Tornados sind kleinräumige, heftige Luftwirbel. Es gibt jedoch keinen festen Ablauf, der jedes rotierende Gewitter in einen Tornado verwandelt. Hier erfährst du, was über ihre Entstehung bekannt ist, was Radar wirklich bestätigen kann und wie du bei einer Warnung richtig reagierst.
Was ist ein Tornado?
Ein Tornado ist eine heftig rotierende Luftsäule, die von einem Gewitter bis zum Boden reicht. Die drehende Luft selbst ist unsichtbar. Sichtbar sind meist kondensierte Wassertröpfchen, aufgewirbelter Staub, Erde oder Trümmer.
Diese Unterscheidung ist wichtig. Ein Kondensationstrichter muss nicht sichtbar bis zum Boden reichen. Berührt die Zirkulation bereits die Oberfläche, handelt es sich um einen Tornado, auch wenn das untere Ende des Trichters unsichtbar bleibt. Erreicht die Zirkulation den Boden nicht, spricht man von einer Trichterwolke.
Tornados können aus verschiedenen konvektiven Stürmen entstehen. Viele der stärksten entwickeln sich aus Superzellen mit einem beständigen rotierenden Aufwind. Dieser Artikel konzentriert sich auf diesen Prozess, doch er ist nicht der einzige Weg zur Tornadogenese.
Die Zutaten für ein rotierendes Gewitter
Eine tornadische Superzelle benötigt ein günstiges Zusammenspiel aus Feuchtigkeit, Instabilität, Hebung und vertikaler Windscherung.
Warme, feuchte Luft in Bodennähe kann aufsteigen, wenn darüber kältere Luft liegt. Eine Front, ein Trog oder eine andere Grenze kann die Luft so weit anheben, dass sich ein kräftiges
[Gewitter](/de/resources/thunderstorms) bildet. Die für ein aufsteigendes Luftpaket verfügbare Energie beschreiben Meteorologinnen und Meteorologen unter anderem mit der konvektiv verfügbaren potenziellen Energie, kurz CAPE.
CAPE allein ist keine Tornadovorhersage. Große Instabilität kann starke Aufwinde unterstützen, doch das Gewitter braucht auch ein passendes Windprofil und eine geeignete Struktur. Eine warme Luftschicht oberhalb des Bodens kann Konvektion vorübergehend hemmen. Eine solche Sperrschicht ist weder notwendig, noch führt ihr Abbau automatisch zu einem heftigeren Gewitter.
Vertikale Windscherung bedeutet, dass sich Windgeschwindigkeit, Windrichtung oder beides mit der Höhe ändern. Dadurch kann horizontale Vorticity entstehen, also eine Tendenz zur Rotation um eine waagerechte Achse. Ein wachsender Aufwind kann einen Teil davon in die Vertikale kippen und strecken. Wird der rotierende Aufwind beständig und organisiert, ist das Gewitter eine Superzelle. Seine großräumigere Rotation heißt Mesozyklone.
Der tatsächliche Prozess ist dreidimensional. Gewitterrelative Strömung, Auftrieb und Druckkräfte formen den Aufwind. Es gibt daher weder ein universelles Windprofil noch einen einfachen Luftschlauch, der nur aufgerichtet werden müsste.
Warum eine Mesozyklone noch kein Tornado ist
Eine Mesozyklone ist viel breiter als ein Tornado und liegt größtenteils oberhalb des Bodens. Dopplerradar kann diese Rotation im Gewitter erkennen, doch die meisten Mesozyklonen erzeugen keinen Tornado. Der schwierige Schritt besteht darin, starke Rotation in Bodennähe zu entwickeln und unter dem Aufwind zu bündeln.
Der Ausfluss eines Gewitters erzeugt nahe dem Boden starke Unterschiede bei Temperatur und Wind. Dichteunterschiede und Reibung können dort horizontale Vorticity erzeugen. Abwinde, Zuströmung und Aufwind können diese Rotation anschließend neu ausrichten, verlagern, zusammenführen und strecken. Simulationen und Messungen zeigen mehrere mögliche Wege. Dazu gehört in manchen Gewittern der Transport von Drehimpuls nach unten und innen. Sie belegen jedoch keinen festen Ablauf, bei dem ein Abwind eine bestehende Mesozyklone einfach bis zum Boden drückt.
Die Forschung klärt weiterhin, warum eine Superzelle einen Tornado hervorbringt und eine benachbarte Zelle mit ähnlichem Radarbild nicht. Die allgemeinen Zutaten sind gut bekannt. Ihr Timing, ihre Lage und ihr Zusammenspiel in Bodennähe sind noch Gegenstand der Forschung.
