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Verteilung von Windrichtung und Windgeschwindigkeit der letzten Tage im Überblick
Windböen: Verteilung der Windstärke der letzten Tage im Überblick
Verteilung der Windrichtung der letzten Tage im Überblick
Jahres Winddaten im Überblick - Jahr 2010
Jahres Winddaten im Überblick - Jahr 2009
Wind Sturm und Tornado
Als Wind (althochdeutsch "wint"; zu indogermanisch "ue" ['wehen', 'blasen'][1]) wird in der Meteorologie eine gerichtete stärkere Luftbewegung in der Atmosphäre bezeichnet. Es ist ein physikalischer Vorgang. Winde mit Windstärken zwischen 2 und 5 haben die Bezeichnung Brise. Winde mit Windstärken zwischen 6 und 8 bezeichnet man als Wind mit den Abstufungen starker, steifer und stürmischer Wind.
Bei Windstärken ab 9 spricht man von einem Sturm. Winde mit der Windstärke 12 bezeichnet man als Orkan. Eine heftige Luftbewegung von kurzer Dauer bezeichnet man als Bö. Auf der Erde beträgt die maximale theoretische Windgeschwindigkeit ca. 1230 km/h (Schallgeschwindigkeit) - diese wird auch im stärksten Tornado nicht erreicht. Die bisher höchsten gemessenen Geschwindigkeiten um 500-650 km/h traten bisher nur bei Jetstreams auf.
Hauptursache für Winde sind Unterschiede im Luftdruck zwischen Luftmassen. Dabei fließen Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet), bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Es handelt sich bei einem Wind daher um einen Massenstrom, welcher nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik eine Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit eine maximale Entropie anstrebt. Die zugehörige Kraft bezeichnet man als Druckgradientkraft. Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, umso heftiger strömen die Luftmassen in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und umso stärker ist der aus der Luftbewegung resultierende Wind.
Die Windrichtung, meist in Form einer Hauptwindrichtung angegeben, wird durch die Lage von Tiefdruckgebiet und Hochdruckgebiet bestimmt. Dabei wird sie aber durch die Corioliskraft in Bewegungsrichtung nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. nach links (Südhalbkugel) abgelenkt. Unterhalb der freien Atmosphäre wird der Wind zusätzlich durch Reibung beeinflusst und kann auch durch morphologische Strukturen wie Berge, Täler und Canyons stark variieren (Beispiel: Föhn bzw. Fallwind, Aufwind, Talwind, Bergwind). Bei rotierenden Systemen wie Wirbelstürmen spielt zusätzlich die Zentrifugalkraft eine entscheidende Rolle. Man unterscheidet grundsätzlich die meridionale und die zonale Komponente eines Windes.
Man teilt Winde daher auch in verschiedene Gruppen ein:
Euler-Winde:
direkter Druckgradientwind
keine Coriolis-, Zentrifugal- oder Reibungskraft
äquatornah (geringe Corioliskraft)
geostrophische Winde bzw. quasigeostrophische Winde:
Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Corioliskraft
Isobarenparallel (ohne Krümmungen)
oberhalb der Bodenreibungsschicht (freie Atmosphäre)
hängt nur vom horizontalen Druckgradienten ab
ageostrophische Windkomponente (isallobarischer Wind):
reale Ausgleichskomponente zum idealisierten geostrophischen Wind
basierend auf Fluktuationen, die zum Masseausgleich führen
Gradientwinde:
Gleichgewicht zwischen Druckgradient-, Zentrifugal- und Corioliskraft
Isobarenparallel (mit Krümmungen)
oberhalb der Bodenreibungsschicht (freie Atmosphäre)
hängt nur vom horizontalen Druckgradienten ab
zyklostrophische Winde:
Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Zentrifugalkraft
meist äquatornah (geringe Corioliskraft) oder hohe Windgeschwindigkeit
Auftreten nur bei Zyklonen
sofortige Instabilität des zyklostrophischen Gleichgewichts bei Antizyklonen
Auch eine Unterscheidung nach der Dimension und Beständigkeit der Winde ist üblich. Es werden dabei im Wesentlichen drei
Gruppen unterschieden:
synoptische Winde - umfassen alle obigen Winde bis auf geostrophische Windkomponenten; große räumliche und in der Regel auch zeitliche Skalen:
gerade noch vorhersagbare Winde – sehr lokal in der Innenstadt, beispielsweise an Morpusagie orientiert,
stark vokale, also unvorhersehbare, äußerlich wie seitlich stark beschränkte Winde – Sekunden bis Minuten, wenige tausend Meter.
