Tropische Wirbelstürme in Europa?

Tropische Wirbelstürme in Europa?

Trends und Projektionen

Tropische Wirbelstürme mit ihrer typischen zylinderförmigen Struktur gibt es im Europa der mittleren und höheren Breiten nicht und wird es auch als Folge der globalen Erwärmung nicht geben. Stürme in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) können aber auch an den Küsten von Westeuropa vorkommen. Gegenwärtig treten sie primär im Winter auf und sind durch Luftdruckgegensätze in den mittleren Breiten bedingt, die wiederum von dem N-S-Temperaturgradienten der Atmosphäre abhängen. In einem wärmeren Klima wird der meridionale Temperaturgradient allerdings abnehmen, weil sich die höheren Breiten stärker erwärmen als die niederen. Dieser Effekt wird jedoch weitgehend ausgeglichen durch eine Anhebung der Tropopause und eine zunehmende Freisetzung latenter Wärme, die tendenziell die Intensität von Stürmen verstärken. Andererseits führt die globale Erwärmung zu einem Anstieg der Meeresoberflächentemperatur (auch als SST abgekürzt nach engl. Sea Surface Temperature), wodurch das Entstehungsgebiet tropischer Hurrikane ausgeweitet wird. Die aktuelle Forschung weist auf eine polwärtige und östliche Ausweitung des Entstehungsgebiets. Damit werden zukünftige Hurrikane zunehmend einen Einfluss auf die Bedingungen extremer westeuropäischer Stürme nehmen können.1

Nach Berechnungen mit einem hochaufgelösten Klimamodell (ca. 25x25 km) wird es bis zum Ende des 21. Jahrhunderts vor allem im Golf von Biscaya und in der Nordsee eine Zunahme starker Stürme (Beaufort 11-12, >28,4 m/sec) geben. Dabei wird sich die Jahreszeit mit starker Sturmtätigkeit vom Winter auf den Herbst verschieben. Die Anzahl von Stürmen in Hurrikan-Stärke (> 32,6 m/sec) wird sich in der Nordsee und im Golf von Biscaya im frühen Herbst (August-Oktober) zusammengenommen von 2 auf 13 erhöhen. Dabei werden nahezu alle diese Stürme aus tropischen Hurrikane oder tropischen Stürme entstanden sein. Im Gegensatz dazu haben die wenigen Stürme der Gegenwart mit Hurrikan-Stärke einen außertropischen Ursprung.1

Gegenwärtig liegt das Hauptentstehungsgebiet für Hurrikane im westlichen tropischen Atlantik, wo die Meeresoberflächentemperaturen über der Grenze von 27 °C liegen. Die tropischen Stürme, die in Zukunft Richtung Westeuropa ziehen und auf ihrem Weg Hurrikan-Stärke erreichen werden, werden primär aus dem östlichen Teil des Nordatlantiks (östl. von 50 °W) stammen, weil hier die Meeresoberflächentemperatur ebenfalls auf über 27 °C steigen wird. Das Entstehungsgebiet der Hurrikane wird um etwa 10° nach Osten ausgeweitet werden. Üblicherweise ziehen die Sturmbahnen der atlantischen Hurrikane in nordwestliche Richtung. Bei einer Ausweitung der Gebiete mit einer SST von über 27 °C nach Norden und Osten, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Hurrikan-Sturmbahnen bis in die mittleren Breiten reichen und dann von den dort vorherrschenden Westwinden in nordöstliche Richtung getrieben werden. Bevor die Hurrikane allerdings die Küstenregionen Westeuropas erreichen, wandeln sie sich in außertropische Stürme um. Tropische Stürme besitzen einen warmen Kern und eine axiale symmetrische Struktur. Bei ihrem Weg nach Norden nimmt nicht nur ihre Windstärke auf etwa 10 und weniger ab, sie verlieren auch die typischen Merkmale eines Hurrikans. Die Temperatur im Innern sinkt, die horizontale Ausdehnung nimmt zu und wird asymmetrisch wie bei typischen Stürmen der mittleren Breiten. Im Endstadium kann die Sturmstärke allerdings wieder bis auf 12 zunehmen, bedingt durch den Einfluss von Luftdruckgegensätzen und die Freisetzung von latenter Wärme, und kann in Zukunft öfter Hurrikan-Stärke erreichen. Es handelt sich dann aber um einen starken Orkan, nicht um einen Hurrikan.1

