Tropische Wirbelstürme

Hurrikane, Taifune und Zyklone sind schwere Wirbelstürme mit Windgeschwindigkeiten über 119 km/h.

Sie ziehen ihre große Energie aus den warmen tropischen und subtropischen Ozeanen und entstehen vor allem im Spätsommer und Herbst. Je nach Windgeschwindigkeit v durchläuft ein solches Wettersystem verschiedene Stadien bis es den Status eines Hurrikans, Taifuns oder Zyklons erreicht hat:

(a) tropische Störung (Windgeschwindigkeit v < 37 km/h),
(b) tropisches Tief (v < 63 km/h),
(c) tropischer Sturm (v < 119 km/h),
(d) Hurrikan, Taifun oder Zyklon (v >119 km/h).

Während Hurrikane im Nordatlantik und im Nordost­pazifik entstehen, treten Taifune im nordwest­lichen Teil des Pazifiks auf. Zyklone werden tropische Wirbelstürme genannt, die im Indischen Ozean sowie im Südpazifik vorkommen. Die Saison der tropischen Wirbelstürme ist stark mit der Meeresober­flächen­temperatur verbunden. Am häufigsten treten sie über dem östlichen Pazifik sowie über dem Westpazifik auf, während es praktisch keine derartigen Ereignisse über dem Südatlantik und Südostpazifik gibt.

Name, Beobachtungszeitraum und mittlere Anzahl der Ereignisse von Tropischen Wirbelstürmen abhängig vom Gebiet

Name

Gebiet

Saison

Höhepunkt

Anzahl pro Jahr

Hurrikan

Nordatlantik

1. Juni – 30. November

September

ca. 12

Hurrikan

NordostPazifik

15. Mai – 30. November

August/September

ca. 15

Taifun

Nordwestpazifik

Ganzjährig

August/September

ca. 26

Zyklone

Nordindik

1. April – 31. Dezember

Mai/November

ca. 5

Zyklone

Südwestindik

1. November – 30. April

Januar/Februar

ca. 9

Zyklone

Australien

1. November – 30. April

Januar/Februar

ca. 11

Zyklone

Südwestpazifik

1. November – 30. April

Februar/März

ca. 9

 

Die Klassifizierung der Hurrikane und mittlerweile auch der meistens Wirbelstürme in anderen Regionen erfolgt auf der Grundlage der Saffir-Simpson-Skala. Diese Skala ist in fünf Kategorien unterteilt, wobei die höchste Stufe 5 Windgeschwindigkeiten von über 251 km/h kennzeichnet.

Kategorien eines tropischen Wirbelsturms nach der Saffir-Simpson Hurrikan-Skala

Kategorie

Wind (km/h)

Druck (hPa)

Sturmflut (m)

1

119–153

≥ 980

1,0–2,0

2

154–177

965–979

2,0–2,5

3

178–208

945–964

2,5–4,0

4

209–251

920–944

4,0–5,5

5

≥ 252

< 920

≥ 5,5

 

Aus­gangs­punkt für einen tropischen Wirbelsturm ist eine großskalige Störung der Atmosphäre. Dies kann beispielsweise ein großräumiges Gewittersystem im Bereich der Tropen sein. Sehr oft entstehen sie jedoch aus einer westwärts ziehende Welle in der unteren Troposphäre (ca. 3 km) – sogenannten  "African Eastery Waves". Während etwa 60% aller tropischen Stürme und schwächeren Hurrikane (Kategorien 1 und 2) aus Easterly Waves hervorgehen, entwickeln sich fast 85% aller schweren Hurrikane aus diesen Gewittersystemen (Landsea 1993).

Anschließend kann sich aus dieser Störung ein tropischer Wirbelsturm bilden, wenn verschiedene notwendige Bedingungen erfüllt sind:

1.       Tropische Wirbelstürme beziehen ihre Energie durch die bei der Kondensation freiwerdende latente Wärmeenergie über dem warmen Ozean, dessen Oberflächentemperatur mindestens bei 26°C bis etwa in eine Tiefe von 50 – 60 m liegen muss (Abb. 1).

2.       Im Anfangsstadium eines Wirbelsturms ist die Corioliskraft (ablenkende Kraft der Erdrotation) entscheidend für die Initiierung der Rotationsbewegung. Da die Corioliskraft am Äquator allerdings gleich Null ist, können tropische Wirbelstürme erst ab etwa 3 – 5° nördlich bzw. südlich des Äquators entstehen (siehe Abb. 2).

3.       Um die vertikale Zirkulation aufrecht zu erhalten, ist eine homogene und insgesamt windschwache Umgebung (geringe Windscherung von weniger als 10 m/s) nötig.

4.       Für die Entstehung und Aufrechterhaltung hochreichender Konvektion ist eine Atmosphäre, die mit der Höhe schnell genug abkühlt, um Konvektion zu begünstigen (labile Schichtung) und eine hohe Feuchtigkeit in der mittleren Troposphäre (ca. 5 km) notwendig.

