Tornado

Im nachfolgenden Artikel wollen wir uns ein wenig mit der Entstehung von Tornados befassen welche vielen nur als Thema aus den USA bekannt sind wenn dort die Tornadosaison stattfindet. Doch auch in Deutschland gibt es Tornados und hat es wohl auch schon immer gegeben. Nun in der Zeit der vielseitigen Medien die wir nutzen können, gelingt dabei aber natürlich öfter die Dokumentation von diesen und somit häufen sich auch allgemein die Beobachtungen. Ich möchte bevor der Artikel richtig beginnt aber noch einmal darauf hinweisen, dass ich lediglich ein Hobbymeteorologe bin und den Artikel nach bestem Verständnis geschrieben habe. Fehler oder fehlerhafte Interpretationen kann ich deswegen nicht ganz ausschließen.

 

 

Ein paar Informationen zur Entstehung von Tornados:

Die Entstehung von Tornados ist dabei relativ komplex und noch nicht vollständig erforscht. Aber so grob werden wir uns mit der Materie nun mal befassen, sodass wir die grundliegenden Eigenschaften einmal kennenlernen.

Bei Tornados handelt es sich um die stärksten Windsysteme der Erde, die aber natürlich im Vergleich zu Hurrikans sehr kleinräumig sind. Diese erreichen dabei auch teilweise Durchmesser von bis zu 1000 km, was bei Tornados (zum Glück) auch nicht der Fall ist. Tornados sind auch unter den Namen Großtrombe, Wind- oder eben Wasserhose (über Wasser) bekannt. Hier wollen wir einen ersten Definitionsunterschied machen, der bei der Klassifizierung als Tornado wichtig ist. Zu unterscheiden ist nämlich zum Tornado der sogenannte Funnel, beziehungsweise die Funnelcloud. Hierbei handelt es sich schon optisch um einen Luftwirbel der dem Tornado gleicht, doch hat dieser keinen Bodenkontakt. Auch diese sind öfters zu beobachten. Ein Tornado ist aber erst vorliegend, wenn dieser Bodenkontakt hat. Das ist der wichtige Unterschied, der in den Medien oftmals nicht beachtet wird und wodurch oftmals stärkere Sturmereignisse mit Schadensfolge direkt in Verbindung mit einem Tornado gebracht werden. Hierbei kann es sich aber auch um markante Fallböen (Downbursts) handeln, die bei stärkeren Schauern oder Gewittern auftreten können. Auch sind recht häufig vor aufziehenden Gewittern oder kräftigen Schauern starke Böen möglich, wobei diese meist nicht so markant sind wie die Gewitterfallböen und sowieso nicht wie Tornados. Anhand der Sachschäden nach dem Durchgang des Unwetters kann aber oftmals geklärt werden, ob es sich um einen Tornado handelte (z.B. verdrehte Baumstämme) oder zum Beispiel um einen Downburst (z.B. geradlinig angeordnete Baumstämme in eine Richtung auf längere Strecke).  Da jetzt ins Detail gehen, wäre aber zu viel.

Tornados treten dabei in Verbindung mit konvektiver Bewölkung auf zu denen Cumulus- und Cumulonimbuswolken zählen. Cumuluswolken bilden die Basis für Schauern und Gewitter und Cumulonimbuswolken sind grundsätzlich als Gewitterwolken bekannt und sind die höchste Form der Cumuluswolken. Laut der Definition von Alfred Wegener (von 1917) definiert sich ein Tornado Ereignis, bei dem der Wirbel durchgehend vom Boden bis zur Wolkenuntergrenze. Diese ältere Definition ist dabei bis heute durchaus noch anerkannt. Wie schon eingangs erwähnt wird der Tornado an sich gegenwärtig noch immer erforscht, doch die Grundzutaten für die Bildung von Tornados sind soweit bekannt. Diese wollen wir nachfolgend mal grob betrachten:

Die drei Grundzutaten die es zur Bildung von einem Tornado braucht sind zum einen bodennahe feuchtwarme Luft (grob in den unteren 1-2 km), eine deutlich kühlere oder trockenere Luftmasse die sich über diese schiebt (also eine erhöhte Temperaturdifferenz zwischen bodennaher Luft und Luft, die sich höher in der Atmosphäre befindet) sowie auch mit zunehmender Höhe eine sich deutlich verändernde Windrichtung oder Windgeschwindigkeit. Mit diesen Gegebenheiten sind zumindest die Umgebungsbedingungen für die Bildung von Tornados gegeben. Dazu benötigt es aber auch Hebung, welche die Luftmasse anhebt und somit auch die Feuchtigkeit zum Aufsteigen bewegt (Feuchtekonvektion). Diese sollte dabei hochreichend sein. Dabei gibt es Hebemechanismen wie die Erwärmung durch Sonneneinstrahlung (die sogenannte thermische Hebung) aber auch die Hebung durch Wetterfronten (dynamische Hebung). Somit können sich Tornados überall auf der Welt bilden, wo dieses Bedingungen auftreten. Natürlich gibt es Jahreszeiten und Regionen (z.B. USA), wo diese besonders häufig auftreten. Bei uns treten diese meist in den Sommermonaten in Verbindung mit rotierenden Schauern / Gewittern auf, teils aber auch in den Übergangsmonaten. 

