Wie entsteht ein Tornado?

Ein Tornado ist ein erschreckendes Wetterphänomen mit großer Zerstörungskraft, das Bäume entwurzeln, Dächer von Häusern abreißen und Autos in die Luft heben kann. Ein Tornado ist auch ein mysteriöses Phänomen, das ziemlich schwer vorherzusagen ist - er kommt aus dem Nichts und geht ins Nichts. In diesem Artikel versuchen wir herauszufinden, wie ein Tornado entsteht und woraus er besteht.

Anatomie eines Tornados

Ein Tornado ist eine Trichterwolke, die aus einer Gewitterwolke (Cumulonimbus) herabsteigt. Die Luft im Inneren des Trichters rotiert in einem spiralförmigen Aufwind. Am unteren Ende des Trichters ist die Saugkraft so hoch, dass sie Objekte anheben und zerstören kann. Eine Trümmerwolke am unteren Ende des Trichters ist manchmal sogar auf Radaren sichtbar.

Bildquelle: Prepp

Tornadowolken, wie andere Gewitterwolken, sind heterogen und sehr turbulent. Die meisten Tornados haben eine Wirbelstruktur. Wenn der Trichter den Boden nicht erreicht hat, können Sie ihn möglicherweise nicht sehen. Aber in der Regel erfasst der Wirbel während seiner Bewegung Wasser und Staub, und der Trichter wird deutlich sichtbar.

Die Windgeschwindigkeiten im Inneren des Trichters nähern sich der Schallgeschwindigkeit (etwa 745 mph), und der Trichter selbst bewegt sich mit 24 mph. Von außen ähnelt der Trichter einer kegelförmigen Wolkensäule, zu der ein weiterer Kegel vom Boden aufsteigt. Dieser Kegel besteht aus Staub, Wasser und fliegenden Trümmern, die sich spiralförmig zur Basis der Cumulonimbuswolke erheben. Trichterformen sind ungewöhnlich vielfältig und ändern sich schnell, selbst innerhalb desselben Tornados. Breite und niedrige unscharfe Wirbel sind die zerstörerischsten. Sie decken mehr Gebiet ab als dichte Tornados und verursachen mehr Schaden.

Die Zerstörung durch Tornados ist enorm, nicht nur wegen der hohen Geschwindigkeit der Luftmassen, sondern auch aufgrund des sich schnell ändernden atmosphärischen Drucks. Ein Tornado ähnelt in seiner Struktur einem Miniaturtropensturm. Sowohl ein Sturm als auch ein Tornado enthalten einen Raum, der mehr oder weniger durch “Wände” begrenzt ist. Es ist fast sauber und wolkenlos, manchmal blitzen kleine Blitze von Wand zu Wand. Im Zentrum des Trichters ist der Luftdruck niedriger als an den Rändern. In Sekunden kann sich der Druck um Dutzende von Millibars ändern. Wenn also Gebäude mit geschlossenen Fenstern im Weg eines Tornados stehen, scheinen sie von innen zu explodieren, während Wände und Fenster nach außen neigen.

Schäden durch einen Tornado in Arabi, Louisiana. Bildquelle: CNN

Wie entstehen Tornados?

Ein Wirbel entsteht über flachem Land. In solchen Zonen erwärmt sich die untere Luftschicht von der warmen Erde, aber über der Erde bleibt die Luft kalt. Warme, feuchte Luft auf Bodenhöhe, die auf kalte, trockene Luft in höheren Lagen trifft, kann eine Scherung verursachen - eine schnelle Änderung der Windgeschwindigkeit und -richtung.

Wenn zwei Luftmassen aufeinandertreffen, ist kalte Luft schwerer als warme Luft und sinkt daher stark ab. Im Gegenzug steigt warme Luft schnell vom Boden auf. Diese Bewegung erzeugt zunächst Gewitterwolken. Zusätzlich entstehen vertikale Luftströmungen mit einem Durchmesser von etwa 6 Meilen.

Bildquelle: DW.com

Wenn sich mehrere Gewitterwolken zusammenschließen, bilden sie eine sogenannte Superzelle. Wenn Winde in der Höhe aus anderen Richtungen wehen als die Winde am Boden, entwickelt sich ein Wirbel. Die heftig rotierende Säule aus aufsteigender warmer Luft erzeugt eine starke Saugkraft. Sie hat die Kraft, die Dächer von Häusern zu decken oder Autos mit sich zu reißen. Wenn ein Tornado auf Wasser trifft, kann er auch Wassertropfen aufnehmen und mitwirbeln. Deshalb wird er manchmal als Wasserhose bezeichnet.