Tornado
Ein Tornado (spanisch tornar „umkehren, wenden“, Partizip tornado; tornear „wirbeln, drechseln“), auch Großtrombe, Wind- oder Wasserhose, in den USA umgangssprachlich auch Twister genannt, ist ein kleinräumiger Luftwirbel in der Erdatmosphäre, der eine annähernd senkrechte Drehachse aufweist und im Zusammenhang mit konvektiver Bewölkung (Cumulus und Cumulonimbus) steht, was dessen Unterschied zu Kleintromben (Staubteufeln) ausmacht. Der Wirbel erstreckt sich hierbei durchgehend vom Boden bis zur Wolkenuntergrenze. Diese Definition geht auf Alfred Wegener (1917) zurück und ist in dieser Form heute noch allgemein anerkannt.
Die Benennungen Wind- und Wasserhose (engl.: Waterspout) bezeichnen im deutschen Sprachraum eine Großtrombe (Tornado im weiteren Sinne) über Land oder größeren Wasserflächen (Meer, große Binnenseen). Windhose ist dabei ein Synonym für einen Tornado im engeren Sinne, also über Land.
Die Benennung „Windhose“ wird jedoch von einigen Meteorologen abgelehnt. In der älteren Literatur noch wohldefiniert (Wegener), wurde sie in der jüngeren Vergangenheit vermehrt undifferenziert für verschiedene Phänomene im Zusammenhang mit plötzlich auftretenden starken Winden verwendet (zum Beispiel Downburst) oder fälschlich auf Kleintromben bezogen. Zudem wurde der Eindruck eines Unterschieds zwischen „großen“ Tornados in Nordamerika und „kleinen“ Windhosen in Europa erweckt. Ein Unterschied zwischen Windhosen und Tornados besteht jedoch weder bezüglich ihrer physikalischen Natur, noch bezüglich ihrer Stärke.
Tornados - Die Entstehung
Die Entstehung von Tornados ist sehr komplex und bis heute ein aktueller Forschungsgegenstand. Trotz offener Fragen in Bezug auf Details sind die Voraussetzungen und die prinzipiellen Mechanismen der Tornadogenese recht gut bekannt. Unter den entsprechenden Bedingungen können sich Tornados an jedem Ort während des ganzen Jahres bilden; die Atmosphäre „kennt“ im Prinzip weder den Kalender noch die Geographie. Trotzdem gibt es sowohl räumliche als auch jahres- und tageszeitliche Schwerpunkte, welche unter „Klimatologie“ weiter unten näher beschrieben sind.
Grundlagen
Für die Entstehung eines Tornados müssen zunächst die Voraussetzungen für hochreichende Feuchtekonvektion gegeben sein. Diese sind bedingte Labilität, also eine hinreichend starke vertikale Temperaturabnahme, genügendes Feuchteangebot (latente Wärme) in den unteren 1-2 km der Atmosphäre sowie Hebung der Luftmasse, um die Feuchtekonvektion auszulösen. Hebungsmechanismen können thermischer (Sonneneinstrahlung) oder dynamischer (Fronten) Natur sein. Wesentlicher Energielieferant solcher Stürme und von Gewittern allgemein ist die im Wasserdampf der feuchten Luftmasse gespeicherte latente Wärme, welche bei der Kondensation freigesetzt wird. Erst diese zusätzliche Wärmemenge ermöglicht ein hochreichend freies Aufsteigen der Luft (Feuchtekonvektion), da die Atmosphäre gegenüber trockener Konvektion abgesehen von bodennaher Überhitzung stabil ist. Im letzteren Fall kann es lediglich zur Bildung von Kleintromben kommen. Eine Art Übergangsform sind dynamisch ausgelöste Kleintromben, so genannte Böenfrontwirbel (Gustnado) an der Böenfront eines Schauers oder Gewitters. Diese können sich aber in einen Tornado entwickeln, sofern sie Kontakt zu dem feuchtkonvektiven Aufwind bekommen und so verstärkt werden.
