Wie entstehen Tornados?

Auch in Europa und Deutschland gibt es immer öfter Meldungen von Tornados. Doch wie entstehen die Wirbelwinde genau?

Tornados erzeugen die stärksten bodennahen Winde der Erde und können katastrophale Schäden verursachen. Glücklicherweise sind sie sehr selten und die meisten der Wirbelwinde sind schwach und kurzlebig. Auch in Deutschland gibt es Tornados, laut Deutschem Wetterdienst etwa 25 bis 70 bestätigte Fälle pro Jahr (DWD, 2024), und auch die stärksten Tornados sind hierzulande möglich. Um in Zukunft genauere Vorhersagen und Warnungen zu ermöglichen, erforscht die Arbeitsgruppe Atmosphärische Risiken als Teil von CEDIM daher die Tornado Entstehung.

Tornados sind Wirbelwinde unterhalb einer Cumulus Wolke mit Bodenkontakt und Durchmessern in der Größenordnung von 100 m (Abb. 1). Sie sind also nicht zu verwechseln mit den viel größeren und völlig anders aufgebauten Hurrikanen. Man unterscheidet Tornados in verschiedene Typen nach ihrer Entstehung (1) entlang von Luftmassengrenzen (z.B. Wasserhosen), (2) bei linearen Gewittersystemen oder (3) bei einzelnen sogenannten Superzellen (Abb. 1). Letztere produzieren fast alle starken Tornados und sind in diesem Rahmen am besten erforscht, wie Anfang dieses Jahres in Zusammenarbeit mit Forschern aus den USA in diesem wissenschaftlichen Review-Artikel zusammengefasst wurde (Fischer et al., 2024: Supercell tornadogenesis: Recent progress in our state of understanding).

*Abb. 1: Zeitabfolge der Entstehung eines Superzellen-Tornados nahe der Stadt Earth in Texas im Mai 2021 (© Fotos Alex Schueth).*

Kurzfassung des Artikels: Superzellen-Tornados entstehen in vier Schritten (siehe Abb. 2). Zunächst benötigt es einen rotierenden Aufwind, die sogenannte Mesozylone, welcher entstehen kann wenn sich der Wind stark mit der Höhe ändert. Die Mesozyklone führt dazu, dass am Boden die Luft besonders schnell nach oben in das Gewitter eingesaugt wird. In Schritt zwei entstehen in der kalten ausströmenden Luft des Gewitters Verwirbelungen, welche in Schritt drei durch die vertikale Beschleunigung in die Mesozyklone gestreckt, verstärkt, und zu einem Wirbel organisiert werden. In den meisten Fällen ist die Verstärkung ungenügend und der Wirbel löst sich wieder auf bevor er Tornadostärke erreicht. Ist die Organisation und Verstärkung jedoch ausreichend, kann sich ein stabiler Strömungszustand etablieren bei dem die Luft nahe am Bodens spiralförmig einströmt um im Zentrum rapide als Wirbel aufzusteigen. Ein Tornado ist damit entstanden. Durch die schnelle Rotation kondensiert außerdem die Luft im Kern des Wirbels, was den Tornado als „Funnel“-Wolke sichtbar macht (Abb. 1).

Fischer, J., Dahl, J. M. L., Coffer, B. E., Houser, J. L., Markowski, P. M., Parker, M. D., Weiss, C. C., Schueth, A. ( 2024): Supercell tornadogenesis: Recent progress in our state of understanding. Bull. Amer. Meteor. Soc., 105, E1084–E1097, doi:10.1175/BAMS-D-23-0031.1.

*Abb. 2: Die vier Schritte der Tornado Entstehung (Fischer et al., 2024).*

Zugehöriges Institut am KIT: Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Troposphärenforschung (IMKTRO)
Autor: Jannick Fischer (Okt. 2024)