Vince und Ophelia

Wie die Zukunft aussehen könnte, haben in jüngster Zeit zwei Hurrikane gezeigt, die einerseits ungewöhnlich weit im Osten des tropischen Nordatlantiks entstanden sind und sich andererseits ungewöhnlich weit nach Norden als Hurrikane bewegt haben. Der Hurrikan „Vince“ entstand im Oktober 2005 südöstlich der Azoren als Tropensturm, erreichte dann auf seinem Weg nach Nordosten kurzfristig Hurrikanstärke und traf bei Huelva in Spanien auf Land.2 Das weit nördliche Entstehungsgebiet führte dazu, dass Vince nicht wie andere Hurrikane mit den Passatwinden in westliche Richtung trieb, sondern mit den vorherrschenden Westwinden eine nordöstliche Zugbahn einnahm. Vince war der erste tropische Wirbelsturm seit 1842, der das Europäische Festland erreichte.3 Allerdings zeigte Vince auch Merkmale, die ihn von einem 'echten' Hurrikan unterschieden. So lag die Meeresoberflächentemperatur im Entstehungsgebiet nicht bei 26 °C und mehr, sondern bei nur 23-24 °C. Dass es dennoch zur Bildung eines hurrikanähnlichen Sturms kam, lag an den sehr kalten Temperaturen in der oberen Troposphäre und damit an der Temperaturdifferenz zur Meeresoberfläche.2 Damit ähnelte Vince stark den vom Mittelmeer her bekannten Medicanes (s.u.). Im Gegensatz zu dem zweiten Hurrikan, der bis in europäische Gewässer eingedrungen ist, dem Hurrikan "Ophelia" vom Oktober 2017, richtete Vince keine größeren Zerstörungen an.

Hurrikan Ophelia 2017


Abb. 1: Zugbahn von Hurrikan Ophelia zwischen dem 9. und 17. Oktober 2017B1

Der Hurrikan Ophelia entstand um den 10. Oktober 2017 herum im Ostatlantik südwestliche der Azoren nördlich von 30° N aus einem Tiefdruckgebiet, das sich schnell zu einem tropischen Sturm umwandelte, bedingt durch ungewöhnlich warme Wassertemperaturen von 27 °C. Bedingt durch geringe Windscherung und niedrigen Temperaturen in großer Höhe, die 2-3 °C unter dem Mittel lagen, wurde Ophelia bereits am 12. Oktober als Hurrikan der Kategorie 1 nach der Saffir-Simpson-Skala eingestuft. Wie Vince geriet Ophelia unter den Einfluss der Westströmung und bewegte sich nach Nordosten, wo der Hurrikan südlich der Azoren kurzzeitig zu einem starken Hurrikan der Kategorie 3 mutierte und dann als schwächerer Hurrikan bis ca. 600 km westlich von der Bretagne Richtung Irland zu ziehen. Erst nördlich des 48. Breitengrades wurde aus dem Hurrikan ein außertropischer Sturm, der als gewaltiger Orkan auf die Südwestküste Irlands traf. Hier forderte Ophelia drei Todesopfer und versicherte Sachschäden von 7 Mio.$ und war damit der schwerste Sturm in Irland seit 50 Jahren.4 Kein Hurrikan hat sich in der Zeit, seit Beobachtungen existieren, je so weit östlich und nördlich bewegt.5

Ex-Hurrikan Ophelia über Irland am 16.10.2017


Abb. 2: Ex-Hurrikan Ophelia über Irland am 16.10.2017B2

Gemeinsam ist „Ophelia“ und „Vince“, dass sie im Ostatlantik nördlich des 30. Breitengrads entstanden sind und sich dann nicht nach Westen, sondern nach Nordosten bewegt haben. Normalerweise entstehen tropische Wirbelstürme im Nordatlantik in der Regel zwischen 20° und 25° N und ziehen dann durch die Passatwinde in Richtung Mittelamerika. Begünstigt wurden die Prozesse in beiden Fällen dadurch, dass sowohl die Meeresoberflächentemperaturen wie die Differenz  zu den Temperaturen in der oberen Troposphäre ungewöhnlich hoch und die Scherwinde schwach waren. Ob diese Fälle auf den Klimawandel zurückzuführen sind, ist bisher ungeklärt. Einige Modellprojektionen lassen allerdings eine Verschiebung der Zugbahnen von tropischen Zyklonen nach Nordosten als möglich erscheinen.6

