„Weniger Wirbelstürme, mehr Supertaifune“

Welt der Physik: Wie entsteht ein tropischer Wirbelsturm?

Andreas Fink

Andreas Fink: Damit über dem Ozean ein tropischer Wirbelsturm entsteht, braucht es zunächst einen sogenannten atmosphärischen Wirbel. Im Atlantik entstehen solche Wirbel häufig aus Gewitterkomplexen, die von Westafrika aus auf das warme Meer ziehen. Zusätzlich braucht das Meerwasser eine Temperatur von mindestens 26,5 Grad Celsius. Bei diesen Temperaturen kann ausreichend Wasser verdampfen. Wenn die Luft über dem Meer wärmer ist als die höheren Luftschichten, steigt die feuchtwarme Luft nach oben. Es entsteht ein Unterdruck, durch den neue feuchtwarme Luft nahe der Meeresoberfläche nachströmt. Durch die Corioliskraft der Erdrotation strömt die Luft spiralförmig in Richtung des Unterdruckgebiets, was die Gewitterwolken zum Rotieren bringt.

Es entsteht ein sich selbst verstärkender Effekt: Der in der aufgestiegenen Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert zu Wolken, wodurch Energie freigesetzt wird. Diese Energie erwärmt die neu aufsteigende Luft, wodurch diese leichter wird und noch höher nach oben steigt. Dadurch steigt wieder der Unterdruck, neue Luft strömt nach und die Gewitterwolken rotieren schneller. Aber dieser Kreislauf aus Aufsteigen und Nachströmen bleibt nur bei einer geringen Windscherung bestehen – also, wenn die Winde in verschiedenen Höhen ähnlich stark in die gleiche Richtung wehen. Andernfalls kann sich die in der Kondensation freigesetzte Energie nicht im Zentrum des sich entwickelnden Sturms konzentrieren.

Warum sind tropische Wirbelstürme so gefährlich?

Zunächst einmal sind tropische Wirbelstürme extrem zerstörerisch. Nicht nur können sie Windgeschwindigkeiten von über 300 Kilometern pro Stunde erreichen, sondern sie können sich auch über Gebiete von bis zu 200 Kilometern erstrecken. Die Taifune, das sind die Wirbelstürme im Westpazifik, setzen zudem noch weitere Naturkatastrophen in Gang. Auch im Gangesdelta zwischen Indien und Bangladesch erreichen die durch Zyklone – so werden Wirbelstürme im Indischen Ozean und südlichen Pazifik genannt – verursachten Sturmfluten eine Höhe von bis zu zehn Metern. Und in Mittelamerika lösen tropische Wirbelstürme, sogenannte Hurrikane, immer wieder schwere Erdrutsche aus.

Die Schäden der Wirbelstürme wachsen zudem nicht linear mit der Windgeschwindigkeit: Fünf Prozent mehr Wind können vielleicht 10, 15 oder 20 Prozent größere Schäden bedeuten. Und auch die indirekten Folgen können viele Menschenleben kosten. Denn im Nachgang dieser Ereignisse steigen häufig die Todeszahlen in den betroffenen Gebieten – etwa durch Stromausfälle, Hitze, verdorbene Lebensmittel oder psychische Belastungen. Manche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind sogar der Ansicht, dass diese indirekten Folgen langfristig mehr Leben kosten als der Sturm selbst.

Welche Faktoren beeinflussen noch das Schadenspotenzial von Wirbelstürmen?

Entstehung eines Wirbelsturms

Wie gefährlich ein tropischer Wirbelsturm ist, hängt neben der Windgeschwindigkeit von seiner Verweildauer und dem Niederschlag sowie von der Geländeform und Verwundbarkeit der betroffenen Region ab. Verbleibt ein Sturm beispielsweise länger über einem Gebiet, steigt das Risiko extremer Überflutungen deutlich. Das gilt insbesondere, wenn er zugleich mehr Niederschlag mit sich bringt. Ein Beispiel dafür ist Hurrikan Harvey, der 2017 in Texas im Raum Houston enorme Regenmengen brachte.

