Tornados sind notorisch schwer zu prognostizieren, mit oft tödlichen Folgen: 2011 haben Tornados in den USA mehr als 550 Menschen getötet, was eine höhere Zahl an Todesopfern bedeutet als in den letzten 10 Jahren zusammen.
Jetzt bietet eine neue Studie zu kurzfristigen Klimatrends einen neuen Ansatz für die Vorhersage von Tornados, der Menschen in tornadoanfälligen Regionen bis zu einem Monat vor der Warnung warnt, dass die Wirbelstürme bald sinken könnten.
Tornados wie dieses über Kansas sind aufgrund ihrer Volatilität und kurzen Dauer notorisch schwer zu prognostizieren. Bildnachweis: Sean Waugh NOAA / NSSL
Tornados entstehen, wenn warme, feuchte Luft mit kalter, trockener Luft kollidiert und einen Wirbel erzeugt, während sich die beiden Massen umeinander bewegen. Im Mittleren Westen, wo kalte Luft, die von den Rocky Mountains nach Osten weht, auf warme Luft trifft, die vom Golf von Mexiko nach Norden weht, setzen möglicherweise jedes Jahr Hunderte von Verwindungen auf und verdienen der Region den Namen Tornado Alley.
Laut Michael Tippett, Klimaforscher an der Columbia University und Hauptautor der neuen Studie in Geophysical Research Letters, gibt es derzeit keine allgemeinen regionalen oder saisonalen Prognosen für Tornado-Trends, wie etwa NOAA-Probleme bei Atlantischen Hurrikanen im Mai. "Das ist es, was wir für Tornados tun wollen."
Tippett und seine Kollegen haben in den letzten 30 Jahren die durchschnittlichen atmosphärischen Bedingungen in tornadoanfälligen Regionen in den USA analysiert und eine Reihe von Parametern definiert, die eng mit einer erhöhten Tornadoaktivität verbunden zu sein scheinen. "Die beiden Hauptzutaten für die Herstellung von Tornados sind Windscherung - Winde, die auf verschiedenen Ebenen in unterschiedliche Richtungen gehen - und Regen, der mit starken Aufwinde verbunden ist."
Das Team hat Windscherungs- und Aufwinddaten aus den letzten 30 Jahren eingegeben und zunächst das Modell getestet, um festzustellen, ob die Tornadoaktivität in den einzelnen Monaten für die gesamten USA rückwirkend prognostiziert werden kann. "Wir fanden, das Modell war ziemlich gut", sagt Tippett.
Satellitenbilder zeigen ein Gewitter, nur wenige Minuten bevor es einen großen Tornado über Joplin, Missouri, auslöste, der 161 Menschen tötete und einen Großteil der Stadt im Mai 2011 zerstörte. Bildnachweis: NOAA
Anschließend haben sie ihre Parameter in das NOAA-Klimaprognosesystem eingegeben, um zu prüfen, ob die Werte des Vormonats zur Vorhersage der Tornadoaktivität im Folgemonat herangezogen werden können. Das Modell korrelierte gut mit der beobachteten Anzahl von Tornados im Frühjahr und Sommer, insbesondere im Monat Juni, war jedoch im September und Oktober weniger zuverlässig. Historisch gesehen ist Mai der geschäftigste Tornado-Monat, gefolgt von Juni.
"Dies ist ein interessanter Ansatz", sagt Ashton Robinson Cook, Meteorologe am Storm Prediction Center der NOAA in Norman, Oklahoma, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. "Wie bei den meisten Modellen ist es nicht perfekt, aber sie haben gute Arbeit geleistet, um die Unvollkommenheiten im Modell auszugleichen und zu berücksichtigen."
Tippetts Team ist sich nicht sicher, warum die Modelle im Juni am besten und im September und Oktober am schlechtesten funktionieren. "Der Charakter von Tornados ändert sich je nach Jahreszeit, aber wir wissen nicht wirklich, wie oder warum."
Der Unterschied hat möglicherweise etwas mit dem Wechsel der Jahreszeiten zu tun, der unterschiedliche atmosphärische Bedingungen mit sich bringt, z. B. unterschiedliche Luftfeuchtigkeitswerte. „Im Frühjahr und Sommer ernähren sich Gewitter von Feuchtigkeit und Nässe in der niedrigen Atmosphäre, und im Winter sind Tornado-Ausbrüche eher von größeren Systemen abhängig“, sagt Cook.
