Meteorologie und Klimaphysik (21) Wirbelstürme

Tropische Wirbelstürme Meteo 350 Tropische Wirbelstürme Tropische Wirbelstürme sind in erster Linie ein „Problem“ der Ozeane. Links: Hurrikan Ivan (Quelle: NASA). Rechts: Die „Hurricane Alley“ im Nordatlantik (Quelle: NASA), gelb: Oberflächentemperaturen über 28 °C.

Tropische Wirbelstürme Meteo 351 Tropische Wirbelstürme Ein Phänomen, viele Namen. Hurrikane sind nur bekannter, Taifune sind dafür wesentlich häufiger (Quelle: W&K). Tropische Wirbel- stürme entstehen immer über dem Meer, dazu nötig sind: warmes Wasser (> 27°C), eine instabile Schichtung und ..

Tropische Wirbelstürme Meteo 352 Tropische Wirbelstürme .. eine Horizontal-komponente der Corioliskraft. Direkt am Äquator entstehen sie nie. Über Land ver-lieren sie schnell an Kraft – einer-seits wegen der Reibung, anderer-seits weil ihnen der „Treibstoff“ (latente Wärme) ausgeht. Quelle: Kevin Trenberth, SdW („im Sep 2006“ meint „bis“). Eine tropische Depression ist etwas Anderes als eine Winterdepression. Die Kategorien sind auch als Saffir-Simpson-Skala bekannt. „Major Hurricanes“ haben mindestens Kategorie 3.

Wirbelstürme Ein Hurrikan beginnt als tropische Meteo 353 Wirbelstürme Ein Hurrikan beginnt als tropische Störung, die sich zu einem organi-sierten System von Gewittern ausweitet. Kommt dieser Gewitter-cluster ins Rotieren und wehen die Winde schneller als 63 km/h, erhält er – als „Tropischer Sturm“ (ab 8 Bft, eigentlich weder „Sturm“ noch „Storm“ !) einen Namen (Wenn das Alphabet „zu kurz ist“, so wie im Jahr 2005, geht es mit griech. Buchstaben weiter). Achtung Gender-Aspekt: Weib-liche und männliche Vornamen wechseln ab, die ersten Hurrikans 2014 waren z.B. Arthur, Berta. Christobal und Dolly. Kevin Trenberth, SdW

Tropische Wirbelstürme Meteo 354 Tropische Wirbelstürme Atlantische Wirbelstürme (Hurrikane bzw. Hurricanes) erreichen i.A. ein viel größeres Medienecho als ihre „KollegInnen“. Neben dem Taifun Tip (1979, rechts) nimmt sich sogar der verheerende Hurrikan Katrina (2005, links) bescheiden aus (Quelle: NOAA).

Ein unerwarteter Hurrikan Meteo 355 Ein unerwarteter Hurrikan Im März 2004 wurde der erste Hurrikan (Catarina) im Südatlantik beobachtet (o., Quelle: NASA). Bis jetzt war es dort für deren Entstehung zu kalt. Vielleicht ist es nur ein Zufall, aber die Zugbahn von Catarina verläuft genau dort, wo von Klimamodellen für das Ende des 21. Jhdts. Hurrikans vorausgesagt werden (Quelle: UK Met Office).

Tropische Wirbelstürme Meteo 356 Tropische Wirbelstürme Wasser mit über 27 °C muss bis in einige 10 m Tiefe vorhanden sein. Hier sehen wir die Spur von Taifun Ioke anhand der Abkühlung des Oberflächen-wassers (Quelle: NASA).

Meteo 357 Zyklone Zyklon Nargis traf im April/Mai 2008 Myanmar (Bild: NASA) – mit bis zu 100 000 Todesopfern war es einer der folgenschwersten tropischen Wirbel-stürme der Geschichte. Beim Bhola-Zyklon (November 1970) gab es in Bangladesch sogar mindes-tens 300 000 Todesopfer. Am 10. April 1996 wurden im Zyklon Olivia auf Barrow Island (vor der Nordwestküste Australiens) Wind-spitzen von 408 km/h gemessen – der höchste Wert, der jemals außerhalb von Tornados registriert wurde (http://wmo.asu.edu).

Meteo 358 Zyklone Zyklon Yasi (Jan./Feb. 2011) war einer der heftigsten Wirbelstürme in der Geschichte Australiens (Bilder: NASA). [Wie ist die Rotationsrichtung?]