Wie misst man die Geschwindigkeit eines tropischen Wirbelsturms?

Eine echte Direktmessung gibt es nur selten – etwa wenn ein Sturm über eine Boje im Meer zieht oder auf automatisierte, robust gebaute Segel-Drohnen mit Messinstrumenten trifft. Meist wird die Intensität, also die Windgeschwindigkeit eines Sturms, mithilfe von infraroten Satellitenbildern geschätzt. Denn je stärker der Sturm ist, desto höher reichen die umliegenden Wolken hinauf – und desto kälter erscheinen sie im Infrarotbild, denn hohe Wolken sind oben kalt. Das Auge, also das windstille Zentrum des Sturms, wird vergleichsweise warm. Deshalb lässt sich aus dem Temperaturunterschied zwischen Auge und Ring die Intensität des Sturms abschätzen: Je stärker der Unterschied, desto stärker der Sturm.

Die Intensität eines Wirbelsturms beschreibt man mit der Saffir-Simpson-Skala, richtig?

Genau. Die Skala ordnet Wirbelstürmen eine Kategorie, abhängig von ihrer Intensität, zu. Unterhalb der Skala existieren noch weitere Stufen: Erreicht ein „normaler“ Sturm Windgeschwindigkeiten von mehr als 60 Kilometern pro Stunde, wird daraus ein benannter tropischer Sturm. Ab einer Windgeschwindigkeit von mindestens 120 Kilometern pro Stunde wird der Wirbelsturm in der Saffir-Simpson-Skala als Hurrikan der Kategorie 1 eingestuft. Die Saffir-Simpson-Skala hat insgesamt fünf Kategorien. Kategorie 5 beginnt ab circa 250 Kilometern pro Stunde, wobei die Einteilung in die fünf Stufen teilweise subjektiv ist.

Wenn die maximale über eine Minute gemittelte Windgeschwindigkeit im Westpazifik etwa 240 Kilometer pro Stunde erreicht, spricht man außerdem von einem Supertaifun. Dabei ist „Supertaifun“ ein fest definierter Begriff, der auch von meteorologischen Warnzentren verwendet wird. Einen ähnlichen Begriff gibt es auch für Hurrikane: Im Atlantik und im Nordostpazifik werden Wirbelstürme ab der Kategorie 3 als „Major Hurricanes” bezeichnet.

Zugbahnen tropischer Wirbelstürme weltweit

Welchen Einfluss hat der menschengemachte Klimawandel auf tropische Wirbelstürme?

Voraussichtlich werden insgesamt weniger tropische Wirbelstürme entstehen. Denn aufgrund des Klimawandels erwärmen sich die höheren Luftschichten in den Tropen stärker als die Luft am Boden. Das bremst das Entstehen von Gewittern und somit auch von tropischen Wirbelstürmen. Doch auf der anderen Seite steigt durch die globale Erwärmung auch die Temperatur der Ozeane, weshalb tropische Wirbelstürme, wenn sie einmal entstanden sind, mehr Energie zur Verfügung haben. Seit 1900 ist die Meeresoberflächentemperatur um etwa 0,7 Grad gestiegen, wobei eine Erwärmung um ein Grad Celsius die maximale Intensität von tropischen Wirbelstürmen um etwa fünf bis sieben Prozent steigert. Das heißt, dass zwar weniger Stürme entstehen, diese aber intensiver werden. Auch gäbe es mehr und noch stärkere Supertaifune und Major Hurricanes.

Was bedeutet eine Zunahme an Supertaifunen oder „Major Hurricanes“ für die Regionen, in denen die Wirbelstürme entstehen?