Wasserhosen sind häufiger in tropischen Breiten. Im Gegensatz zu einem klassischen Tornado dauert eine Wasserhose 15-30 Minuten und hat einen viel kleineren Durchmesser. Sie bewegt sich und rotiert zwei- bis dreimal langsamer und wird nicht von starken Winden begleitet. Obwohl Wasserhosen typischerweise in tropischen Breiten entstehen, treten sie auch in gemäßigten Breiten auf. Sie können häufig an der Westküste Europas, auf den Britischen Inseln und in einigen Gebieten des Mittelmeers auftreten. Wasserhosen sind nicht auf Salzwasserkörper beschränkt. Viele können sich über Seen und Flüssen bilden, zum Beispiel über den Großen Seen.

Bildquelle: Wikipedia

Eine der wichtigsten und interessantesten Eigenschaften eines Tornados ist seine scharfe Begrenzung im Raum mit dem Vorhandensein fast glatter dichter Wände. Keine anderen atmosphärischen Formationen haben solche scharfen Grenzen, außer Blitze, die sich noch schneller bewegen. Der Grund für das Auftreten einer scharfen Grenze könnten ungewöhnlich hohe Geschwindigkeiten sein. Das Heben und Tragen schwerer Objekte zeigt, dass sich die peripheren Geschwindigkeiten im Trichter schnell und erheblich ändern. Der Boden des Trichters kann schneller drehen als der obere Teil und schwere Objekte heben, aber die Hebehöhe überschreitet nicht eine Meile. Weiter oben wird die Rotation langsamer. Große Objekte werden aus dem Trichter herausgeschleudert und fallen herunter.

Arten von Tornados

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Tornados.

Typ-I-Tornados entstehen bei starker vertikaler Windscherung und rotierenden Gewittern (Mesocyclonen), daher werden sie mesozyklonische Tornados genannt. Bei längerer Rotation können sie als Superzellen-Tornados bezeichnet werden. Die meisten von ihnen existieren über Land, können aber auch über Wasser auftreten. Tornados des ersten Typs erfordern vertikale Windscherung als Hauptbestandteil. Die weitere notwendige Richtungsscherung wird entweder durch eine gleichzeitige Windverschiebung mit der Höhe oder durch eine abweichende Spur des Gewitters erzeugt, die dadurch “Richtungsscherung sammelt”. Zusammen erzeugen Richtungsänderung und Scherung Helizität (Spiralisierung), die Fähigkeit eines Aufwinds zu rotieren.

Typ-II-Tornados bilden sich bei schwacher vertikaler Scherung, typischerweise in den frühen Stadien von Schauern oder Gewittern an einer Konvergenzlinie in Bodennähe. Sie werden daher als nicht-mesozyklonische Tornados (früher nicht-superzelluläre Tornados) bezeichnet. Im Gegensatz zu Typ-I-Tornados erfordert dieser Typ nicht unbedingt heftige Stürme oder starke Windscherung. Sie benötigen eine konvektive Wolke, deren Aufwind stark genug ist, um einen vertikalen Wirbel zu dehnen, und eine Konvergenzzone auf Bodenniveau, wo Winde aus verschiedenen Richtungen zusammenlaufen.

Ein Tornado hat sich gebildet. Was passiert als nächstes?

Wie viele Naturphänomene durchlaufen Tornados mehrere Entwicklungsstadien. Zu Beginn erscheint ein erster Trichter aus einer Gewitterwolke. Dies geschieht aufgrund der potenziellen Energie, die während des Aufstiegs der Luft angesammelt wurde. Diese Energie wandelt sich zunächst in kinetische Energie um, zuerst in vertikale und dann in rotierende Bewegung. Danach erhöht sich die Umfangsgeschwindigkeit des Tornados, und er nimmt seine klassische Form an.

Jede Phase dauert etwa mehrere Minuten. In sehr seltenen Fällen kann ein Tornado mehrere Stunden existieren. Die Geschwindigkeit von Tornados variiert ebenfalls. Manchmal bewegt sich die Wolke sehr langsam, fast stillstehend, und manchmal rast sie sehr schnell. Meteorologen bestimmen die durchschnittliche Geschwindigkeit von Tornados auf 24-37 Meilen pro Stunde, aber manchmal erreicht sie 124 Meilen pro Stunde. Während seiner Bewegung legt ein Tornado eine Strecke von durchschnittlich 12-18 Meilen zurück. Es ist jedoch üblich, dass Tornados Entfernungen von 62-74 Meilen zurücklegen. Riesige Tornados können bis zu 300 Meilen zurücklegen, aber dies sind außergewöhnliche Phänomene.