Medicanes

"Medicanes" ist ein Kunstwort, das aus den Begriffen "mediterranean" (engl. für mittelmeerisch) und "Hurricane" zusammengesetzt ist und Sturmtiefs im Mittelmeer bezeichnet, die Tropischen Wirbelstürmen ähnlich sind.

Aufbau und Entstehung
Medicanes sehen auf Satellitenbildern ähnlich wie Tropische Wirbelstürme aus: Um ein zentrales Auge kreist ein Wolkenband gegen den Uhrzeigersinn. Der Kern bzw. das Auge ist im Vergleich zur Umgebung relativ warm. Hier herrschen absinkende Luftbewegungen, weshalb Wolken sich auflösen. Im Vergleich zu echten Hurrikanen ist der Durchmesser von Medicanes jedoch kleiner und beträgt nur wenige hundert km. Ein anderer wichtiger Unterschied ist die geringere Höhe. Während Tropische Zyklonen bis an die Obergrenze der Atmosphäre reichen, erstrecken sich Medicanes nur bis in die mittlere Atmosphäre. Außerdem findet sich die höchste Windgeschwindigkeit bei tropischen Zyklonen im Kern, um das Auge herum, bei Medicanes dagegen weiter vom Kern entfernt. Die Windgeschwindigkeit von Medicanes sind auch weniger stark. Sie sind aber stark genug, um zusammen mit Niederschlagsmengen von bis zu 500 Liter auf den Quadratkilometer7 starke Verwüstungen auf kleineren Inseln und an den Küsten des Mittelmeeres anzurichten.

Medicane südwestlich von Sizilien 2014


Abb. 3: Ausschnitt aus einem NASA-Satellitenbild mit einem im Entstehen begriffenen Medicane südwestlich von SizilienB3

Die meisten Medicanes ereignen sich im Herbst, wenn das Meer noch relativ warm ist und in der oberen Atmosphäre sich bereits Kaltlufteinbrüche aus dem Norden bemerkbar machen. Selbst im Winter gibt es noch mehr Medicanes als im Frühjahr und Sommer, wenn so gut wie keine Medicanes auftreten. Regional finden sich die meisten Stürme im westlichen und zentralen Mittelmeer, mit den beiden Maxima im nordwestlichen Mittelmeer und im Ionischen Meer. Der Grund für die regionale Verteilung ist das Eindringen kalter Höhenluft hauptsächlich über der westlichen Mittelmeer-Hälfte.11 Allerdings spielt auch eine Rolle, dass die Windscherung über dem östlichen Mittelmeer stärker ist als weiter im Westen.8

Wichtig für die Entstehung von Medicanes ist der Temperaturgegensatz zwischen der Meeresoberflächentemperatur und der hohen Troposphäre, der mehr als 57 °C betragen sollte. Anders als bei Tropischen Wirbelstürmen sind dabei die kalten Temperaturen in der Höhe entscheidend, weniger die der Meeresoberfläche.8 Medicanes brauchen nicht wie Tropische Wirbelstürme eine Wassertemperaturen von mehr als 26 °C. Ausreichend sind Temperaturen über 15 °C.9 Die vertikale Temperaturdifferenz, durch die die Luft instabil wird und aufsteigt, wird weniger durch eine Erwärmung des Wassers als durch Eindringen von Kaltluft in der Höhe bestimmt.10 Die Kaltluft dringt zumeist als kaltes Höhentief aus höheren Breiten ein. Die von unten aufsteigende Luft kühlt sich ab, es kommt zur Kondensation und Energiefreisetzung, die den weiteren Aufstieg antreibt. Ähnlich wie bei Tropischen Wirbelstürmen ist die Freisetzung latenter Wärme im Zentrum des Sturms der Energielieferant, die ständig durch die Verdunstung von Meerwasser nachgeliefert wird.11

