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Strukturen und Entwicklung der 1998er Hurricanes

Geschrieben von: org:Wetterfuchs am 19.10.02
Datum: 21. Oktober 2002, 13:24 Uhr


Im Spektrum der atmosphärischen Erscheinungen spielen die tropischen Wirbelstürme eine herausragende Rolle : Sie sind zusammen mit den Tornados die heftigsten bekannten Sturm- und Orkangebilde und weisen eine besonders markante meteorologische Struktur auf. Auf dem Pazifik heißen sie Taifune, im atlantischen Bereich Hurricanes und verursachen, wenn sie vom Meer her auf besiedelte Bereich stoßen, umfangreiche Schäden. Aus der europäischen Warte interessieren primär die Hurricanes, weil aus ihnen bei ihrem Eindrehen nach Norden durch Einbezug frontaler Temperaturgegensätze markante Sturmtiefs werden können, die teilweise sogar unseren Raum erreichen. In diesem Herbst sind bisher die zwei Hurricanes Isidore (Ende September) und Lily (Anfang Oktober) besonders bekannt geworden, hier im Forum hauptsächlich durch die Live-Informationen von Thomas Saevert, der zudem auf seiner Homepage spezielle Seiten den Hurricanes widmet ( http://www.saevert.de). Im Rahmen einer Wetterbesprechungsserie im Wintersemester 1998/99 am meteorologischen Institut der Universität Frankfurt/M. habe ich die Entwicklungsbedingungen, Strukturen und Auswirkungen von Hurricanes , besonders der drei damals berühmten Hurricanes "Bonnie", "Georges" und "Mitch" in Bildern und Graphiken dort vorgestellt. Ich möchte an dieser Stelle, jahreszeitlich passend, einen Auszug daraus geben und mich dabei hauptsächlich auf die Entwicklungsbedingungen sowie die Strukturen in Satellitenbildern konzentrieren.

Die folgende Abbildung demonstriert, wie ausgeprägt das bekannte jahreszeitliche Hurricane-Maximum Wirbelstürme über dem Nordatlantik ist :

Von einem langanhaltenden Minimum vom Spätherbst bis in den Juli hinein steigt die Wirbelsturm-Aktivität zum Jahresmaximum Anfang September steil an und besitzt ein weiteres markantes Neben-Maximum im Oktober. Diese auffällige jahreszeitliche Verteilung hängt eng mit der räumlich-zeitlichen Entwicklung der atlantischen Wassertemperaturen zusammen. Wie bekannt bilden sich tropische Wirbelstürme nur über Gebieten mit Wasseroberflächenktemperaturen von mindestens 27°C. Die folgende Darstellung von Oktober 1998 zeigt die damalige Wassertemperaturverteilung :

Im Herbst 1998 erstreckte sich die Zone mit Wassertemperaturen von 27°C und mehr wie in fast allen Jahren von Westafrika mit zunehmender räumlicher Breite bis in die Karibische See und den Golf von Mexiko. Die atlantische Warmwasserzone schwankt im Jresverlauf in Lage und Intensität und hat ab Spätsommer bis in den Herbst hinein ihre nördlichste, wärmste und breiteste Erstreckung. Gleiche Zusammenänge gelten in den Hauptgebieten der tropischen Stürme und Orkane über dem Pazifik. Interessant dabei : Aufgrund fehlender Wasserwärme gibt es keine tropischen Wirbelstürme über dem Südatlantik und vor der Westküste von Südamerika, dort ist das Wasser anhaltend zu kalt. Die physikalische Erklärung der Zusammenhänge von warmem Wasser und Wirbelsturmenststehung ist durch die fundamentale Bedeutung latenter Wärmeenergie für das Zustandekommen der Wirbelstürme gegeben, die beim Aufsteigen der Luft in feuchtlabiler Schichtung und Kondensation frei wird. Entsprechend dieser Zusammenhänge orientieren sich auch die Zugbahnen der Wirbelstürme, wie auch im Jahre 1998 :

Die meisten tropischen Wirbelstürme hatten demnach ihren Ursprung zwischen 10 und 15° N vor der afrikanischen Westküste. Vor dort zogen sie an der Südflanke des Azorenhochs in östlicher bis südöstlicher Strömung meist Richtung Karibik oder den Golf von Mexiko. Je nach aktuellen Strömungsverhältnissen bogen sie auch schon vorher nach Norden ein. Der berühmteste Hurrican 1998, der extrem schadensreiche "Mitch", entstand dagegen direkt in der Karibik und zeichnete sich durch eine extrem langsame Verlagerung aus, so daß die Schadenswirkungen lange vor Ort präsent waren.

