Freistetters Formelwelt: Die erstaunliche Mathematik von Tornados

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Am 29. Juni 1764 zog ein Tornado eine 30 Kilometer lange Spur der Verwüstung durch die Mecklenburgische Seenplatte. Die meisten Menschen in der Gegend hielten sich wegen eines religiösen Feiertages gerade in den Kirchen auf, und deswegen gab es nur zwei dokumentierte Todesfälle. Der Tornado, der am 10. Juli 1916 Teile der ostösterreichischen Stadt Wiener Neustadt zerstört hat, hat dagegen mindestens 34 Menschen getötet. Diese beiden Wetterereignisse waren die bisher stärksten in Deutschland beziehungsweise Österreich dokumentierten Tornados.
Ein Weg, diese extremen Starkwindphänomene zu klassifizieren, ist diese Formel:
Die Windgeschwindigkeit v wird darin mit dem sogenannten Fujita-Wert F verknüpft. Dessen Name stammt vom japanisch-amerikanischen Meteorologen Tetsuya Theodore Fujita, der sich auf die Erforschung von Gewittern, Tornados und Wirbelstürmen konzentriert. Ab den 1960er Jahren hat er das Verständnis dieser Phänomene aus wissenschaftlicher Sicht revolutioniert. Er hat auch die heute nach ihm benannte Skala entwickelt, mit der die Schäden eines Tornados eingeteilt werden.
Mathematisch kann man sie als Interpolation zwischen der Beaufortskala und der Machzahl verstehen. Mit ersterer lassen sich Windgeschwindigkeiten zwischen 0 km/h (Windstille) und circa 120 km/h (Orkan) beschreiben. Die Schallgeschwindigkeit – Mach 1 – ist dagegen erst bei über 1200 km/h (abhängig von Temperatur und Dichte der Luft) erreicht. In den Bereich dazwischen hat Fujita seine Skala gesetzt: Die Stufe F0 entspricht in etwa der Windstärke 12 eines Orkans, mit F12 wird ein Tornado beschrieben, der sich mit annähernd Schallgeschwindigkeit bewegt.
Genaue Messungen gibt es nicht
Die Windgeschwindigkeit lässt sich während eines Tornados aber nicht immer exakt messen und deswegen werden die Stufen der Fujita-Skala meist anhand der verursachten Schäden bestimmt. Am Anfang steht die Stufe F0, bei der es nur leichte Schäden gibt, also zum Beispiel abgebrochene Äste. Abgedeckte Dächer oder entwurzelte Bäume sind das Resultat eines Tornados der Stufe F2. Bei Stufe F3 können Autos umgeworfen werden und Züge entgleisen. Dächer und Wände stürzen ein. Bei F4 und F5 werden Häuser und Straßen zerstört. Das entspricht auch der Stärke der zu Beginn erwähnten Tornados in Deutschland und Österreich.
Ab Stufe F6 spricht die Fujita-Skala von »Inconceivable Damage«. Bis jetzt wurde noch kein Tornado dieser Stärke beobachtet. Der stärkste Tornado in den USA fand am 3. Mai 1999 in Oklahoma City statt und wurde offiziell als F5 eingestuft. Innerhalb der Fehlergrenzen war die gemessene Windgeschwindigkeit aber so hoch, dass es sich auch um einen Tornado der Stufe F6 gehandelt haben könnte. Alles darüber, also die Stufen F7 bis F12, hat man bis jetzt definitiv noch nicht auf der Erde beobachtet.
In Europa wird übrigens oft eine andere Skala verwendet. Da Häuser hier tendenziell anders gebaut werden als in den USA, lassen sich Schäden nicht immer direkt vergleichen. Deswegen hat man die TORRO-Skala entwickelt, die in 11 Stufen ungefähr die Fujita-Klassen F0 bis F5 abdeckt.
In der medialen und öffentlichen Wahrnehmung scheinen Tornados oft ein rein US-amerikanisches Phänomen zu sein. Tatsächlich sind sie dort aus meteorologischen Gründen häufiger, aber auch in Europa gibt es 200 bis 300 Tornados pro Jahr (von denen aber nur sehr wenige extrem stark sind).
Wie sich die globale Erwärmung auf die Häufigkeit von Tornados auswirkt, ist angesichts der Kleinräumigkeit dieser Wetterereignisse noch unklar. Aber wir sollten trotzdem darüber Bescheid wissen. Und vielleicht verstehen wir diese Phänomene irgendwann einmal gut genug, um nicht nur die verursachten Schäden zu klassifizieren, sondern auch ihre Entstehung vorhersagen zu können.
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