Auswirkungen und Klassifizierung
Zerstörungen eines F3-TornadosDie Klassifizierung erfolgt nach der Fujita-Skala, welche über die Windgeschwindigkeit definiert ist. In der Praxis wird diese Skala aber mangels direkter Messungen anhand der vom Tornado verursachten Schäden geschätzt. Diese reichen von leichten Sturmschäden bis zur völligen Zerstörung massiver Gebäude. Bislang wurden Tornadostärken F0 bis F5 in der Realität beobachtet; physikalische Abschätzungen ergeben aus energetischen Gründen die Intensität F6 als Obergrenze. In Europa ist daneben z. B. bei TorDACH die gegenüber der Fujita-Skala doppelt so feine TORRO-Skala in Gebrauch. Die frühere Annahme, der starke Unterdruck innerhalb eines Tornados, der bis zu 100 hPa betragen kann, ließe Gebäude gleichsam explodieren, ist nicht mehr haltbar. Hauptursache der Schäden ist der Staudruck des Windes und oberhalb von circa 300 km/h auch zunehmend indirekte Schäden durch umherfliegende Trümmer. Auf Grund ihrer hohen und auf engem Raum wechselnden Windgeschwindigkeiten stellen Tornados prinzipiell eine Gefahr für den Flugverkehr dar; Unfälle sind aber auf Grund der Kleinräumigkeit dieser Wettererscheinung selten. Zu einem spektakulären Fall kam es am 6. Oktober 1981, als eine Fokker F-28 der niederländischen KLM Cityhopper in einen Tornado geriet und nach Abriss der rechten Tragfläche abstürzte. Alle 17 Personen an Bord starben.
Klimatologie
Lebensdauer und Geschwindigkeiten
Die Lebensdauer eines Tornados beträgt zwischen wenigen Sekunden bis mehr als eine Stunde, durchschnittlich liegt sie unter 10 Minuten. Die Vorwärtsbewegung eines Tornado folgt der zugehörigen Mutterwolke und liegt im Schnitt bei 50 km/h, kann aber auch deutlich darunter (praktisch stationär, nicht selten bei Wasserhosen) oder darüber (bis über 100 km/h bei starker Höhenströmung) liegen. Dabei ist die Tornadospur im Wesentlichen linear mit kleineren Abweichungen, welche durch die Orographie und das lokale Windfeld in der Umgebung der Gewitterzelle bedingt sind.
Die interne Rotationsgeschwindigkeit des Windes ist jedoch meist wesentlich höher als die der linearen Bewegung. Sie ist für die schweren Verwüstungen verantwortlich, die ein Tornado hinterlassen kann. Die höchste je registrierte Windgeschwindigkeit innerhalb eines Tornados wurde während des Oklahoma Tornado Outbreak am 3. Mai 1999 bei Bridge Creek, Oklahoma (USA) mit einem Doppler-Radar bestimmt. Mit 496 ± 33 km/h lag sie im oberen Bereich der Klasse F5 der Fujita-Skala; die obere Fehlergrenze reicht sogar in den F6-Bereich. Dies ist damit die höchste je gemessene Windgeschwindigkeit auf der Erdoberfläche überhaupt. Oberhalb der Erdoberfläche erreichten nur Jetstreams höhere Windgeschwindigkeiten. In der offiziellen Statistik zählt dieser Tornado aber mit Rücksicht auf den wahrscheinlichsten Wert und die Unsicherheiten als F5.
In den USA sind etwa 88 % der beobachteten Tornados schwach (F0, F1), 11 % stark (F2, F3) und unter 1 % verheerend (F4, F5). Diese Verteilungsfunktion ist weltweit sehr ähnlich und in dieser Form von mesozyklonalen Tornados dominiert, welche das volle Intensitätsspektrum ausfüllen. Die Intensität von nicht-mesozyklonalen Tornados geht dagegen kaum über F2 hinaus.
Jahres- und tageszeitliches Auftreten
Tornados entstehen über Land am häufigsten im Frühsommer, wobei das Maximum mit zunehmenden Breitengraden später auftritt. Über Wasser wird das Maximum im Spätsommer erreicht, weil dann die Wassertemperatur und folglich die Labilität am höchsten ist. Ähnliches gilt für den Tagesgang. Tornados über Land treten am wahrscheinlichsten in den frühen Abendstunden auf, während bei Wasserhosen das Maximum in den Morgenstunden liegt. Ferner zeigt sich bei Wasserhosen ein klimatologischer Unterschied im Jahresgang, je nach dem, ob diese an Land ziehen oder über dem Wasser verbleiben. Die jahreszeitliche Verteilung für den ersten Fall gleicht der für Tornados über Land, während „reine“ Wasserhosen das besagte Spätsommer-Maximum zeigen.