Meteo 359 Taifune Taifun Haiyan (November 2013) war einer der stärksten tropischen Wirbelstürme seit Beginn der Auf-zeichnungen (Bild: NASA). Im Zentrum sank der Luftdruck auf 895 hPa, „1-min Windgeschwindig-keiten“ erreichten (vermutlich) bis zu 315 km/h. Auch beim „landfall“ (Philippinen) waren die Geschwindigkeiten noch ungewöhnlich hoch – das führte zu verheerenden Schäden.

Meteo 360 Taifun oder Hurrikan? Hurricane John (Aug./Sep. 1994, max. Kategorie 5 (rot)) ist der – bis jetzt – langlebigste tropische Wirbelsturm. In 31 Tagen legte er mehr als 13 000 km zurück, dabei überquerte er die Datumsgrenze – wurde zum Taifun, und dann wieder zu einem Hurrikan (Bilder: NOAA).

Meteo 361 Ein Beispiel Supertaifun Jangmi

Meteo 362 Vorhersage Taifune sind viel häufiger als ihre Verwandten im Atlantik, haben aber eine wesentlich schlechtere PR. Die Vorhersage der Zugbahn („track“) ist notorisch schwierig (Quelle: Weather Underground“).

Meteo 363 Wirklichkeit Deshalb kommt es oft anders als gedacht (bzw. erwartet, vorhergesagt). Das gilt insbesondere für Taiwan. Hier kann eine winzige Änderung ausreichen, um den Taifun statt auf die Südspitze auf die Nordspitze (und damit Taipei) treffen zu lassen (Quelle: Joint Taifun Warning Center)

Meteo 364 Jangmi Jangmi (koreanisch für „Rose“) war nicht nur einfach irgendein Taifun (Typhoon) sondern ein Supertaifun. Mit dieser Bezeichnung dürfen sich nur Taifune schmücken, die einen „maximum sustained 1-min surface wind-speed“ von 150 mph bzw. 241 km/h über-schreiten. Auf der Saffir-Simpson Skala ist das oberste Kategorie 4. Jangmi kam auf 270 km/h, mit Böen bis 325 km/h (Kategorie 5) und war damit der stärkste tropische Wirbelsturm des Jahres 2008 (Bildquelle: Naval Research Lab)

Meteo 365 Jangmi Die stärksten Wirbelstürme haben die schönsten Augen (links). Da die Wolken sehr weit hinauf reichen ist die Oberseite sehr kalt – hier bis fast -80°C (Bildquelle: Naval Res. Lab)

Meteo 366 Jangmi Tropische Wirbelstürme drehen sich auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeiger-sinn (so wie „normale“ Tiefdruckgebiete) (oben, Quelle: Weatherunderground). In den Bereichen zw. den „Spiralarmen“ gibt es auch Regenpausen (links, NASA). Der Kerndruck fiel bis auf 905 hPa.

Meteo 367 Jangmi – Niederschlag In Taiwan brachte Jangmi „sintflutartige Regen-fälle“ (Bildquelle: Central Weather Bureau). Bei der Station Taipingshan waren es 1129 mm (in Graz gab es bis jetzt nur 4 Jahre mit höherem Jahresniederschlag). Absolut verblüffend ist, dass es bei einem derartigen Ereignis zu keiner Katastrophe kommt.

Meteo 368 Jangmi – von unten (Bilder: UF)

Meteo 369 Jangmi – von unten

Meteo 370 Leben mit Taifunen Schwingungsdämpfer (unten) verhindern (bis jetzt mit Erfolg), dass „Taipei 101“ bei starkem Wind völlig unkontrolliert zu schwanken beginnt (Bilder: UF)

Wirbelstürme und Klimawandel Meteo 371 Wirbelstürme und Klimawandel Die weltweiten Schäden durch tropische Wirbelstürme haben in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen – aber (bis jetzt) nicht die Stürme selbst (Weinkle et al., J. Clim., 2012). In allen Ozeanbecken gibt es starke dekadische Schwankungen, im Atlantik gab es eine (leichte) Tendenz zu intensiveren und langlebigeren Stürmen.

Hurrikane im Mittelmeer? Meteo 372 Hurrikane im Mittelmeer? Manchmal bilden sich über dem Mittelmeer rotierende Tiefdruckgebiete, die Ähnlichkeiten mit Hurricanes haben, und sogar gelegentlich ein „Auge“ ausbilden (z.B. 1999, links, NASA) – sie werden u. A. als Medicanes bezeichnet. Im Bsp. rechts (Nov. 2011, NOAA) hatte das System sogar einen „warmen Kern“ – und wurde von der NOAA (erstmals) „offiziell“ als „Tropical-like storm“ (mit „hurricane-force“) klassifiziert.