 

Allgemein gibt es 2 Klassen von Tornados die sich in die mesozyklonalen und nicht-mesozyklonalen Tornados unterteilen. Auf diese gehe ich nun aber nur sehr kurz ein.

Mesozyklonale Tornados benötigen neben den Zutaten für Schauer- und Gewitterwolken die oben grob bestimmt wurden zusätzlich eine starke vertikale Windscherung. Dies bedeutet es benötigt höhere Windgeschwindigkeiten und eine Änderung der Windrichtung mit zunehmender Höhe. Diese Konstellation ermöglicht die Bildung von Gewitterzellen, die über einen rotierenden Aufwindbereich verfügen. Diese werden auch als Mesozyklone bezeichnet die unter bestimmten Voraussetzungen auch als Superzellen klassifiziert werden. In dessen Aufwindbereichen können sich dann teils sehr kräftige Tornados ausbilden.  Die stärkeren Tornados sind dabei in der Regel mesozyklonale Tornados.

Nicht-mesozyklonale Tornados benötigen zu ihrer Entstehung keine Mesozyklone und können auch an einfachen Schauern und Gewittern entstehen. In der Regel gehören zu diesem Typ eher schwächere Tornados und auch oft sind Wasserhosen hier einzuordnen.  Diese entstehen dabei zum Beispiel in Verbindung mit aufziehenden Konvergenzen wo Luft zusammenströmt und vermehrt Schauern und Gewitter gebildet werden können. Dabei treten in den unteren Luftschichten durch die an der Konvergenz aus unterschiedlichen Richtungen zusammentreffende Luftmassen auf, die teils auch für vertikale Verwirbelungen sorgen können. Ist dann der Aufwind einer kräftigen Schauer oder eben eines Gewitters stark genug, kann auch hier ein Tornado entstehen. Ein weiterer Unterschied zu dem vorherigen genannten Tornadotyp ist auch, dass die Rotation des Luftwirbels nicht weit über die Wolkenbasis hinausreicht, was bei den mesozyklonalen Tornados anders ist.

Eine Unterart dieser sind die sogenannten Kaltlufttromben die ebenfalls in Verbindung mit konvektiven Wolken (Schauerbewölkung, Cumulus) entstehen können. Die Entstehung findet in diesem Fall in einem Bereich kalter Luft mit wenig Windscherung in der Höhe statt. Diese erreichen oftmals aber nicht den Boden, doch können auch diese kurzzeitig den Boden erreichen und Tornados bilden.

Dies sollte für eine sehr sehr grobe Beschreibung der Tornadotypen reichen. Wer mehr Details über diese lesen möchte, der findet im Internet eine riesige Menge von interessanten Artikeln.

 

 

Auftreten von Tornados: Aussehen, Dauer und Geschwindigkeit:

Zum Aussehen von Tornados lässt sich sagen, dass dieses sehr variieren kann und der Tornado ganz zu Beginn meist nicht gut sichtbar ist. Ich denke das lässt sich sehr gut vergleichen mit Sturm, da es sich ja bei beidem um Windereignisse handelt. Egal wie stark ein Sturm ist, wir können die Windböen nicht sehen. In den Regionen um die Tagebaue herum kann man aber ab und an bei Staubaufwirbelungen sehen, wie schnell die Luft sich wirklich bewegt und wohin. Bei einem Tornado ist es ähnlich, denn erst wenn dieser genug Staub oder eben Trümmerteile aufwirbelt und „mitnimmt“, wird der Tornado sehr gut sichtbar. Aber selbst mit Staub und Trümmerteilen im Gepäck kann es sein, dass man diesen spät sieht. Je nachdem wo man sich befindet, kann zwischen einem selbst und dem Aufwindbereich wo man den Tornado findet, ein Niederschlagsbereich sein. Ist der Niederschlag sehr intensiv (z.B. oftmals im Sommer), kann der sogenannte Niederschlagskern den Tornado verdecken. Dies ist für die Stormchaser in den USA auch immer wichtig zu beachten, damit nicht plötzlich ein Tornado unbemerkt zu nahe kommt. Auch zeigen Fotos oft einen Tornado vom Boden bis hin zur Wolke, was auch nicht immer so sein muss. Es können zum Beispiel auch nur die oberen Bereiche sichtbar sein. Der Tornado kann auch so sehr variabel aussehen. Es gibt schmale Tornados aber auch breite Tornados. Treten mehrere Tornados unterhalb eines Rotationszentrums im Aufwindbereich auf, so spricht man von einem „Multivortex-Tornado“, wo es ja auch bei uns in Deutschland vor wenigen Jahren einen in Norddeutschland gab der auch toll dokumentiert wurde.