Die Zugbahnen tropischer Wirbelstürme werden in erster Linie durch die Strömung in mittleren Höhen (~5 km) bestimmt. Daher verlagern sich die meisten Hurrikane im Nordatlantik mit der Passatwindströmung anfangs Richtung Westen. Später erhalten sie abhängig von der Lage der Subtopenhochs langsam eine Komponente Richtung Norden. Früher oder später geraten die Hurrikane in den Bereich der Westwindzone, die sie auf eine nordöstliche Zugbahn bringt.

Tropische Wirbelstürme haben eine räumliche Ausdehnung von einigen 100 km und sind damit in der Regel im Vergleich zu außertropischen Tiefs kleiner. Im Zentrum des Wirbelsturms sitzt das Auge, eine wolkenfreie Zone in dem es nahezu windstill ist und das einen Durchmesser von mehr als 50 km haben kann. Dort sinkt die Luft ab, erwärmt sich, strömt radial nach außen und der Druck im Zentrum des Sturms fällt. Das Auge wird von den Regenbändern der Eyewall abgegrenzt, die die höchsten Windgeschwindigkeiten (aufgrund des größten Druckgradienten) aufweist. Hier sind auch die Niederschläge am intensivsten. Um das Zentrum sind spiralförmig Regenbändern angeordnet, in denen warme, feuchte Luftmassen aufsteigen. Die Regenbänder werden durch wolkenärmere Gebiete, in denen die Luft absinkt, voneinander getrennt. Diese Anordnung ist oft auch gut in Satellitenbildern erkennbar.  

Trifft ein tropischer Wirbelsturm auf Festland (landfall), steht dem Sturm nicht mehr ausreichend Feuchtigkeit bzw. Energie durch den Ozean zur Verfügung und er beginnt sich abzuschwächen. Gerät der Sturm nun weiter nach Norden, kann er sich in ein außertropisches Tief umwandeln (extratropical transition; ET) und die Strömung der mittleren Breiten soweit beeinflussen, dass beispielsweise das Potential für die Bildung starker Tiefdruckgebiete (Stürme) in Europa gegeben ist. Außerdem führt die außertropische Umwandlung oft zu großen Fehlern in den europäischen Wettermodellen, die die Vorhersage hierzulande deutlich schwieriger macht.

Tropischer Wirbelsturm sorgt für Niederschlags-Weltrekord

Tropische Wirbelstürme stellen entlang ihrer Zugbahn vor allem für Küstengebiete, aber auch für Schiffe und Versorgungseinrichtungen wie beispielsweise Ölbohrinseln eine erhebliche Gefahr dar. Auf dem Ozean ist die Gefährdung vor allem durch die sehr hohen Wellen von über 10 m Höhe und die hohen Windgeschwindigkeiten bestimmt. An Land hingegen werden primär durch die extremen Niederschläge erhebliche Schäden verursacht. Vor allem küstennahe Gebiete sind von teils schweren Überschwemmungen, ausgelöst durch Flutwellen und extremen Niederschlägen, aber auch durch orkanartige Winde betroffen. Ein tropischer Wirbelsturm ist beispielsweise auch für den Welt-Niederschlagsrekord innerhalb von 24 Stunden verantwortlich: Auf Reunion im Indischen Ozean fiel am 15./16.03.1952 eine Regenmenge von 1870 mm. Zum Vergleich: Der mittlere Jahresniederschlag in Magdeburg beträgt gerade einmal 494 mm. Eine sehr große Gefahr stellen auch die oftmals extremen Sturmfluten dar. In Küstennähe steilen sich die Wellen weiter auf, so dass dort Wellenhöhen von über 10 m möglich sind. Bei Hurrikan Katrina Ende August 2005 betrug die Wellenhöhe im Golf von Mexiko bis über 15 m.

Hurrikan Katrina war einer der jüngsten verheerenden tropischen Wirbelstürme in den USA (Kategorie 5), der weite Teile New Orleans überflutete. Obwohl Katrina ein sehr extremer Wirbelsturm war (Windböen bis 343 km/h, Starkniederschläge über 400 mm in 24 h), war nicht zuletzt das katastrophale Krisenmanagement für die massiven Schäden zumindest mitverantwortlich (Schäden 100 Mrd. €; >1800 Tote). Im Jahr 2012 führte der Hurrikan Sandy zu schweren Verwüstungen insbesondere an der Ostküste der USA, die mit direkten ökonomischen Schäden in der Größenordnung von 50 – 100 Mrd. € verbunden waren. Im Indischen Ozean löste der Zyklon Nargis 2008 in Myanmar, eine beispiellose Katastrophe aus. Der Zyklon zerstörte tausende Häuser, zahlreiche Dörfer standen komplett unter Wasser. Die Anzahl der Opfer wird inzwischen mit 138.000 angegeben. Damit gehört Nargis zu den folgenschwersten Zyklonen in den letzten Jahrzehnten.

Literatur:

  Emanuel, K., 2003: Tropical cyclones, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 31, 75–104.
 Landsea, C.W.,1993: A climatology of intense (or major) Atlantic hurricanes. Mon. Wea. Rev., 121,1703–1713.
 Landsea, C.W., 2013: Frequently Asked Questions,  Hurricane Research Division (HRD), Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML), National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

Text: Dr. Susanna Mohr, Dr. Michael Kunz, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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