Welche Rolle der rückseitige Flankenabwind spielt
Der rückseitige Flankenabwind, auf Englisch rear-flank downdraft oder kurz RFD, sinkt an der Rückseite des rotierenden Superzellenaufwinds ab. Niederschlag, der sich um diese Zirkulation legt, kann im Radar ein hakenförmiges Echo erzeugen.
Der RFD ist an vielen Superzellentornados beteiligt. Er wirkt aber nicht wie ein Kolben, der eine Mesozyklone zu einem Tornado zusammendrückt. Er kann bodennahe Vorticity und Konvergenz rund um den Aufwind neu ordnen. Dabei kommt es auf Temperatur, Feuchte, Geschwindigkeit und Lage an.
Ein vergleichsweise warmer, auftriebsreicher RFD kann der Luft erlauben, weiter in den Aufwind zu steigen. Kältere und dichtere Ausflussluft kann sich dagegen unter dem Gewitter ausbreiten und die Zirkulation von der warmen Zuströmung trennen. Der Abwind kann die Tornadogenese deshalb fördern, schwächen oder verhindern. Die VORTEX-Forschung der NOAA untersucht solche feinen Unterschiede zwischen tornadischen und nicht tornadischen Superzellen.
Auch andere Abwinde und Grenzen innerhalb des Gewitters können mitwirken. Der RFD ist Teil einer wechselwirkenden Strömung, kein sicherer Auslöser.
Warum sich die Rotation beschleunigt
Strömt Luft zu einer rotierenden Zirkulation und steigt auf, kann der Wirbel schmaler und höher werden. Die Streckung verstärkt seine vertikale Vorticity und damit die Rotation. Die Erhaltung des Drehimpulses hilft zu erklären, warum sich Luft näher an der Achse schneller drehen kann. Eine Eiskunstläuferin beschleunigt ihre Drehung auf ähnliche Weise, wenn sie die Arme anzieht.
Das bedeutet nicht, dass ein Tornado seine gesamte mechanische Energie erhält. Die Windgeschwindigkeit steigt auch nicht exponentiell, wenn der Radius kleiner wird. Ein Tornado ist eine offene, turbulente Strömung, die fortlaufend Wärme, Feuchtigkeit, Masse und Impuls mit dem umgebenden Gewitter austauscht. Druckgradienten, Reibung, Zuströmung, Vertikalbewegung und die Verteilung des Drehimpulses prägen sein Windfeld.
Ein Tornado ist kein Vakuum. Zum Zentrum hin sinkt zwar der Luftdruck, doch die Hauptgefahren sind extreme Winde und umherfliegende Trümmer, nicht ein Sog in einen leeren Kern. Manche Tornados enthalten zudem kleinere Saugwirbel, die die Hauptzirkulation umlaufen und schmale Streifen besonders schwerer Schäden hinterlassen können.
Von der unsichtbaren Zirkulation zum Trichter
In Richtung des Zentrums eines starken Wirbels fällt der Druck. Nach innen strömende und aufsteigende Luft dehnt sich aus und kühlt ab. Erreicht sie ihren Taupunkt, kondensiert Wasserdampf zu Tröpfchen und macht einen Teil der Zirkulation als Trichter sichtbar.
Der sichtbare Trichter zeigt die Ausdehnung des gefährlichen Windfelds nicht zuverlässig. Trockene Luft kann einen großen Teil des Tornados unsichtbar lassen, Regen kann ihn vollständig verbergen. Staub oder rotierende Trümmer am Boden können einen Tornado verraten, bevor der Kondensationstrichter den Boden zu berühren scheint.
Auch eine Wallcloud muss vorsichtig gedeutet werden. Diese örtlich abgesenkte Wolkenbasis kann sich unter dem niederschlagsfreien Teil eines Superzellenaufwinds drehen. Sie markiert einen Bereich, den man aufmerksam beobachten sollte, doch viele Wallclouds erzeugen nie einen Tornado.
Was Radar bestätigen kann und was nicht
Vorhersagedienste verbinden Informationen über die Gewitterumgebung mit Radartrends, Meldungen geschulter Beobachterinnen und Beobachter sowie verfügbaren Sichtbeobachtungen.
Dopplerradar misst Bewegung zum Radar hin und von ihm weg. Stark gegensätzliche Geschwindigkeiten dicht nebeneinander können eine enge Rotation zeigen. Ein Hakenecho weist auf Niederschlag hin, der sich um einen Aufwind legt, und kann eine günstige Gewitterstruktur anzeigen. Weder ein Haken noch ein Geschwindigkeitspaar beweist jedoch, dass sich ein Tornado am Boden befindet.