Weitere Voraussetzungen sind eine geringe Windscherung von 10-15 m/s unter dem Mittel bzw. unter 40 m/s absolut, außerdem eine hohe relative Feuchtigkeit und ein tiefer Luftdruck am Boden.10 Der tiefe Luftdruck entsteht zunächst dadurch, dass den Medicanes ähnlich wie Tropischen Wirbelstürmen normale Tiefdruckgebiete vorausgehen, deren tiefer Druck sich dann im Kern des Wirbels durch die aufsteigenden Luftmassen bis unter 1000 hPa fallen kann.12

Projektionen
Nach Modellsimulationen wird es bis Ende des 21. Jahrhunderts zwar eine Erwärmung der Meeresoberflächentemperatur im Winter um 3 °C geben, aber andererseits wird die Kaltluft in der Höhe deutlich seltener in die Mittelmeerregion eindringen, weshalb sich die meteorologischen Bedingungen für die Entstehung von Medicanes verschlechtern werden.9 Der vertikale Temperaturgradient wird sich dadurch verringern. Die Wahrscheinlichkeit, dass Unterschiede zwischen der Meeresoberflächentemperatur und der Temperatur der hohen Troposphäre von mehr als 57 °C und mehr auftreten, nimmt nach dem Szenario A2 um ca. 20 % ab, weil sich die Atmosphäre um etwa 3 °C stärker erwärmt als das Meer. Im Vergleich zum 20. Jahrhundert reduziert sich nach Modellsimulationen daher die Anzahl der Medicanes im B1-Szenario leicht um 15 %. Nach dem Szenario A2 wird die Verringerung der Anzahl der Medicanes mit 60 % deutlich höher ausfallen. Die Intensität der Stürme wird dagegen zunehmen. Ein Grund ist die Verstärkung der Scherwinde in einem wärmeren Klima in der kalten Jahreszeit um 3-5 % nach dem B1- und um 5-10 % nach dem A2-Szenario.8 Durch die stärkeren Scherwinde haben schwächere Medicanes weniger Möglichkeiten, sich zu entfalten.

Anmerkungen:
1. 
Haarsma, R.J., et al. (2013): More hurricanes to hit western Europe due to global warming, Geophysical Research Letters 40, doi:10.1002/grl.50360
2. National Hurricane Center, NOAA (2006): Tropical Cyclone Report: Hurricane Vince, Abruf 30.8.2018
3. Wikipedia: Hurrikan Vince, Abruf 30.8.2018
4.
Stewart, S.R., National Hurricane Center NOAA (2018): Hurricane Ophelia
5. Di Liberto, T. (2017): Former hurricane Ophelia batters Ireland
6. Walsh, K J., J. M. McBride, P. J. Klotzbach, S. Balachandran, S. J. Camargo, G. Hol­land, T. R. Knutson, J. Kossin, T.-C. Lee, A. Sobel & M. Sugi (2016): Tropical cyclones and cli­mate change. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 7(1), DOI:10.1002/wcc.371.
7. Leyser, A. (2014): „Medicane“ – Ein Wirbelsturm am Mittelmeer
8. Cavicchia, L., H. v. Storch ans S. Gualdi (2014): Mediterranean Tropical-Like Cyclones in Present and Future Climate, Journal of Climate 27, 7493-7501
9. Tous, T., and R. Romerao (2013): Meteorological environments associated with medicane development, Int. J. Climatol. 33, 1–14
10. Cavicchia, L., and H. von Storch, and S. Gualdi (2014): A long-term climatology of medicanes. Climate Dynamics 43, 1183–1195
11. Romero, R., and K. Emanuel (2013): Medicane risk in a changing climate, Journal of geophysical research: atmosphere 118, 5992-6001
12. Claud, C., et al. (2010): Mediterranean hurricanes: large-scale environment and convective and precipitating areas from satellite microwave observations, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 10, 2199-2213, doi:10.5194/nhess-10-2199-2010

Bildquellen:
B1. Stewart, S.R., National Hurricane Center NOAA (2018): Hurricane Ophelia; Lizenz: public domain
B2. Di Liberto, T. (2017): Former hurricane Ophelia batters Ireland; Lizenz: public domain
B3. NASA Worldview, 7.11.2014 Overlays: Open Data; Lizenz: public domain

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