Verbreitung und Häufigkeit
Tornados werden weltweit überall da beobachtet, wo es Gewitter gibt. Schwerpunkte sind Regionen mit fruchtbaren Ebenen in den Subtropen bis in die gemäßigten Breiten. An erster Stelle steht der Häufigkeit nach der Mittlere Westen der USA, wo die klimatischen Bedingungen für die Bildung von Schwergewittern und Superzellen aufgrund der weiten Ebenen (Great Plains) östlich eines Hochgebirges (Rocky Mountains) und nördlich eines tropischen Meeres (Golf von Mexiko) sehr günstig sind. Für Wetterlagen mit hohem Unwetterpotential bedingt das Gebirge relativ trockene und kühle Luftmassen im mittleren bis oberen Bereich der Troposphäre bei südwestlichen bis westlichen Winden, während in den tieferen Schichten feuchtwarme Luftmassen aus der Golfregion ungehindert nach Norden transportiert werden können. Dadurch kommt eine labile Schichtung der Atmosphäre bei einem großen Angebot latenter Wärme mit einer Richtungsscherung des Windes zusammen.
Weitere wichtige Regionen sind Argentinien, Mittel- und Süd- und Osteuropa, Südafrika, Bengalen, Japan und Australien. Zahlreiche, wenn auch im Mittel schwächere, meist nicht-mesozyklonale Tornados treten im Bereich der Front Range (Ostrand der Rocky Mountains), in Florida und über den Britischen Inseln auf.
Jährlich werden in den USA etwa 1200 Tornados registriert. Die meisten Tornados entstehen in Texas, Oklahoma, Kansas und Nebraska entlang der „tornado alley“ mit etwa 500 bis 600 Fällen pro Jahr. Dies ist durch die oben genannten besonderen klimatischen Bedingungen gegeben, welche die Voraussetzungen für die Entstehung speziell von mesozyklonalen Tornados weit häufiger bieten, als in anderen Regionen. Darüber hinaus gibt es in den USA mehrere regionale Häufungen, z. B. in Neu-England und in Zentral-Florida.
In Europa liegt die jährliche Zahl der Tornadobeobachtungen bei 170, unter Einbeziehung der Dunkelziffer schätzungsweise 300. Hinzu kommen etwa 160 registrierte Wasserhosen, geschätzt 290. Wie in den USA sind auch die meisten europäischen Tornados schwach. Verheerende Tornados sind zwar selten, doch sind bisher acht F4- und zwei F5-Ereignisse aus Deutschland dokumentiert. Letztere wurden bereits von Alfred Wegener 1917 in einer Arbeit zur Tornadoklimatologie Europas beschrieben. Weitere verheerende Fälle sind aus Nordfrankreich, den Benelux-Staaten sowie aus Oberitalien bekannt.
Wasserhose vor UsedomIn Deutschland liegt die Zahl der jährlich beobachteten Tornados bei mehreren Dutzend mit einer noch recht hohen Dunkelziffer vor allem schwächerer Ereignisse. Genaue Zahlen sind nicht verfügbar, da es hierzu noch keine ausreichende Statistik gibt. Nach den derzeit vorliegenden Zahlen muss jährlich mit etwa fünf oder mehr F2, mit einem F3 alle zwei bis drei und einem F4 alle 20 bis 30 Jahre gerechnet werden. Ein F5 ist nach derzeitigen Erkenntnissen ein Jahrhundertereignis oder noch seltener.
Eine Übersicht zur räumlichen und zeitlichen Verteilung von Tornados in Deutschland und deren Intensität findet sich in den Weblinks. Generell ist festzustellen, dass das Tornadorisiko im Westen der Norddeutschen Tiefebene am höchsten ist.
