Hitting the Books: Wie Hurrikane funktionieren

HDie Hurrikansaison ist derzeit an der Golfküste und an der Ostküste in vollem Gange. Nach einem beunruhigend ruhigen Start im Juni erwarten Meteorologen immer noch eine geschäftigere Strecke als gewöhnlich, bevor das windige Wetter (hoffentlich) Ende November nachlässt. Meteorologen wie Matthew Cappucci, der in seinem neuen Buch Nach oben schauen: Die wahren Abenteuer eines sturmjagenden Wetter-Nerds, erzählt von seiner Karriere als Sturmjäger – von der Besessenheit der Kindheit bis zur Besessenheit des Erwachsenenalters als Mittel zur Erwerbstätigkeit. Im folgenden Auszug erklärt Cappucci das Innenleben tropischer Stürme.

Simon und Schuster

Auszug aus Nach oben schauen: Die wahren Abenteuer eines sturmjagenden Wetter-Nerds von Matthäus Cappucci. Herausgegeben von Pegasus Books. Copyright © 2022 von Matthew Cappucci. Alle Rechte vorbehalten.


Hurrikane sind Wärmekraftmaschinen. Sie beziehen ihre Wut aus dem warmen Ozeanwasser in den Tropen, wo die Meeresoberflächentemperaturen zwischen Juli und Oktober routinemäßig in der Mitte bis in die oberen 80er Jahre schwanken. Hurrikane und tropische Stürme fallen unter das Dach der tropischen Wirbelstürme. Sie können katastrophal sein, aber sie haben einen Zweck – einige Wissenschaftler schätzen, dass sie für bis zu 10 Prozent des jährlichen Wärmetransports der Erde vom Äquator zum Pol verantwortlich sind.

Hurrikane unterscheiden sich von Systemen mittlerer Breiten. Sogenannte extratropische oder nichttropische Stürme hängen von Schwankungen der Lufttemperatur und -dichte ab, um sich zu bilden, und ernähren sich von wechselnden Winden. Hurrikane erfordern eine ruhige Umgebung mit sanften Höhenwinden und einem nahezu gleichmäßigen Temperaturfeld. So ironisch es klingen mag, die schlimmsten Stürme des Planeten werden aus einer Fülle von Ruhe geboren.

Die erste Zutat ist eine tropische Welle oder ein Gewitterklumpen. Zu Beginn der Hurrikansaison können tropische Wellen am Ende von Kaltfronten aufwirbeln, die vor der Ostküste branden. Während der Hurrikansaison im August und September treten sie häufig vor der Küste Afrikas in der Hauptentwicklungsregion des Atlantiks auf. Im Oktober und November können heimtückische, einheimische Bedrohungen heimlich im Golf von Mexiko oder in der Karibik landen.

Jede einzelne Gewitterzelle innerhalb einer tropischen Welle hat einen Aufwind und einen Abwind. Der nach unten strömende kühle Luftstrom, der aus einer Zelle kollabiert, kann eine benachbarte Zelle ersticken und ihren Untergang bedeuten. Damit Gewitter in unmittelbarer Nähe koexistieren können, müssen sie sich organisieren. Der effizienteste Weg, dies zu tun, besteht darin, sich um ein gemeinsames Zentrum zu orientieren, wobei die Auf- und Abwinde der einzelnen Zellen im Tandem arbeiten.

Wenn sich ein Zentrum bildet, beginnt sich ein unterbrochenes Band von Gewittern um es herum zu materialisieren. Warme, feuchte Luft steigt innerhalb dieser Stürme auf, am schnellsten, wenn man sich dem unteren Zentrum des breiteren Systems nähert. Dadurch sinkt der atmosphärische Druck, da Luft evakuiert und Masse entfernt wird. Ab da beginnt das System zu atmen.

Luft bewegt sich vom Hochdruck zum Niederdruck. Das saugt Luft nach innen in Richtung der Mitte. Aufgrund der Coriolis-Kraft, einem Produkt der Erddrehung, nehmen Luftpakete einen gekrümmten Weg in das Zentrum des jungen Wirbelsturms. Dadurch dreht sich das System.

Hurrikane drehen sich auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und südlich des Äquators im Uhrzeigersinn. Obwohl sich am Äquator das heißeste Ozeanwasser der Welt befindet, könnte sich dort niemals ein Hurrikan bilden. Das liegt daran, dass die Coriolis-Kraft am Äquator null ist; es gäbe nichts, was einen Sturm zum Drehen bringen könnte.

Wenn sich Lufttaschen von außerhalb des entstehenden tropischen Wirbelsturms in den Wirbel winden, dehnen sie sich aus, wenn der barometrische Druck abnimmt. Dadurch wird Wärme in die Atmosphäre abgegeben, was zu Wolken und Regen führt. Normalerweise würde dies zu einem Temperaturabfall eines Luftpakets führen, aber da es in Kontakt mit warmem Ozeanwasser steht, behält es eine konstante Temperatur bei; es wird mit der gleichen Geschwindigkeit erhitzt, mit der es Temperatur an seine Umgebung verliert. Solange ein Sturm über dem offenen Wasser ist und die Meeresoberflächentemperaturen ausreichend mild sind, kann er weiterhin ozeanische Wärmeinhalte entziehen.

Die Niederschlagsraten innerhalb tropischer Wirbelstürme können dank der hohen Niederschlagseffizienz vier Zoll pro Stunde überschreiten. Da die gesamte atmosphärische Säule gesättigt ist, gibt es wenig Verdunstung, die einen Regentropfen auf dem Weg nach unten wegfressen könnte. Infolgedessen sind Süßwasserüberschwemmungen im Landesinneren die Todesursache Nummer eins durch tropische Wirbelstürme.

