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Sommergewitter im Wald

Ein Gewitter , auch als elektrischer Sturm oder Blitzsturm bekannt , ist ein Sturm , der durch das Vorhandensein eines Blitzes [1] und seine akustische Wirkung auf die Erdatmosphäre , bekannt als Donner, gekennzeichnet ist . [2] Relativ schwache Gewitter werden manchmal als Gewitter bezeichnet . [3] Gewitter treten in einer Art Wolke auf, die als Cumulonimbus bekannt ist . [4] Sie sind meist von begleitet sind starke Winde , [1] und oft produzierenschwere regt [1] und manchmal Schnee , Schneeregen oder Hagel , [1] , aber einige Gewitter produzieren wenig Niederschlag oder keinen Niederschlag überhaupt. Gewitter können sich in einer Reihe aufstellen oder zu einem Regenband werden , das als Böenlinie bezeichnet wird . Starke oder schwere Gewitter umfassen einige der gefährlichsten Wetterphänomene, einschließlich großen Hagels, starken Winden und Tornados . Einige der hartnäckigsten schweren Gewitter, sogenannte Superzellen , drehen sich ebenso wie Zyklone. Während sich die meisten Gewitter mit dem mittleren Windfluss durch die Schicht des bewegenTroposphäre , die sie besetzen, vertikale Windscherung verursacht manchmal eine Abweichung in ihrem Kurs im rechten Winkel zur Windscherrichtung.

Gewitter entstehen durch die schnelle Aufwärtsbewegung warmer, feuchter Luft, manchmal entlang einer Front . [5] Es ist jedoch eine Art Wolkenzwang erforderlich , sei es eine Front, ein Kurzwellentrog oder ein anderes System, damit die Luft schnell nach oben beschleunigt. Da die warme, feuchte Luft nach oben bewegt, es abkühlt, kondensiert , [5] und bildet eine Cumulonimbuswolke , die Höhen von über 20 km (12 Meilen) erreichen kann. Wenn die aufsteigende Luft ihren Taupunkt erreichtTemperatur, Wasserdampf kondensiert zu Wassertröpfchen oder Eis und reduziert den Druck lokal in der Gewitterzelle. Jeder Niederschlag fällt über die lange Strecke durch die Wolken zur Erdoberfläche. Wenn die Tröpfchen fallen, kollidieren sie mit anderen Tröpfchen und werden größer. Die fallenden Tröpfchen erzeugen einen Abwind, wenn sie kalte Luft mit sich ziehen, und diese kalte Luft breitet sich an der Erdoberfläche aus und verursacht gelegentlich starke Winde, die üblicherweise mit Gewittern verbunden sind.

Gewitter können sich an jedem geografischen Ort bilden und entwickeln, am häufigsten jedoch in der Mitte des Breitengrads , wo warme, feuchte Luft aus tropischen Breiten mit kühlerer Luft aus polaren Breiten kollidiert. [6] Gewitter sind für die Entwicklung und Bildung vieler Unwetterphänomene verantwortlich. Gewitter und die damit verbundenen Phänomene bergen große Gefahren. Schäden, die durch Gewitter entstehen, werden hauptsächlich durch Windstöße , große Hagelkörner und Sturzfluten verursacht, die durch starke Niederschläge verursacht werden . Stärkere Gewitterzellen können Tornados und Wasserspeier produzieren .

Es gibt vier Arten von Gewittern: Einzelzellen , Mehrzellencluster , Mehrzelllinien und Superzellen. [7] Superzellgewitter sind am stärksten und am schwersten. [7] Mesoskalige Konvektionssysteme, die durch günstige vertikale Windscherung in den Tropen und Subtropen gebildet werden, können für die Entwicklung von Hurrikanen verantwortlich sein . Trockene Gewitter ohne Niederschlag können den Ausbruch von Waldbränden aufgrund der Hitze verursachen, die durch den Blitz von Wolke zu Boden erzeugt wird , der sie begleitet. Zur Untersuchung von Gewittern werden verschiedene Mittel eingesetzt: Wetterradar ,Wetterstationen und Videofotografie. In früheren Zivilisationen gab es noch im 18. Jahrhundert verschiedene Mythen über Gewitter und ihre Entwicklung . Jenseits der Erdatmosphäre wurden auch Gewitter auf den Planeten Jupiter , Saturn , Neptun und wahrscheinlich Venus beobachtet .

Lebenszyklus

Lebensabschnitte eines Gewitters.