Die tropischen Wirbelstürme 1998 folgten bei ihrer Entwicklung dem hinlänglich bekannten Schema mit Beginn aus einer "Tropical Disturbance", die zur ersten Stufe der "Tropical Depression" hin und über den "Tropical Storm" letztendlich zum "Hurricane" führt. Die Tropical Dirsturbance hat noch kaum eine organisierte Windstruktur und kann als losgelöster Cluster tropischer Gewitter aus der ITC (Innertropische Konvergenz) betrachtet werden. Die Organisation beginnt mit fallendem Kernluftdruck und zunehmendem Wind richtig erst im Stadium des Tropical Storm. Die allgemein bekannten Strukturen der tropischen Orkane bilden sich dannt im Hauptstadium, dem Hurricane-Stadium. In der nachfolgenden Tabelle ist die Abhängigkeit der Entwicklungsstadien ab Tropical Depression mit Kerndruck und Winden dargestellt. Sie macht klar, daß das Stadium Hurricane erst mit Bft 12 bzw. 64 Knoten erreicht ist. Die Steigerung der Windgeschwindigkeiten und Vertiefung der Kerndrucke definiert dann die 5 bekannten Intensitätsstufen von Hurricanes:

........................................Cat......hPa...........knts

Depression.....................TD.......-----............<34

Tropical Storm.................TS.......-----...........34-63

Hurricane..........................1.....> 980..........64-82

Hurricane..........................2.....965-980......83-95

Hurricane..........................3.....945-965......96-112

Hurricane..........................4.....920-945.....113-134

Hurricane..........................5......< 920........>134

In der Hurricane-Saison 1998 gab es alle 5 Stufen mit der recht seltenen höchsten Stufe 5 beim Hurricane Mitch. Hurricane Bonnie erreichte die Stufe 3, Hurricane Georges die Stufe 4. Die folgende Abbildung vom 22.09.98 zeigt gleichzeitig mehrere Entwicklungsstadien : Die Tropical Storms "Ivan" und "Jeanne" und den Hurricane Georges :

Der früheste markant strukturierte atlantische Hurricane der Saison 1998 war Bonnie im August. Die beiden folgenden Satellitenbilder zeigen Bonnie vor der Südostküste von South-und North-Carolina, einmal als IR-Bild mit Farbdiagnostik , das andere Mal als Vis-Bild. Beide Bilder sind geographisch deckungsgleich wiedergegeben :

Unübersehbar im Zentrum das Auge des Hurricanes mit keiner bzw. nur sehr tiefer Bewölkung. Um das Auge herum dichte, hochreichende Bewölkung (rot im IR-Bild), daran nach außen anschließend spiralige Wolkenarme. Die äußersten Wolkenbereiche des Hurricanes werden von transparenten Cirrusbändern geformt. Schaut man sich ganze Bildsequenzen von Hurricanes an, so sieht man, daß die Cirrusbänder antizyklonal nach außen führende Luftbewegung besitzen, während die massiven inneren Wolkenspiralen zyklonal nach innen durchströmt werden. Das bedeutet insgesamt, daß ein Hurricane sowohl eine horizontale als auch vertikal ausgerichtete Querzirkulation hat. Sie ist schematisch in der nachfolgenden Darstellung wiedergegeben :

In den unteren Bereichen strömt mit zunehmender Zirkulationsgeschwindigkeit (Windkelgeschwindigkeit) die warme, feuchte Luft zum Zentrum hin (Drehimpulserhaltungssatz). Die nach innen zunehmende Wirbelbewegung ist dadurch mit bodennaher Strömungskonvergenz verbunden, wodurch die Luft zum starken Aufsteigen und und Kondensieren der Feuchtigkeit gezwungen wird. Die stetige Zufuhr unten angewärmter und angefeuchteter Luft hält diesen Mechanismus solange aufrecht, wie entsprechend warme Meeresoberflächen überstrichen werden. Hauptsächlich aus diesem Grunde brechen die Hurricanes auch beim Übertritt aufs Land ("landfall") auch meist rasch zusammen. Das innere, weitgehend wolkenlose, Auge das Hurricanes ist von absinkender Luft und entsprechend zusätzlicher adiabatischer Erwärmung geprägt . Somit hat der Hurricane seine (durch Kondensation um den Kern und adiabatisches Absinken im Kern bedingte) häufig diskutierte typische warme Kernstruktur. Deshalb sind auch die stärksten Windgeschwindigkeiten bodennah knapp außerhalb des Auges innerhalb der riesigen kreisförmigen Wolkenmauer ("eyewall") zu finden, die dann nach oben hin deutlich abnehmen, so wie es auch im Auge des Hurricanes weitgehend windruhig ist.

