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Wetterthema

22.09.2022

Tief versus Hurrikan

Tiefdruckgebiete existieren nicht nur bei uns, sondern auch in den Tropen. Dort sind sie beispielsweise als Hurrikan, Taifun oder Zyklon bekannt. Doch wie unterscheiden sich diese beiden Gebilde voneinander?

Unsere Abbildung zeigt eine Gegenüberstellung eines Tiefs unserer Breiten (linke Bildhälfte) und eines tropischen Wirbelsturms (rechte Bildhälfte). Die Tiefdruckgebiete bei uns, in der meteorologischen Fachsprache auch Zyklonen (Singular: Zyklon) genannt, entwickeln sich im Übergangsbereich kalter Luft (blau eingefärbt) und warmer Luft (rot eingefärbt). Meistens entstammen die Luftmassen dem Polargebiet und den subtropischen Breiten.

Während der Entwicklung des Tiefs (unsere Abbildung zeigt ein noch relativ junges Exemplar) stößt die Kaltluft südwärts und die Warmluft in Richtung Norden vor (blauer und roter Pfeil). In die Wetterkarten zeichnen die Meteorologen Warmfronten (rote Linie mit Halbkreisen) und Kaltfronten (blaue Linie mit Dreiecken) ein. Sie markieren den Vorderrand des Warmluft- bzw. Kaltluftvorstoßes am Unterrand der Atmosphäre, also nahe der Erdoberfläche.

Durch diese Verlagerung zweier verschieden temperierter Luftmassen baut sich in höheren Atmosphärenschichten eine wellenförmige Strömung auf (hellblaue Linie). Sie wird mit zunehmender Höhe immer kräftiger und hat in rund 10 km Höhe mit dem Jetstream ihre maximale Intensität. Diese Wellen sind für die Entstehung unserer Tiefs von entscheidender Bedeutung. Je größer dabei die Temperaturunterschiede zwischen Norden und Süden sind, desto kräftiger ist die Höhenströmung und desto stärker kann sich ein Tief entwickeln.

Wolken- und Niederschlagsgebiete formieren sich dort, wo die Luft im Tief nach oben aufsteigt. Der Hauptteil der Wolkenzonen liegt dabei vorderseitig des Systems, das heißt in unserer Abbildung rechts des Tiefdruckzentrums (T). Man spricht von einer asymmetrischen Wolkenverteilung. Insgesamt ist es so, dass während der Entwicklung des Tiefs die Warmluft gehoben wird und die Kaltluft absinkt. Weil das Gewicht der warmen Luft kleiner ist als jenes der kalten, wird dadurch Energie frei. Hieraus bezieht das Tief den wesentlichen Teil seiner zunehmenden Bewegungsenergie, sprich den anwachsenden Wind.

Bei den tropischen Wirbelstürmen (rechte Hälfte unserer Abbildung) sehen die Verhältnisse gänzlich anders aus. Sie entstehen in einer weitgehend einheitlichen Luftmasse über einer sehr warmen Meeresoberfläche. Auch während der Entwicklung des Sturms bilden sich keine Fronten. Das System setzt sich aus einer großen Zahl von kräftigen Schauern und Gewittern zusammen, die von außen spiralförmig in Richtung des Zentrums verlaufen. Die Wolken sind dabei im Idealfall symmetrisch angeordnet.

Die bei der Kondensation innerhalb der Schauer und Gewitter freiwerdende Wärme liefert letztlich den Antrieb für den Sturm. Er heizt sich dadurch auf (rote Farbe), ist also wärmer als seine Umgebung. Die Luft strömt in den unteren Schichten zum tiefen Luftdruck hin, das heißt, in Richtung des Zentrum des Sturms (schwarze Pfeile), steigt dabei kräftig auf, um in größerer Höhe radial nach allen Seiten abzufließen (hellblaue Pfeile).

Sind diese Vorgänge, für welche die genannte Wärmefreisetzung und der warme Kern von entscheidender Bedeutung sind, entsprechend stark, kann sich im Zentrum das berühmte Auge bilden, also eine kreisförmige wolkenfreie Zone. Die Druckunterschiede zwischen Umgebung und Kernbereich des Sturms bewegen die Luftteilchen, wie gesagt, in den unteren Schichten zum Zentrum hin. Dem entgegen wirken gleichzeitig die abklenkende Kraft der Erdrotation, das heißt die Corioliskraft, sowie die Zentrifugalkraft. Mit wachsender Intensität des Sturms können diese beiden Kräfte zusammen derart stark werden, dass die Lufteilchen beim Einströmung das Zentrum nicht mehr erreichen, sondern mit extrem hohen Windgeschwindkeiten die sogenannte Eyewall im Gegenuhrzeigersinn umkreisen (auf der Nordhalbkugel).

Im oberen Teil des Sturms sind die Verhältnisse noch komplizierter. Hier bewirken aber letztlich im Zusammenspiel mit dem kräftigen Aufsteigen der Luft ebenfalls starke Coriolis- und Zentrifugalkräfte ein Auströmen der Luft vom Zentrum nach allen Seiten (hellblaue Pfeile). Zum Ausgleich muss Luft nachströmen. Von unten kann diese nicht stammen, weil, wie beschrieben, ein Einströmen bis in den innersten Bereich blockiert ist. Daher sinkt Luft aus höheren Schichten in den Kernbereich hinein ab und wird dabei immer wärmer und trockener. Trockene Luft bedeutet gleichzeitig keine Wolken. Diese Prozesse liefern also eine Erklärung für das wolkenfreie Auge eines gut entwickelten tropischen Wirbelsturms.

Es sei noch erwähnt, dass eine starke Höhenströmung, welche ja für die Entwicklung unserer Tiefs wichtig war, bei der Entstehung tropischer Stürme einen sehr ungünstigen Faktor darstellt. Eine solche verhindert seine Entwicklung, weil sie der symmetrischen Form und dem warmen Kern entgegen wirkt.

Donnerstag, 22. September 2022

Dipl.-Met. Rainer Behrendt,
ARD-Wetterkompetenzzentrum

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