In Österreich wurden im Schnitt der vergangenen 30 Jahre jährlich etwa drei Tornados beobachtet. Allerdings ist seit 2002 durch die vermehrte Spotter- und Statistik-Tätigkeit v.a. ehrenamtlicher Helfer eine mittlere Anzahl von etwa fünf Tornados/Jahr zu beobachten. Unter Einbezug einer möglicherweise recht hohen Dunkelziffer sowie der nach wie vor sehr unterrepräsentierten F0-Fälle, könnte die tatsächliche, gemittelte, jährliche Anzahl bei bis zu zehn Tornados/Jahr liegen.
Dabei treten jedes Jahr mehrere F0- und F1-Fälle auf. Im Schnitt kann zudem mit einem F2 jährlich, bzw. einmal in zwei Jahren, alle fünf bis zehn Jahre auch mit einem F3 gerechnet werden. F4-Ereignisse oder höher sind aus Österreich bislang nicht bekannt.
Die höchste Tornadodichte ist dabei in der Südost-Steiermark zu beobachten (um drei Tornados/10.000 km²/Jahr), gefolgt von dem Gebiet um den Hausruck in Oberösterreich, dem Wiener Becken, der Region um Linz, dem westlichen Weinviertel, dem Klagenfurter Becken, Bodensee-Region sowie dem Inntal im Bereich von Innsbruck.
Tornado bei Cala Ratjata (Mallorca)Generell ist das Auftreten von Tornados starken Schwankungen unterworfen, was sich in Häufungen („Ausbruch“ genannt, englisch: Outbreak) innerhalb recht kurzer Zeitspannen - oft an einem einzigen Tag - äußert, gefolgt von recht langen Abschnitten relativer Ruhe. Die Ausbrüche sind durch den engen Zusammenhang mit bestimmten Wetterlagen begründet, wo mehrere Faktoren (siehe oben unter „Entstehung“) für die Tornadoentstehung zusammen kommen. Größere Ereignisse dieser Art mit verheerenden Tornados sind vor allem aus den USA bekannt (siehe folgenden Abschnitt). Für West- und Mitteleuropa sind hier die Jahre 1925, 1927 und 1967 zu nennen mit dem Schwerpunkt Nordfrankreich/Benelux/Nordwestdeutschland. Diese Region kann auch als europäische „tornado alley“ angesehen werden. Der zahlenmäßig bedeutendste Ausbruch in Europa mit insgesamt 105, aber meist schwächeren Tornados (max. F2) traf am 23. November 1981 die Britischen Inseln.
Derzeit erlaubt die Datenbasis für Mitteleuropa keine Aussage, ob Tornados auf Grund der globalen Klimaerwärmung häufiger auftreten, da der Anstieg der beobachteten Fälle vor allem auf eine bessere Erfassung in den letzten Jahren zurückzuführen ist. In den USA existiert dank systematischer Tornadoforschung seit den 50er Jahren und bedingt durch die hohen Fallzahlen eine belastbare Statistik. Diese zeigt aber weder eine Tendenz zu vermehrtem Auftreten noch zu größerer Heftigkeit von Tornados, wie im IPCC-Bericht von 2001 dargelegt.
Bedeutende Tornadoereignisse
Beispielfälle aus den USA
18. März 1925: Der Tri-State Tornado (F5) fordert in 3 1/2 Stunden auf einer Länge von 352 km über dem Gebiet dreier US-Bundesstaaten (Missouri, Illinois und Indiana) 695 Todesopfer. Mit circa 95 km/h weist er eine ungewöhnlich hohe Zuggeschwindigkeit auf.
3./4. April 1974: Im Super Outbreak, dem größten bekannten Ausbruch, suchen insgesamt 148 Tornados 13 Staaten den Süden und Mittleren Westen der USA heim, darunter 30 verheerende Fälle (F4/F5). Sie hinterlassen 315 Todesopfer und einen Sachschaden von 600 Mio US-Dollar.
27. Mai 1997: Der Jarrell-Tornado ist in Jarrell (Texas) für den Tod von 27 Menschen verantwortlich.
3. Mai 1999: Über 70 Tornados des Oklahoma Tornado Outbreak ziehen über Texas, Oklahoma und Kansas. Am schlimmsten trifft es die Region um Oklahoma City. 48 Personen kommen ums Leben und mit einem gesamten Sachschaden von 1,2 Mrd. US-Dollar ist dies die bislang teuerste Naturkatastrophe dieser Art.
Textquelle: www.wikipedia.de
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