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Ein Beispiel zur Informationsverarbeitung:
Quellen: Blüthgen, Allgemeine Klimageographie; GEO-SPECIAL "WETTER" von 1982; GEO-WISSEN "KLIMA, WETTER, MENSCH" von 1987; Internet und Stuttgarter Zeitung. Letztere war Anlass für die Bearbeitung des Themas "Tornado", weil die im Artikel enthaltene "StZ-Grafik/dpa" nicht schlüssig war.
Das Ergebnis dieses Materialstudiums wird in eigene Worte gefasst und mit eigenen Zeichnungen zur Visualisierung der schwierigeren Details versehen.
Wie entsteht ein Tornado?
Zuerst die beobachteten Besonderheiten:
- Der Wirbelsturm ist kleinräumig und hat sehr große Zerstörungskraft.
- Die Windgeschwindigkeiten sind nicht direkt messbar, sie sind nur aus den Schäden zu folgern. Man schätzt, dass die Höchstgeschwindigkeiten bei 500 km/h liegen.
- Die Lebensdauer eines Tornados ist sehr begrenzt, die Zugbahn ist nur ca. 5 bis 10 km lang.
- Die Zerstörungszone am Fuß des Tornadoschlauches hat einen Durchmesser von einigen 100 m.
- Aufgewirbelte Gegenstände (z.B. Briefkästen etc.) werden oft über 100 km weit in NO-Richtung transportiert, bevor sie wieder herabfallen.
- Tornados treten in Amerika nur in den Südstaaten der USA auf.
- Tornados treten nur im Frühjahr und im Sommer auf (spezielle Großwetterlagen).
- Tornados treten zusammen mit einer speziellen Lage des Jetstreams über den USA auf.
Erklärung:
Über den Südstaaten liegt ein Tiefdruckgebiet, darüber ein Jetstream in 12 bis 16 km Höhe. (Jetstream über USA, leider nicht vom Mai 1999)
Am Boden fließt warme und sehr feuchte Luft aus dem Golf von Mexico ins Land. Durch den Jetstream wird trockene kalte Luft in der Höhe herantransportiert und sehr schnell über die warme Luft am Boden geschoben.
Die Kaltfront kommt am Boden nicht vorwärts wegen der N-S-Lage der Rocky Mountains.
Ein Querschnitt zur entstehenden Kaltfront:
Im Tagesverlauf wird diese instabile Luftschichtung (kalte schwere Luft liegt auf warmer leichter Luft) durch zusätzliche Sonneneinstrahlung noch instabiler.
Stellenweise bricht dann am Nachmittag die schwere kalte Luft nach unten in die warme Bodenluft ein. Im Austausch steigt sofort warmfeuchte Luft auf. In der Höhe erscheint eine Cumulonimbus-Wolke, häufig an der Unterseite mit diesen Kaltluftsäcken. Die Feuchtigkeit der aufgestiegenen Warmluft ist oberhalb des Kondensationsniveaus kondensiert und damit sichtbar geworden.
So kann man sich den Beginn einer Tornado-Entwicklung vorstellen:
Die eingebrochene Kaltluft bahnt sich in einem Schlauch den Weg nach unten, zum Boden. Dieser Schlauch entwickelt sich von oben nach unten. Er ist sichtbar, da an den Trennflächen zur warmen umgebenden Luft deren Feuchtigkeit durch Abkühlung kondensiert.
Die Kondensation der aufsteigenen Luft setzt gleichzeitig Wärme frei (Kondensationswärme als Gegenstück zur Verdunstungskälte), so dass sich die aufsteigende Warmluft sehr stark nach oben beschleunigt. Nun wirkt die Corioliskraft (Erdrotation). Durch die Corioliskraft erhält bewegte Luft auf der Nordhalbkugel einen Drall nach links. Der äußere aufsteigende Luftschlauch beginnt sich immer schneller zu drehen.
Die Fliehkraft erzeugt im Schlauch einen sehr hohen Unterdruck, der eine Zerstörungskomponente eines Tornados ist und Häuser zerbersten lässt.
Die hohe Drehbewegung der aufsteigenden Luft ist die zweite Zerstörungskomponente. Je enger der Schlauch umso höher die Drehgeschwindigkeit. Die Zerstörungskraft ist also am Erdboden am größten.
Der äußere Schlauch ist in seinem unteren Teil nur durch aufgewirbelte Materialien sichtbar. Die Cumulonimbuswolke ist der Oberteil des Wirbels, durch den großen Durchmesser ist dort die Drehgeschwindigkeit wesentlich geringer.
Da sich die kalte Höhenluft über der nahezu horizontalen Luftmassengrenze (Front) nach Osten oder Nordosten bewegt, erhält der Tornado eine schräge Vertikallage.
Das Modell eines Tornados:
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