Ergänzend sei erwähnt, daß die Dynamik der Entwicklung der Hurricanes von Druckgradientkraft, Corioliskraft, Zentrifugalkraft und Reibungskraft bestimmt wird. Bei näherer Betrachtung der Entstehungsgebiete fällt auf, daß innerhalb einer Äquator-Zone von 5°N/5°S keine tropischen Wirbelstürme beobachtet werden, weil hier die Corioliskraft gegen null geht, die als erste Balancekraft gegen die Druckgradientkraft für eine Wirbelbildung in diesem Größen-Scale notwendig ist. Bei einem hochentwickelten Hurricane mit Windgeschwindigkeiten von über 200 km/h spielt die Zentrifugalkraft als zusätzliche balancierende Gegenkraft zur Druckgradientkraft eine wesentliche Rolle, wie das folgende Schema zeigt :

Nach Bonnie im August war Georges im September 1998 die herausragende Hurricane-Erscheinung. Die ganze Entwicklung von Georges ist im folgenden Kompositbild wiedergegeben :

Am 22.September erreichte Georges den Kern- Bereich der Karibischen Inseln (Haiti), zu dieser Zeit mit einem sehr gut ausgeprägtem Auge versehen, wie die beiden folgenden Satellitenbilder IR und Vis beleuchten :

Dabei ist dreierlei bemerkenswert und beweist phänomenologisch die Intensität dieses Hurricanes : Der sehr hochreichende massive Wolkenbereich um das Auge herum, besonders im Vis-Bild die eingebetteten hochreichenden Konvektionszellen und das ausgeprägt antizyklonale Ausströmen in der Höhe (Vis). Von diesem Moment des Hurricanes existieren sehr beieindruckende Fotos, die damals Hurricane-Flieger im Auge des Hurricanes geschossen haben, während sie gleichzeitig zur Erfassung von Druck, Feuchtigkeit , Temperatur und Wind der kernnahen Verhältnisse Drop-Sonden fallen ließen. Hier zwei der damaligen Fotos :

Unglaublich beeindruckend die bis 13 km hochreichenden Wolkenwände des Eyewall, die oben sichtbar vereist sind. Unten jeweils zu erkennen, wie am Grund des Auges es nicht wolkenfrei war, sondern noch gewisse tiefe Bewölkung existierte. Am 27.September erreichte Georges, von der Karibik kommend und den Golf von Mexiko überquerend die Südküste der Vereinigten Staaten. Es war ein dramatischer Landfall mit Windschäden sowie Schäden durch Starkniederschläge und eine heranstürzende Flut. Wie meistens waren die Schäden auf der "rechten" Seite (in Bewegungsrichtung gesehen) des Hurricanes am größten.

Hurricane Mitch gegen Ende September 1998 setzte den Extrempunkt der Hurricane-Saison 1998 mit einer Intensitätsstufe der Hurricane-Skala von 5. Der damals festgestellte tiefste Kerndruck am Boden betrug 906 hPa . Die sehr kurze Bahn dieses Hurricanes (wie schon erwähnt, entstand Mitch im karibischen Bereich knapp nördlich der mittelamerikanischen Nordküste) war durch eine sehr langsame Verlagerungsgeschwindigkeiten geprägt (Größenordnung 5 Knoten). Besonders von Schäden betroffen waren in einer echten Wetterkatastrophe die mittelamerikanischen Staaten Hunduras, Nicaragua, El Salvador und Guatemala. Die Hauptschäden waren nicht so sehr die Windschäden, sondern die unglaublichen, durch Nordanstau wesentlich noch geförderten, Niederschläge. Durch Überschwemmung und Erdrutsche kamen damals rund 11000 Menschen ums Leben, eine der schwersten Hurricane-Verluste und Schäden der Geschichte. Die nachfolgenden Satellitenbilder und Fotos zeigen Mitch auf dem Höhepunkt am 26. und 27.Oktober 1998.

Zunächst ein IR-Bild von GOES8 um 12.45 UTC :

Äußerst markant neben dem "idealen" Auges des Hurricanes der massive innere Wolkenbereich mit einer wieder sehr hoch reichenden obersten Cirrusabdeckung.

Dann von 18.15 UTC zum Vergleich das IR- und Vis-Bild des GOES8-Satelliten :

Gegenüber 12.45 UTC ist nur eine ganz geringe Verlagerung eingetreten. Besonders Honduras befindet sich anhaltend im Anstau des West-Südwestsektors des Hurricanes.

Am 26.Oktober abends war mit Kerndruck von 906 hPa der Höhepunkt der Entwicklung eingetreten : Das multispektrale Satellitenbild von GOES8 wirkt geradezu suggestiv :

Aber auch noch am nächsten Tag hielt die Intensitätsstufe 5 zunächst an, wie das nachfolgende NOAA-Satellitenbild strukturell demonstriert :

Die Fotos der Hurricane-Flieger waren bei Mitch nicht minder eindrucksvoll wie bei Georges, wie man an den beiden abschließenden Darstellungen erkennt :

Wetterfuchs

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