Die stärksten Winde sind in der Mitte eines tropischen Sturms oder Hurrikans in der Augenwand zu finden. Dort befindet sich der größte Druckgradient bzw. die Änderung des Luftdrucks mit der Entfernung. Je steiler das Gefälle, desto stärker die Winde. Das liegt daran, dass Luft den Gradienten hinunterstürzt. Denken Sie an Skifahren – Sie werden schneller Ski fahren, wenn es einen steileren Hang gibt.

Wenn die maximal anhaltenden Windgeschwindigkeiten 39 mph überschreiten, wird das System als tropischer Sturm bezeichnet. Erst wenn Winde 74 Meilen pro Stunde überschreiten, wird es als Hurrikan bezeichnet. Größere Hurrikane haben Windgeschwindigkeiten von 111 mph oder mehr und entsprechen der Stärke der Kategorie 3. Eine Kategorie 5 enthält extreme Winde von über 250 km/h.

Da die Winde von Luft stammen, die hereinströmt, um eine Lücke oder ein Luftdefizit zu füllen, sind die heftigsten Hurrikane normalerweise diejenigen mit dem niedrigsten Luftdruck. Die schlimmsten Hurrikane und Taifune können einen minimalen zentralen barometrischen Druck von etwa 90 Prozent des Umgebungsluftdrucks außerhalb des Sturms haben. Das bedeutet, dass 10 Prozent der Masse der Atmosphäre fehlen.

Stellen Sie sich vor, Sie rühren Ihre Tasse Kaffee mit einem Teelöffel um. Kennst du das Bad in der Mitte des Whirlpools? Je tiefer die Senke oder das Flüssigkeitsdefizit, desto schneller muss sich die Flüssigkeit drehen. Hurrikane sind die gleichen. Aber was verhindert, dass sich diese Senke ausfüllt? Hurrikan-Eyewalls befinden sich im zyklostrophischen Gleichgewicht.

Das bedeutet, dass eine perfekte Stasis der Kräfte es praktisch unmöglich macht, einen Sturm im stationären Zustand “auszufüllen”. Aufgrund ihres engen Krümmungsradius erfahren um das Auge herumwirbelnde Luftpakete eine unglaubliche nach außen gerichtete Zentrifugalkraft, die genau gleich dem nach innen gerichteten Zug der Druckgradientenkraft ist. Das lässt sie kontinuierliche Kreise ziehen.

Wenn Sie jemals eine Höhenänderung erlebt haben, wie zum Beispiel beim Fliegen in einem Flugzeug oder sogar beim Reisen auf die Spitze eines Wolkenkratzers, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass Ihre Ohren knallen. Das liegt daran, dass sie sich an den Luftdruckabfall mit der Höhe anpassten. Stellen Sie sich nun vor, die gesamte Luft unterhalb dieser Höhe wäre verschwunden. Das entspricht dem Luftdruck im Auge eines großen Hurrikans. Der Unterschied im Luftdruck ist der Grund, warum ein Hurrikan mit den Worten von Buddy the Elf „saugend ist. Sehr ätzend.“

Manchmal durchlaufen Hurrikane Augenwand-Ersatzzyklen, bei denen eine Augenwand schrumpft und in das Auge zerbröckelt, während sich eine neue Augenwand um sie herum bildet und sich zusammenzieht und den Platz ihres Vorgängers einnimmt. Dies führt normalerweise zu einem doppelten Windmaximum in der Nähe des Sturmzentrums sowie zu einem kurzen Plateau der Intensivierung.

Zusätzlich zu den scheuernden Winden, die innerhalb der Augenwand zu finden sind, können Tornados, Wirbel im Tornadomaßstab, Miniwirbel und andere kaum verstandene Windphänomene im kleinen Maßstab um das Auge herumfegen und zu Streifen mit extremen Schäden führen. Ein Miniwirbel mag nur ein paar Meter breit sein, aber ein Wirbelsturm mit 70 mph, der sich in einem Hintergrundwind von 100 mph bewegt, kann zu einem schmalen Pfad von 170 mph zum Abriss führen. Ihre Existenz wurde erstmals nach dem Durchzug des Hurrikans Andrew der Kategorie 5 durch Südflorida im Jahr 1992 vermutet, und moderne Bemühungen, Hurrikan-Eyewalls mit mobilen Doppler-Radargeräten zu untersuchen, haben Licht auf ihre Existenz geworfen. Im Auge eines Hurrikans sinkt die Luft und erwärmt sich, trocknet aus und erzeugt einen Mangel an Wolkendecke. Es ist nicht ungewöhnlich, einen klaren Himmel oder sogar Sonnenschein zu sehen. Die Luft ist heiß und still, eine Oase der Ruhe, eingehüllt in einen Reifen der Hölle.

Es gibt eine solche Diskontinuität zwischen den rauen Winden der Augenwand und der tödlichen Stille des Auges, dass die Atmosphäre mit dem Übergang kämpft. Die Augen von Hurrikanen sind oft mit Mesowirbeln oder kleineren Wirbeln mit einem Durchmesser von einigen Kilometern gefüllt, die dazu beitragen, den Drehimpuls in das Auge zu fließen und abzuleiten. Manchmal können sich vier oder fünf Mesowirbel in das Auge drängen und die Augenwand in eine kleeblattähnliche Form verzerren. Das sorgt für eine Periode außergewöhnlichen Schleudertraumas am inneren Rand der Augenwand, wenn abwechselnd Risse aus katastrophalem Wind und Windstille die Ankunft des Auges unterstreichen.

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