Die Klassifizierung erfolgt über die sogenannte Fujita-Skala, welche die Klassifizierung anhand von Geschwindigkeiten durchführt.  Dies ist aber nur die Theorie, da Geschwindigkeiten des Tornados vor Ort natürlich nicht gemessen werden können. In der Praxis wird dabei durch die auftretenden Schäden auf die Geschwindigkeit geschlossen. Mittlerweile wurden aber bereits neue Skalen erstellt, die eben anhand von Schäden gezielt die Geschwindigkeiten ermitteln. In Deutschland ist dies die detailliertere TORRO-Skala und in den USA die sogenannte Enhanced Fujita Scale (EF-Skala).

Tornados haben meist nur eine Dauer von Minuten, im Durchschnitt gibt man 10 Minuten an. Im Grunde können Tornados aber wenige Sekunden andauern oder sogar im Maximum mehr als eine Stunde (dies aber wohl eher in den USA). Dabei kann auch die Zuggeschwindigkeit der Tornados sehr variieren. Diese können dabei an der Mutterwolke und deren Aufwindbereich gekoppelt bleiben, wodurch sich eine Geschwindigkeit von im Schnitt 50 km/h ergibt. Bei zum Beispiel Wasserhosen können diese aber auch nahezu stationär sein. Bei sehr starken Höhenwinden kann die Verlagerungsgeschwindigkeit durch diesen auch bei über 100 km/h liegen. Daraus ergibt sich, dass die Spur des Tornados in der Regel linear ist aber sie kann auch durch lokale Landschaft und die lokalen Windfelder leicht verändert werden.

Die Hauptgefahr von Tornados geht dabei von ihrer Kraft aus. Ausschlaggebend ist die interne Rotationsgeschwindigkeit, die einen enormen Druck aufbauen kann. Der innere Unterdruck eines Tornados kann bei bis zu 100 hPa liegen. Durch den Druckausgleich sind teils enorme Windgeschwindigkeiten die Folge. Die höchste je gemessene Windgeschwindigkeit durch einen Tornado wurde 1999 in den USA gemessen und betrug um 500 km/h. Die für uns in Mitteleuropa geltende TORRO-Skala beginnt bei 61 km/h und geht über die Stufen T0 bis T10 hoch bis auf 482 km/h. Mit der TORRO-Skala werden übrigens auch andere Starkwindereignisse wie Downbursts erfasst. Die Hauptursache für Schäden ergibt sich dabei aus dem hohen Staudruck des Windes. Tornados sind dabei ohne Frage eine lebensbedrohliche Gefahr für Mensch und Tier, Häuser (auch Steinhäuser), Autos und natürlich Wälder. Je nach Tornado kann es also von leichten Schäden bis zur völligen Zerstörung von Gebäuden alles dabei sein. In der Regel ist bei Windgeschwindigkeiten von über 300 km/h auch von einer hohen Gefahr durch herumfliegende Trümmerteile auszugehen, wobei diese Gefahr mit Sicherheit auch bei geringeren Geschwindigkeiten gegeben ist. Auch für den Flugverkehr stellen Tornados auf Grund ihrer vertikalen Ausdehnung und den wechselnden Windrichtungen eine Gefahr dar. Vorfälle gibt es aber wohl eher selten, da die Tornados ja sehr kleinräumige Ereignisse sind und vorher erkannt werden können. Vorfälle gab es aber schon mit Kleinflugzeugen und Hubschraubern..

 

Tornado in Roetgen / Eifel vom 13.03.2019:

Am Mittwoch dem 13.03.2019 kam es in Verbindung mit Sturmtief Franz in der Eifel-Gemeinde Roetgen südlich von Aachen zu einem Tornado. Dabei kam es zu teils schweren Beschädigungen an Häusern wobei bis zu 40 beschädigt wurden und sogar 10 Häuser danach nicht mehr bewohnbar waren. Außerdem kam es zu 5 Verletzten. Der Tornado wurde dabei auch auf Video aufgenommen und ist eindeutig als solcher zu erkennen. Tornados sind zu dieser Jahreszeit eher selten, können aber wie im Hauptartikel bereits erwähnt durchaus auftreten, wenn alle Bedingungen passen. Warum man sich bei Tornados oder allgemein starken Windereignissen von Fenstern und Türen entfernen soll, zeig auch wieder die Tatsache, dass an zahlreichen Häusern durch den Druck des Windes die Scheiben nach innen gedrückt wurden. Laut ersten Einschätzungen handelte es sich wohl um einen Tornado nach TORRO-Skala irgendwo zwischen T4-T6, also mit einer Spitzengeschwindigkeit irgendwo zwischen 185-299 km/h.