Warme Luft hat eine geringere Dichte als kühle Luft, daher steigt wärmere Luft nach oben und kühlere Luft setzt sich am Boden ab [8] (dieser Effekt ist bei einem Heißluftballon zu beobachten ). [9] Wolken bilden sich, wenn relativ wärmere Luft, die Feuchtigkeit transportiert, in kühlerer Luft aufsteigt. Die feuchte Luft steigt auf und kühlt sich dabei ab, und ein Teil des Wasserdampfes in dieser aufsteigenden Luft kondensiert . [10] Wenn die Feuchtigkeit kondensiert, setzt sie Energie frei, die als latente Kondensationswärme bekannt ist, wodurch das aufsteigende Luftpaket weniger abkühlen kann als die kühlere Umgebungsluft [11] und den Aufstieg der Wolke fortsetzt. Wenn genug InstabilitätWenn dieser Prozess in der Atmosphäre vorhanden ist, wird er lange genug andauern, damit sich Cumulonimbus- Wolken bilden und Blitze und Donner erzeugen können . Meteorologische Indizes wie die konvektiv verfügbare potentielle Energie (CAPE) und der angehobene Index können verwendet werden, um die potenzielle vertikale Aufwärtsentwicklung von Wolken zu bestimmen. [12] Gewitter erfordern im Allgemeinen drei Bedingungen, um sich zu bilden:

  1. Feuchtigkeit
  2. Eine instabile Luftmasse
  3. Eine Hebekraft (Hitze)

Alle Gewitter, unabhängig vom Typ, durchlaufen drei Phasen: die Entwicklungsphase , die Reifephase und die Dissipationsphase . [13] [14] Die durchschnittlichen Gewitter haben einen 24 km (15 Meilen) Durchmesser. Abhängig von den Bedingungen in der Atmosphäre dauert jede dieser drei Stufen durchschnittlich 30 Minuten. [fünfzehn]

Entwicklungsphase

Das erste Stadium eines Gewitters ist das Cumulus- oder Entwicklungsstadium. Während dieser Phase werden Feuchtigkeitsmassen nach oben in die Atmosphäre gehoben. Der Auslöser für diesen Aufzug kann eine Sonnenbeleuchtung sein , bei der die Erwärmung des Bodens Thermik erzeugt oder bei der zwei Winde zusammenfließen und die Luft nach oben drückt oder bei der Winde über Gelände mit zunehmender Höhe wehen. Die nach oben transportierte Feuchtigkeit kühlt sich aufgrund niedrigerer Temperaturen in großer Höhe, die als Cumuluswolken erscheinen, zu flüssigen Wassertropfen ab . Wenn der Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensiert, wird latente Wärme freigesetzt, die die Luft erwärmt und dazu führt, dass sie weniger dicht ist als die umgebende, trockenere Luft. Die Luft neigt dazu, in einem Aufwind durch den Prozess von zu steigenKonvektion (daher der Begriff konvektiver Niederschlag ). Dieser Prozess erzeugt eine Niederdruckzone innerhalb und unterhalb des sich bildenden Gewitters. Bei einem typischen Gewitter werden ungefähr 500 Millionen Kilogramm Wasserdampf in die Erdatmosphäre gehoben . [16]

Reifes Stadium

Ambossförmige Gewitterwolke im reifen Stadium

Im reifen Stadium eines Gewitters steigt die erwärmte Luft weiter an, bis sie einen Bereich mit wärmerer Luft erreicht und nicht weiter aufsteigen kann. Oft ist diese "Kappe" die Tropopause . Die Luft wird stattdessen gezwungen, sich auszubreiten, was dem Sturm eine charakteristische Ambossform verleiht . Die resultierende Wolke wird Cumulonimbus Incus genannt . Die Wassertropfen verschmelzen zu größeren und schwereren Tröpfchen und gefrieren zu Eispartikeln. Wenn diese fallen, schmelzen sie zu Regen . Wenn der Aufwind stark genug ist, werden die Tröpfchen lange genug in die Höhe gehalten, um so groß zu werden, dass sie nicht vollständig schmelzen, sondern als Hagel fallen . Während Aufwinde noch vorhanden sind, schleppt der fallende Regen die Umgebungsluft mit sich und erzeugtauch Abwinde . Das gleichzeitige Vorhandensein eines Aufwinds und eines Abwinds markiert das reife Stadium des Sturms und erzeugt Cumulonimbuswolken. Während dieser Phase können erhebliche interne Turbulenzen auftreten, die sich in starken Winden, starken Blitzen und sogar Tornados äußern. [17]

Wenn es wenig Windscherung gibt , tritt der Sturm normalerweise schnell in die Zerstreuungsstufe ein und „regnet sich selbst aus“ [14] . Wenn sich jedoch die Windgeschwindigkeit oder -richtung ausreichend ändert, wird der Abwind vom Aufwind getrennt und Der Sturm kann zu einer Superzelle werden , in der sich das reife Stadium mehrere Stunden lang halten kann. [18]