Schließlich hofft das Team, das Modell so zu verfeinern, dass es zur Berechnung von Tornado-Bedrohungen für bestimmte Gebiete des Landes verwendet werden kann. "Der größte Teil der Validierung, die wir bisher durchgeführt haben, wurde für die gesamten USA durchgeführt. Dies ist ein Teil des nächsten Schritts: Wie genau ist der Index, wenn wir bestimmte Regionen betrachten?"
Die US-Marine half beim Aufräumen in Joplin. MisSatellite-Bilder zeigen ein Gewitter, nur wenige Minuten bevor ein großer Tornado über Joplin, Missouri, entstand, der 161 Menschen tötete und einen Großteil der Stadt im Mai 2011 zerstörte. Bildnachweis: Foto der US-Marine von Lt. j.g. Ryan Sullivan / Freigegeben
Derzeit drängt Tippetts Team darauf, dass das Modell in diesem Sommer verwendet wird, um vorherzusagen, ob dies eine aktive Sturmsaison sein wird, wie im letzten Jahr. "Basierend auf dem, was wir bisher gemacht haben, ist das Argument für die Verwendung des Modells für mindestens Juni ziemlich gut", sagt er.
Wenn Sie einen Monat im Voraus wissen, dass die Tornadoaktivität in einer bestimmten Region hoch sein könnte, können sich Nothilfebehörden sowie Einzelpersonen und Gemeinden besser darauf vorbereiten.
"Nach der tödlichen Tornado-Saison des letzten Jahres", sagt Tippett, "werden wir jeden Blick in die Zukunft werfen, den wir bekommen können."
Das Problem mit der Tornado-Verfolgung
Tornados und Wirbelstürme haben vielleicht eine gemeinsame Zerstörung, aber wenn es um Prognosen geht, könnten die Stürme unterschiedlicher nicht sein. Aufgrund ihrer Größe und Langlebigkeit können Hurrikane wochenlang im Voraus verfolgt werden. Tornados hingegen sind relativ klein und kurzlebig. Selbst mit der heutigen fortschrittlichen Tracking-Technologie erhalten Communitys auf dem Weg eines Twisters häufig nur eine Warnung von wenigen Minuten.
Das Problem bei der Verfolgung von Tornados liegt nicht unbedingt in der Sturmerkennung. Doppler-Radar und Satelliten haben sich seit den Tagen, als Tornado-Warnungen auf Augenzeugenberichten beruhten, erheblich verbessert. Die Erstellung und Ausführung von Computerprogrammen zur Modellierung der Entstehung und Entwicklung von Stürmen im Laufe der Zeit ist jedoch eine Herausforderung.
Im NOAA National Severe Storms Lab (NSSL) in Norman, Oklahoma (USA), das sich auf Tornados, Hagel und starke Winde konzentriert, werden die Berechnungsprobleme in Probleme mit Größe, Umfang und Geschwindigkeit zerlegt.
Laut Ashton Robinson Cook, einem Meteorologen von NOAA, sind für die Untersuchung der Stürme, die zu Tornados führen, extrem hochauflösende Beobachtungsdaten erforderlich, die dann in Wettermodelle integriert werden, die die merkwürdige Physik von hochflüchtigen Sturmsystemen oft nicht erfassen können Center, ebenfalls in Norman, Okla.
Bei den für eine genaue Wettervorhersage erforderlichen Feinskalen können diese Modelle nur auf den schnellsten Supercomputern ausgeführt werden. Das braucht aber noch Zeit. Während all dieser Computerarbeiten kann sich ein Sturm schnell zu etwas Gefährlichem entwickeln. Mit der vorhandenen Technologie beträgt die durchschnittliche Zeit zum Erkennen, Verfolgen und Auslösen von Warnungen auf einem sich entwickelnden Sturmsystem oder Tornado 14 Minuten.
Die Forscher des NSSL hoffen, diese Vorlaufzeit auf bis zu eine Stunde zu erhöhen, indem sie über Supercomputer hinaus auf Systeme mit grafischen Verarbeitungseinheiten blicken, die die Effizienz und Rechenleistung erheblich steigern würden.
Weitere Ziele sind laut Cook die Erhöhung der Anzahl und Auflösung von Wetterradarstationen im ganzen Land (derzeit haben 70 Prozent der USA eine unzureichende Radarabdeckung) und die weitere Verbesserung des Wissens der Wissenschaftler über die Physik der Entstehung und Entwicklung von Stürmen tödliche und zerstörerische Tornados.
Von: Mary Caperton Morton