Schauen wir uns nun die Wetterlage vom 13.03.2019 nachmittags an, finden wir rasch einige Elemente, die im Hauptartikel auf die Entstehung von Tornados hinwiesen. Ausgangswetterlage war, dass die Kaltfront vom Sturmtief Franz den Westen Deutschlands bereits am Abend des 12.03.2019 erreicht hatte und nachfolgend passierte. Rückseitig dieser gelangte dann in der Höhe deutlich kühlere Luft nach Mitteleuropa. Dabei kam es bereits vormittags aus Westen zu ersten schauerartigen Niederschlägen. In Verbindung mit einer Konvergenz kamen dann nach 13 Uhr weitere teils schauerartige Niederschläge auf und der Wind wehte hier bereits aus Westen. Mit Passage der Konvergenz kam es dann zu einer Verstärkung des Windes und die Luft wurde mit weiterer kühlerer Höhenluft weiter labilisiert. Während es bodennah Temperaturen um +6°C gab, nahm die Temperatur mit der Höhe rasch ab (ca. 1500m = -3°C ; ca. 5500m = -34°C). Dies ist eine erste Grundzutat für die Möglichkeit von stärkeren Schauern oder Gewittern. Dabei bildeten sich dann auch vermehrt Schauern aus und auch erste Gewitter erreichten gegen 15:30 Uhr die westdeutsche Grenze, gestützt durch ein Feld mit erhöhter vertikaler Hebung. Der Wind begann hier bereits zunehmend zu drehen und zwar mit der Höhe auf Nordwest, während bodennah dieser noch überwiegend schwach aus Westen wehte. Während bodennah der mittlere Wind eher schwach aus Westen war, drehte der Wind auf zum Beispiel ca. 1500m zwischen 13-18 Uhr sehr deutlich. Zunächst kam dieser aus SW, drehte dann aber bis zum Abend hinter der Konvergenz auf aus NW kommend. Dabei hatte er auf dieser Höhe deutlich höhere Geschwindigkeiten (bis 90 km/h) als bodennah.

Wenn man sich nun an den Hauptartikel zurückerinnert, sind hier viele Faktoren vorhanden, die eine Entstehung von Tornados fördern. Wir haben eine ausgeprägte Temperaturdifferenz zwischen der bodennahen Temperatur (ca. +6°C) und der in höheren Luftschichten (z.B. ca. 1500m mit -3°C), somit also eine labil geschichtete Luft. Zudem haben wir ein vertikales Hebungsfeld, wir haben feuchte Luft in den unteren Luftschichten und auch eine drehende Windrichtung mit der Höhe, dazu auch Geschwindigkeitszunahme. Mit dazu kamen sicher auch lokale Verwirbelungen, welche die Bildung des Tornados förderten. Die Rotation der Gewitterzelle ist dabei sogar vom Doppler-Radar festgehalten worden und sehr gut zu erkennen. Nehmen wir zum Beispiel das Doppler-Radar-Sweeps von Kachelmannwetter sehen wir um 16:30 Uhr MEZ südlich von Nütheim einen kleinen Bereich mit roter Farbe, umgeben von grünen Bereichen. Dieser engbegrenzte Farbunterschied zeigt einen starken Richtungswechsel des Windes zum Radarstandort hin und kann damit bei der Erkennung von rotierenden Bereichen in Schauern und Gewittern hindeuten. Hier geht es zum Radarbild.

Dies ist ein gutes Beispiel für ein eher seltenes Auftreten eines Tornados bezüglich der Jahreszeit, doch auch dafür, dass wenn die atmosphärischen Bedingungen passen auch bei solchen Wetterlagen Tornados sehr lokal auftreten können. Zum Glück ist bei diesem Vorfall niemand ums Leben gekommen.

Eine erste Analyse findet sich auf Unwetteragentur.de sowie auf tornadoliste.de.

 

 

Verhalten bei einem Tornado und weitere allgemeine Hinweise:

Bezüglich des Verhaltens wenn ein Tornado auftritt, möchte ich hier auf eine kleine Infobroschüre des Deutschen Wetterdienstes (DWD) verweisen, die das wichtigste umfasst.

Ein weiteres Video von Kachelmannwetter erklärt, wie man sich bei Sichtung eines Tornados verhalten sollte.

 

 

Autor des Artikels:   Frank Rinas

Quellen der Daten:  Wikipedia.de ; Rundschau-Online ; Pixabay (unbeschriftete Fotos)

 

 

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