Die Intensität von Wirbeln wird durch die Enhanced Fujita Scale (EF-Skala) gemessen und hängt von der Geschwindigkeit eines 3-Sekunden-Böen in Meilen pro Stunde ab.

Tabellenquelle: National Weather Service

Ein interessantes Merkmal von Tornados ist ihr „Springen“ oder „Hüpfen“. Nachdem sie eine bestimmte Strecke am Boden zurückgelegt haben, steigen sie auf und rasen durch die Luft, ohne Zerstörung zu verursachen. Dann gehen sie wieder herunter und verursachen Schäden, steigen dann wieder auf und hinterlassen eine unterbrochene Zerstörungsspur.

Warum und wann hört ein Tornado auf? Es gibt keine klare Antwort auf diese Frage. Wissenschaftler glauben, dass ein Tornado aufhört, weil die rotierende Luft in der Trichterwolke zu kalt wird und der Tornado dadurch seine Energie verliert und sich auflöst. Gewitter, die Tornados erzeugen, können jedoch noch lange andauern, nachdem der Tornado verschwunden ist.

Wo sind heftige Tornados am häufigsten?

Die Vereinigten Staaten erscheinen sehr oft in den Nachrichten über Tornados. Der National Weather Service verzeichnet etwa 1.000 Tornado-Ereignisse pro Jahr mit etwa 240 Opfern und 14 Millionen Dollar Schaden. Die Tornadosaison in den USA dauert typischerweise von März bis Juni.

Laut Fox Weather sind hier die durchschnittlichen monatlichen Tornados zwischen 1991 und 2020, wobei Mai der aktivste Monat ist:

Amerikanische Meteorologen führten den Begriff “Tornado Alley” ein - die bevorzugte Route der meisten Tornados. Diese Route verläuft von Norden nach Süden der Vereinigten Staaten fast entlang des Zentrums der Great Plains von North Dakota, Minnesota, Nebraska und Iowa durch Kansas bis nach Texas.

Ein Tornado ist auch ein häufiger Gast in Argentinien, Indien und Japan. Zum Beispiel wurde im April 2021 im Departamento Malargüe, das im südlichen Teil der argentinischen Provinz Mendoza liegt, ein starker Tornado beobachtet. Einheimische schafften es, den wirbelnden Wirbel zu filmen und das Video auf Facebook zu teilen. Glücklicherweise befanden sich keine Gebäude auf dem Weg des Tornados, und es wurden keine Schäden oder Verletzungen gemeldet. Nachdem der Tornado vorbeigezogen war, begann es mit Hagel zu regnen.

Wie man während eines Tornados sicher bleibt

Im Jahr 2021 wurde der Film „13 Minutes“ veröffentlicht. Laut seiner Handlung haben die Bewohner einer kleinen Provinzstadt 13 Minuten Zeit, um Schutz zu suchen. Natürlich ist dies keine genaue Zeitangabe, aber ein Tornado kann tatsächlich „aus dem Nichts“ auftreten und Ihnen nicht viel Zeit zur Evakuierung lassen.

Heutzutage ist es möglich, einen Tornado auf dem Radar zu erkennen. Wenn ein Tornado im Begriff ist, zu erscheinen, erzeugt ein Gewitter das sogenannte Haken-Echo, das auf dem Doppler-Radar sichtbar ist. Zusätzlich zeigen grüne und rote Farben wechselnde Windgeschwindigkeiten an, die ebenfalls ein Zeichen für einen nahenden Tornado sind. Schließlich können Radare sogar Trümmerwolken und rotierende Objekte auf der Karte erkennen.

Bildquelle: Illinois State Climatologist

Basierend auf den Radardaten gibt eine lokale meteorologische Agentur eine Tornadowarnung heraus. Die RainViewer-App kann diese Warnungen verfolgen und die Benachrichtigungen direkt auf Ihr Smartphone liefern. Es ist auch möglich, Tornados auf unserer integrierten Radarkarte zu verfolgen. Die RainViewer-Karte zeigt einen Tornado als kleinen rosa Bereich, der von einem größeren blauen Bereich umgeben ist.

Wenn Sie in einem Gebiet leben, in dem die Wetterbedingungen für Tornado-Ereignisse günstig sind, ignorieren Sie bitte keine Warnungen und begeben Sie sich sofort zum nächstgelegenen Schutzraum. Bleiben Sie sicher!