Gerade für niedrig liegende Gebiete in den Tropen und Subtropen ist das keine gute Aussicht. Denn da der Meeresspiegel im letzten Jahrhundert um etwa 25 Zentimeter und allein im letzten Jahrzehnt um etwa vier Zentimeter gestiegen ist und noch weiter steigt, können die Sturmfluten höher werden – und das auch, wenn sich die Windgeschwindigkeit der Stürme nicht ändern würde. Besonders lagunenartige Küsten werden deshalb zunehmend von den Folgen der Wirbelstürme gefährdet – etwa dicht besiedelte Deltaregionen wie das Gangesdelta in Bangladesch oder das Irrawaddy-Delta in Myanmar. Denn dort treffen die Sturmfluten auf dicht besiedelte, sehr niedrig liegende Küstenregionen. Wie verheerend das sein kann, zeigte sich im Gangesdelta bereits in den 1970er-Jahren, als ein Wirbelsturm dort rund 300 000 Menschen das Leben kostete. Im Worst-Case-Szenario treffen sogar mehrere Stürme direkt nacheinander auf die Küste – jeweils verbunden mit starken Niederschlägen. Führen die Flüsse, die in die Lagunen münden, dann bereits Hochwasser, können der erhöhte Meeresspiegel, das Flusshochwasser und die starken Winde der Wirbelstürme in einer verheerenden Überflutung münden.

Wie können diese gefährdeten Regionen zukünftig geschützt werden? 

In den gefährdeten Ländern sind vor allem Frühwarnsysteme entscheidend. Bleiben wir beim Gangesdelta: Seit dem Zyklon aus den 1970er-Jahren baute man dort Frühwarnsysteme, Warnketten in den Dörfern und höher gelegene Schutzunterkünfte aus. Deshalb können die betroffenen Menschen sich heute eher in Sicherheit bringen. Während der sogenannte Bangladesch-Zyklon im Jahr 1991 noch etwa 140 000 Menschenleben kostete, starben durch den fast genauso starken Zyklon Amphan 30 Jahre später noch 100 Menschen.

Bei den stärksten Stürmen schützt oft nur die rechtzeitige Evakuierung, weshalb funktionierende Evakuierungspläne entscheidend sind. Bei weniger extremen Stürmen helfen auch widerstandsfähigere Häuser oder Gebäude auf Stelzen in überflutungsgefährdeten Regionen. Ebenso zentral ist die Aufklärung der Bevölkerung. In den USA gibt es dafür beispielsweise die National Hurricane Preparedness Week, also eine nationale Woche zur Vorkehrung gegen Hurrikans.

Könnten auch Regionen betroffen sein, die bisher als sicher vor tropischen Wirbelstürmen galten?

Zerstörung nach dem Wirbelsturm

Tropische Wirbelstürme bewegen sich in Richtung des Nord- beziehungsweise des Südpols und verlieren normalerweise auf dem Weg zu den Polen an Kraft, weil sie auf kälteres Wasser und stärkere Windscherung treffen. Doch der Bereich, ab dem die Wirbelstürme abgeschwächt werden, könnte sich durch die steigenden Wassertemperaturen der Ozeane weiter nach Norden beziehungsweise Süden verlagern. Dann wird es wahrscheinlicher, dass intensivere Stürme beispielsweise weiter Richtung Australien, südliches Afrika, Nordamerika oder auch Europa vordringen. Besonders entlang der Ostküste der USA könnten starke Stürme bis zur Kategorie 5 weiter im Norden an Land gehen und sich über Land langsamer abschwächen.

In Europa könnten solche Stürme noch die Azoren oder Portugal erreichen. Oder sie wandeln sich in außertropische Sturmtiefs um. Dann können sie als besonders kräftige Herbststürme auch Westeuropa, Großbritannien, die Benelux-Staaten oder Deutschland betreffen. Das sind zwar seltene Einzel- und Extremereignisse. Doch genau das macht sie bemerkenswert: Regionen, die bislang kaum auf tropische Wirbelstürme vorbereitet sein mussten, blicken deshalb zunehmend mit Sorge auf derartige Entwicklungen.