Da braut sich was zusammen

5. Mai 2009, 19:42
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Um Tornados und Tsunamis künftig besser vorhersagen zu können, entwickeln Forscher neue Frühwarnsysteme

Katja Friedrich stellt Unwetter nach. Die Physikerin von University of Colorado at Boulder beobachtet, ob sich aus sogenannten Superzellen Trichterwolken bilden. Berührt der Trichter den Boden, sprechen die Forscher von einem Tornado. Dann sollten die Messinstrumente möglichst schon in Position gebracht sein. Rund tausend solcher Stürme werden in den USA jedes Jahr gesichtet. 2008 waren es um die Hälfe mehr. 126 Menschen verloren dabei ihr Leben.

Mit Beginn der Tornadosaison 2009 ist Friedrich wieder unterwegs. Von Mitte Mai bis Mitte Juni ist die Deutsche im Projekt Vortex2 - die Abkürzung steht für Verification of the Origins of Rotation in Tornadoes Experiment - mit dabei. Gefördert wird es von der National Science Foundation und der National Oceanic and Atmospheric Adminstration mit rund zehn Millionen Dollar. An die 100 Wissenschafter lauern dabei auf einer Fläche von 2000 Quadratkilometern, in der "Tornado Alley" der Great Plaines auf Trichterwolken. Ziel ist es, die Entwicklung der Stürme genauer zu begreifen und die Vorhersagen zu verbessern.

Viele offene Fragen

Dabei gebe es noch viele offene Fragen, räumt Friedrich ein. Zwar sei bekannt, dass Tornados eine gewisse vertikale Windscherung, Aufwinde und eine bestimmte Feuchtigkeitsverteilung benötigen, wenig wisse man jedoch über Temperatur und Feuchtigkeit rund um den Tornado, seine Lebensdauer oder darüber, ob schwächere Formen häufiger auftreten als stärkere. "Viele Strukturen innerhalb von Superzellen ähneln sich", sagt Friedrich, "doch nicht überall bildet sich auch ein Tornado."

Vortex2 ist vor allem eine logistische Herausforderung. Mobile Radargeräte gilt es möglichst nahe an die Windhose heranzubringen, während größere Gerätschaften weiter weg stehen können. Die Wissenschafter müssen neben der Bewegung des Sturms auch die Auswirkungen von Starkregen und Hagel auf die Straßenverhältnisse im Auge behalten. Ein Fluchtweg sollte stets offen bleiben.

Friedrichs Aufmerksamkeit gilt mikrophysikalischen Prozessen. Sie versucht festzustellen, welche Rolle Hagel oder die Formung von Regentropfen im Sturmcocktail spielen. Anders als manche Kollegen, die dem Sturm "hinterhermessen", muss sie ihre Geräte vor den Sturm aufstellen. "Das ist dann schon ein bisschen nervenaufreibend", meint Friedrich. Die typische Bewegung der Stürme von Südwesten nach Nordosten würde zumindest eine gewisse Berechenbarkeit mit sich bringen.

Im Unterschied zum Projekt Vortex1, bei dem vor 15 Jahren Radarmessungen vor allem aus Flugzeugen vorgenommen wurden, verlegt man sich im zweiten Teil des Projekts auf den Boden. Die Wissenschafter erhoffen sich dadurch genauere Messwerte. Bei der Vorhersagegenauigkeit hat sich in den letzten zehn Jahren einiges getan. Lag die Vorwarnzeit für Tornados in den 1990er-Jahren noch bei rund fünf Minuten, sind es heute zehn und mehr.

Kaum Zeit für Warnungen

Zehn Minuten bleiben anderswo nicht. Tsunamiwellen, ausgelöst durch tektonische Bewegungen, Seebeben und gewaltige Felsstürze, könnten sich im Mittelmeer mit mehr als 400 Stundenkilometer fortbewegen. Angesichts der durchschnittlichen Nord-Süd-Erstreckung von 800 Kilometern bleibt für eine Warnung kaum Zeit. "Es gibt noch schlimmere Szenarien, ein Meteoreinschlag im Ozean etwa", sagt Adrian Constantin, Professor für Partielle Differenzialgleichungen an der Uni Wien.

Unterschiedliche Regionen sind unterschiedlichen Gefahren ausgesetzt. So ist Nordafrika durch seine flache Küste stärker gefährdet als der europäische Teil des Mittelmeeres. Der Pazifikanrainer Japan, wo Tsunamis aufgrund der Meerestiefe mehr als 700 Stundenkilometer erreichen können, kann den Wellen weniger entgegensetzen als das durch seine Steilküsten geschützte Kalifornien.

Mithilfe von Messdaten des Tsunamis vom Dezember 2004 fand Constantin mehr über das Verhalten der Flutwellen heraus. Gemeinsam mit Robin Johnson, Professor für Angewandte Mathematik an der University of Newcastle, konnte er die Anzahl der Tsunamiwellen, die die Küste erreichen, mit der Wellenzahl auf hoher See in Zusammenhang bringen. Überdies fanden die Forscher erstmals heraus, dass die Wellenform am offenen Meer bestimmt, ob zuerst eine hohe Welle an Land schlägt oder das Wasser zurücktritt.

In ein Warnsystem fließen diese Erkenntnisse noch nicht ein. Denn für eine Vorhersage muss zumindest eine grobe Abschätzung der Welle bekannt sein, Messdaten liegen aber meist so schnell nicht vor. Dass Tsunamis nicht lineare Phänomene sind und von Strömungen beeinflusst sind, kompliziert die Kalkulation weiter. Es gibt also noch viel zu tun für die Forscher. Constantin ist überzeugt: "Die Arbeit steht erst am Anfang." (Alexandra Riegler/STANDARD, Printausgabe, 6.5.2009)

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    Wenn der Sturm kommt, sollten die Forscher und ihre Messinstrumente schon in Position sein. So soll die Sturmentwicklung genauer erfasst werden.

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