Immer wenn ein tropischer Sturm durch die warmen Meere zieht, hinterlässt er eine "kalte Spur", die beim Blick auf die Wasseroberflächentemperaturen deutlich zu erkennen ist. Der Prozess, der diese Spur erzeugt, wird im heutigen Thema des Tages näher vorgestellt.
Es ist die Jahreszeit, in der uns in unregelmäßigen Abständen aus den tropischen und subtropischen Regionen der Nordhemisphäre Meldungen von heftigen Sturmereignissen erreichen, den sogenannten "tropischen Stürmen".
Doch was ist der tropische Sturm nochmal für ein Naturphänomen? Kurz gesagt ist es ein Prozess, bei dem durch Verdunstung über den warmen Meeresoberflächen Energie gewonnen wird. Dabei kann der Sturm unter günstigen atmosphärischen Bedingungen (wie z.B. einer feuchten Atmosphäre oder Winden, die ihre Geschwindigkeit mit der Höhe nur geringfügig ändern) stetig an Intensität zulegen. In diesen Sturmsystemen werden weltweit mit die höchsten Windgeschwindigkeiten gemessen. Dabei verbleiben sie mit ihrem enormen Schadenspotential durch heftigen Wind, sintflutartige Regenfälle und Sturmfluten entweder über dem offenen Meer und gehen als sogenannter "Fischsturm" in die Geschichtsbücher ein, oder treffen mit Urgewalt auf die Küstenregionen.
Bei ihrer Entwicklung kann man diese Stürme in der heutigen, technisch fortgeschrittenen Zeit mit Wettersatelliten hervorragend verfolgen. Nicht nur die hochreichenden Gewitterwolken werden beobachtet, die sich zu einem Gewittercluster und in der Folge zu einem Sturmsystem variabler Intensität organisieren, sondern auch die Niederschläge, die die Gewitter begleiten, werden kontinuierlich von Satelliten aus verfolgt. Diese Informationen fließen in das Frühwarnsystem vor tropischen Stürmen ein. Doch Satelliten liefern noch weitere interessante Daten, wie zum Beispiel die Wasseroberflächentemperaturen, die vor einem Ereignis für die Intensitätsvorhersage eines tropischen Sturms von Interesse sind, aber auch nach einem Ereignis hervorragend dessen Spur abbilden. Der letzte Effekt wird als sogenanntes "upwelling" bezeichnet und bedeutet im Deutschen "Aufsteigen von Tiefenwasser".
Der Prozess des "upwelling" ist recht schnell erklärt, wobei wir uns dabei hier nur auf das "upwelling" durch tropische Stürme konzentrieren. Mit Blick auf die Nordhalbkugel weht der Wind in einem tropischen Sturm zyklonal (gegen den Uhrzeigersinn). Dabei wird das oberflächennahe Wasser ebenfalls zyklonal verfrachtet, bevor die Scheinkraft "Corioliskraft" dieses Wasser zunehmend nach rechts abdrängt, sodass sich das Wasser vom Zentrum des Sturms entfernt. Damit wird das warme oberflächennahe Wasser verdrängt und durch aufsteigendes kälteres Wasser aus tieferen Schichten ersetzt. Dieser Prozess ist ein langsamer und daher benötigt man einen stationären oder sehr langsam ziehenden tropischen Sturm, damit das kalte Tiefenwasser für eine Abschwächung des tropischen Sturms sorgen kann. Das "upwelling" geht dabei Hand in Hand mit der durch den extremen Wellengang und die Windgeschwindigkeiten hervorgerufenen Durchmischung der oberflächennahen Wassermassen, die einige dutzende Meter mächtig sein kann und instantan einsetzt.
Interessant wird es nun, wenn ein tropischer Sturm in ein Gebiet zieht, wo das kalte Tiefenwasser des vorherigen Sturms anzutreffen ist. In so einem Fall können sich die Bedingungen für eine Intensivierung des Folgesturms nicht selten deutlich verschlechtern, was in der Vergangenheit innerhalb der Wettervorhersagemodelle nicht immer erkannt wurde. Daher wurden die Vorhersagen von tropischen Stürmen in der Vergangenheit manchmal von plötzlichen und unerwarteten Intensitätsschwankungen überrascht. Mittlerweile wird dieser Prozess jedoch in den Wettermodellen recht gut berücksichtigt und fließt automatisch in die Vorhersagen zukünftiger tropischer Systeme ein, die sich dadurch in der Vorhersage trotz atmosphärisch günstiger Bedingungen abschwächen können.
Als kleine Randnotiz sei erwähnt, dass man in der Vergangenheit versuchte mit dem Effekt des "upwelling" die Küsten vor tropischen Systemen zu schützen. "Thermal Underwater Buoyancy Exchange, kurz TUBE" ist eine visionäre Apparatur mit mehreren Einzelgeräten, die pro Minute mehr als 11 Millionen Liter Tiefseewasser an die Oberfläche pumpen und somit die oberflächennahen Wassertemperaturen verringern soll. Folglich sollten sich in der Theorie auch die an Land ziehenden tropischen Stürme rasch abschwächen. Ob diese Idee vielleicht doch noch verwirklicht wird bleibt jedoch abzuwarten.
Eine positive Folge des "upwelling" ist, dass sehr nährstoffreiches Tiefenwasser in die oberen Wasserschichten geführt wird, was der Tierwelt zu Gute kommt. Dem gegenüber steht natürlich die mehr oder weniger ausgeprägte Zerstörung der marinen Unterwasserwelt, die durch Strömungen und sich brechende riesige Wellen verursacht wird.
Im Anhang werden einige Beispiele von kalten Spuren nach dem Durchzug der Hurrikane KATRINA, HARVEY und IRMA (in der Abbildung von links nach rechts) in der Karibik und/oder dem Golf von Mexiko gezeigt. Die Spuren sind je nach Zugbahngeschwindigkeit und Intensität mehr oder weniger stark ausgeprägt zu erkennen. Dabei zeigt die Abbildung die Anomalie (Abweichung vom Normalzustand) der
Wasseroberflächentemperatur. Im letzten Bild (rechts oben) wird deutlich, dass auch beständige, durch außertropische Hoch- und Tiefdruckgebiete angetriebene Winde die Temperaturverteilung der Wasseroberfläche stark beeinflussen können, was im Juli 2019 durch eine regionale Abkühlung entlang der nördlichen Golfküste zu erkennen ist und ebenfalls Einfluss nehmen kann auf die Intensität tropischer Stürme, die an Land gehen. Das Ergebnis ähnelt doch recht gut den angestrebten Zielen von TUBE. Aktuell (26. Juli 2022) ist davon nichts zu spüren - beinahe der gesamte Golf von Mexiko weist zu hohe Wasseroberflächentemperaturen auf. Kein gutes Zeichen für die aktuell laufende und bis jetzt noch verhältnismäßig ruhige Hurrikansaison.
Es bleibt abzuwarten, wann die nächste kalte Spur in dieser Saison erscheint. Diese verläuft dann hoffentlich fernab von jeglichem Land..
Dipl.-Met. Helge Tuschy
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 28.07.2022
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