den USA. 

  • "Unwetter – spielt das Wetter immer öfter verrückt?": am 25. April 2017 um 22.00 Uhr in "Faszination Wissen", BR Fernsehen.
  • "Hurricane Irma – Wie Mega-Stürme im Labor simuliert werden": am 6. September 2017 um 18.05 Uhr in "IQ", Bayern 2.
  • "Hurrikan-Saison in Amerika - Wie Mega-Stürme im Labor simuliert werden": am 10. September 2017 um 13.35 Uhr in "Aus Wissenschaft und Technik", B5 aktuell.
  • "Hurrikane - Wie lassen sie sich vorhersagen?": am 11. September 2017 um 18.05 Uhr in "IQ", Bayern 2.
  • "Regen nach dem Sturm - Wie vorhersagbar sind Hurrikans?": am 12. September 2017 um 16.30 Uhr in "nano", ARD-alpha.
  • "Daher weht der Wind! Unterwegs mit Sven Plöger": am 25.09.2017 um 15.00 Uhr in "Planet Wissen", ARD-alpha.

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