Dualpolarisationsradar kann manchmal Trümmer erkennen, die nicht aus Niederschlag bestehen und von der Rotation in die Höhe gerissen wurden. Eine solche Tornado-Trümmersignatur zusammen mit starker Rotation gibt hohe Sicherheit, dass ein schadenbringender Tornado aktiv ist. Fehlt die Signatur, ist ein Tornado trotzdem möglich. Ein schwacher Wirbel hebt womöglich kaum Trümmer an. Auch Entfernung, Höhe des Radarstrahls, Gelände oder der zeitliche Abstand zwischen Radarscans können die Signatur verbergen.
Ein Wetterradar erfasst die Zirkulation meist oberhalb des Bodens und glättet Strukturen, die kleiner als sein Strahl sind. Es kann weder die Windgeschwindigkeit am Boden noch die spätere Schadensklasse zuverlässig bestimmen. Der Radarleitfaden der NOAA erklärt diese Signaturen genauer.
Warnstufen und ein sicherer Schutzraum
Bezeichnungen und Warnsysteme unterscheiden sich je nach Land. Folge deshalb immer dem offiziellen Wetterdienst an deinem Aufenthaltsort. In den USA bedeutet ein Tornado Watch, dass Tornados in oder nahe einem größeren Beobachtungsgebiet möglich sind. Dann ist es Zeit, den Notfallplan zu prüfen und sich bereitzuhalten. Ein Tornado Warning bedeutet, dass ein Tornado gesichtet oder vom Radar angezeigt wurde. Schutz ist sofort nötig. Eine radarbasierte Warnung bedeutet nicht, dass der Tornado bereits mit eigenen Augen bestätigt wurde. Der Warnleitfaden des US-Wetterdienstes erklärt diese Begriffe.
Gehe in einem stabilen Gebäude in einen Keller, Schutzraum oder kleinen innen liegenden Raum im untersten Stockwerk. Halte Abstand zu Fenstern und großen Hallen, und schütze Kopf und Nacken. Warte nicht darauf, einen Trichter zu sehen.
Ein Mobilheim ist bei einem Tornado kein sicherer Ort. Droht Unwetter, solltest du schon vor einer Warnung ein stabiles Gebäude oder einen ausgewiesenen Schutzraum erreichen. Im Auto ist ein nahe gelegenes stabiles Gebäude die beste Wahl. Ist keines erreichbar, empfiehlt der US-Wetterdienst, sich im Fahrzeug tief zu ducken und den Kopf zu schützen oder das Auto nur dann für eine deutlich tiefer liegende Stelle wie einen Graben zu verlassen, wenn dies sicher möglich ist. Die bessere Option hängt von der Situation ab. Halte niemals unter einer Autobahnbrücke und versuche nicht, einem nahen Tornado im Verkehr davonzufahren.
Was eine EF-Einstufung bedeutet
In den USA vergibt der National Weather Service nach einem Tornado eine Einstufung von EF0 bis EF5 auf der Enhanced-Fujita-Skala. Sachverständige vergleichen Schadensindikatoren und Schadensgrade. Dabei berücksichtigen sie auch die Bauqualität und schätzen, welcher Wind die beobachteten Schäden verursacht haben dürfte. Die zugehörigen Werte sind geschätzte Drei-Sekunden-Böen, keine direkten Messungen.
Eine EF-Einstufung ist somit eine nachträgliche Schadensbewertung. Sie ist weder ein Radarwert in Echtzeit noch eine Vorhersagekategorie oder ein Maß für die Dringlichkeit einer Warnung. Über freiem Gelände kann ein Tornado außerdem zu wenige geeignete Schäden für eine sichere Einstufung hinterlassen. Andere Länder nutzen teils andere Skalen oder Bewertungsverfahren. Der EF-Leitfaden des US-Wetterdienstes beschreibt das amerikanische Verfahren.
Unwetter mit Airpult verfolgen
Airpult Entdecken zeigt allgemeine Vorhersagebedingungen wie heranziehenden Regen, Bewölkung und Wind. Die öffentliche Vorhersageseite stellt derzeit keine NWS- oder WMO-Warnmeldungen dar. Eine allgemeine Vorhersage kann einen kleinen, kurzlebigen Tornado außerdem nicht lange im Voraus lokalisieren. Aktiviere deshalb bei möglichem Schwergewitter immer die offiziellen lokalen Warnungen.
Weitere Hintergründe findest du im Artikel über
[Windvorhersagen](/de/resources/wind-speed) und unter So entstehen Wettervorhersagen.