Wirbelsturm – am Saturn Meteo 373 Wirbelsturm – am Saturn Um den Nordpol des Saturn (links) existiert eine rätselhafte hexagonale Struktur (Mitte, Falschfarben). In deren Zentrum befindet sich ein Wirbel, der an das Auge einer Hurrikans erinnert (rechts, Falschfarben: rot – tiefe, grün – hohe Wolken) – allerdings mit einem Durchmesser von ~2000 km. Windgeschwindigkeiten in Bereich der „eyewall“ liegen bei 500 km/h.

Meteo 374 Tornados Während starke Windscherung für Tropische Wirbelstürme „Gift ist“, ist sie für Tornados geradezu eine Voraussetzung. (Bild: Eric. Nguyen). Tornados werden nach der Fujita-Skala klassifiziert – theoretisch F0 bis F12, aber F12 ist die Schallgeschwindigkeit. Mehr als F5 wurde bis jetzt noch nicht beobachtet, aber da gibt es immerhin schon Windgeschwindigkeiten bis 500 km/h. Auch wenn es keine Windmessung gibt, kann man die Windgeschwindig- keit häufig noch rekonstruieren (Bild: NOAA).

Meteo 375 Fujita-Skala Meist erfolgt die Einstufung aufgrund von Gebäudeschäden, wobei die Bauweise zu berücksichtigen ist (Quelle: TorDACH, nach T. T. Fujita). (Auch deshalb) muss die Skala für europäische Verhältnisse modifiziert werden.

Meteo 376 TORRO-Skala In Europa wird meist die TORRO Skala, bzw. T-Skala verwendet (nach Terence Meaden von der „Tornado and Storm Research Organisation“). Sie löst doppelt so fein auf: T10 ist ein „schwacher“, T11 ein heftiger F5 Tornado. Bei T9 (bzw. F4) darf man sich z.B. einstellen auf: Überwiegend Totalschäden an Massivbauten. Züge werden von den Schienen gerissen Totale Entrindung stehen bleibender Baumstämme oder Baumteile durch umher fliegende Kleintrümmer sowie Sand etc. Theoretisch geht es auch noch weiter, nach der Beziehung. Bei der Beaufort-Skala hatten wir eine ähnliche Beziehung, allerdings in Potenzen von B. F0 beginnt also bei 8 Bft, F1 (bzw. T2) ist schon ein Orkan.

Meteo 377 Skalen Die Fujita-Skala ist so konstruiert, dass sie Beaufort-Skala und Mach-Zahl miteinander verknüpft (links, nach T. T. Fujita). Die auf Basis der Fujita-Skala ab-geschätzten Windgeschwindigkeiten waren häufig zu hoch, deshalb wird jetzt vermehrt die Enhanced Fujita Scale verwendet (EF 5 entspricht z.B. mindestens 322 km/h (bzw. 200 mph), nach oben offen). Die höchste je gemessene Wind-geschwindigkeit in einem Tornado (mit Doppler-Radar, Unsicherheit ca. 30 km/h) war 486 km/h (1999 in Oklahoma) – das wäre sowohl F5 als auch EF5.

Tornados in Österreich? Meteo 378 Tornados in Österreich? Der Tornado mit den größten Schäden und den meisten Todesopfern ereignete sich im Jahr 1916 in Wiener Neustadt. Ein ganzer Stadtteil, die „Josefstadt“, wurde verwüstet. 32 Menschen starben in den Trümmern, 328 wurden verletzt. Rekonstruktionen lassen auf Windgeschwindig-keiten von über 300 km/h schließen. Damit wäre der Tornado auf der Fujita-Skala als „F3“ einzustufen (Quelle A. Holzer, TorDACH).

Tornados in Österreich Meteo 379 Tornados in Österreich Oben: Ein F2-Tornado in Litschau im nördlichen Waldviertel, 1966. Links: Zugbahn eines F3-Tornados in der Steiermark, 1927, untersucht von Alfred Wegener (Quelle: Alois Holzer, TorDACH, www.tornados.at).

Meteo 380 Tornado - Entstehung „Klassische“ (zykonale) Tornados bilden sich in rotierenden Superzellen (links, Bild: M. Olbinski), die im gleichen Sinn rotieren, wie ein Tiefdruck-gebiet. Aber längst nicht in allen geeigneten Superzellen entstehen auch Tornados. Besonders häufig passiert das in der „Tornado Alley“ (Karte: NG).

Meteo 381 Tornado - Entstehung National Geographic

Meteo 382 Tornados über dem Meer Gleich vier Wasserhosen zeigen sich hier vor der Insel Othoni in der Adria (Bild: Roberto Guidici).