Dissipationsphase

Ein Gewitter in einer Umgebung ohne Wind, um den Sturm zu scheren oder den Amboss in eine Richtung zu blasen

In der Dissipationsphase wird das Gewitter vom Abwind dominiert. Wenn die atmosphärischen Bedingungen die Entwicklung der Superzellen nicht unterstützen, tritt dieses Stadium ziemlich schnell auf, ungefähr 20 bis 30 Minuten nach dem Leben des Gewitters. Der Abwind wird aus dem Gewitter herausdrücken, auf den Boden fallen und sich ausbreiten. Dieses Phänomen ist als Downburst bekannt . Die kühle Luft, die vom Abwind auf den Boden getragen wird, unterbricht den Zufluss des Gewitters, der Aufwind verschwindet und das Gewitter löst sich auf. Gewitter in einer Atmosphäre mit praktisch keiner vertikalen Windscherung werden schwächer, sobald sie eine Abflussgrenze in alle Richtungen aussenden, die dann den Zufluss relativ warmer, feuchter Luft schnell abschneidet und das weitere Wachstum des Gewitters abtötet. [19]Der auf den Boden treffende Abwind erzeugt eine Abflussgrenze . Dies kann zu Downbursts führen, einem potenziell gefährlichen Zustand für Flugzeuge, da eine wesentliche Änderung der Windgeschwindigkeit und -richtung auftritt, was zu einer Verringerung der Fluggeschwindigkeit und der anschließenden Verringerung des Auftriebs für das Flugzeug führt. Je stärker die Abflussgrenze ist, desto stärker wird die resultierende vertikale Windscherung. [20]

Einstufung

Günstige Bedingungen für Gewittertypen und -komplexe

Es gibt vier Haupttypen von Gewittern: Einzelzellen, Mehrzellen, Böenlinie (auch Mehrzellenlinie genannt) und Superzelle. [7] Welche Art sich bildet, hängt von der Instabilität und den relativen Windverhältnissen in verschiedenen Schichten der Atmosphäre ab (" Windscherung "). Einzelzellige Gewitter bilden sich in Umgebungen mit geringer vertikaler Windscherung und dauern nur 20 bis 30 Minuten.

Organisierte Gewitter und Gewitterhaufen / -linien können längere Lebenszyklen haben, da sie sich in Umgebungen mit erheblicher vertikaler Windscherung bilden, die normalerweise größer als 25 Knoten (13 m / s) in den untersten 6 Kilometern der Troposphäre sind. [21] Dies unterstützt die Entwicklung stärkerer Aufwinde sowie verschiedener Formen von Unwettern. Die Superzelle ist das stärkste Gewitter [7], das am häufigsten mit großem Hagel, starkem Wind und Tornadobildung in Verbindung gebracht wird. Niederschlagswasserwerte von mehr als 31,8 Millimetern begünstigen die Entwicklung organisierter Gewitterkomplexe. [22] Personen mit starken Niederschlägen weisen normalerweise Niederschlagswasserwerte von mehr als 36,9 Millimetern auf.[23] Für die Entwicklung einer organisierten Konvektion sind normalerweise vorgelagerte CAPE- Werte vonmehr als 800 J / kg erforderlich. [24]

Einzelzelle

Ein einzelliges Gewitter über Wagga Wagga .

Dieser Begriff gilt technisch für ein einzelnes Gewitter mit einem Hauptaufwind. Auch als Luftmassengewitter bekannt , sind dies die typischen Sommergewitter in vielen gemäßigten Gegenden. Sie treten auch in der kühlen, instabilen Luft auf, die häufig auf den Durchgang einer Kaltfront folgtvom Meer im Winter. Innerhalb einer Gruppe von Gewittern bezieht sich der Begriff "Zelle" auf jeden einzelnen Hauptaufwind. Gewitterzellen bilden sich gelegentlich isoliert, da das Auftreten eines Gewitters eine Abflussgrenze entwickeln kann, die eine neue Gewitterentwicklung auslöst. Solche Stürme sind selten schwerwiegend und resultieren aus lokaler atmosphärischer Instabilität; daher der Begriff "Luftmassengewitter". Wenn mit solchen Stürmen eine kurze Unwetterperiode verbunden ist, spricht man von einem schweren Pulssturm. Pulsschwere Stürme sind schlecht organisiert und treten zeitlich und räumlich zufällig auf, was es schwierig macht, sie vorherzusagen. Einzelzellgewitter dauern normalerweise 20 bis 30 Minuten. [fünfzehn]

Mehrzellige Cluster

Eine Gruppe von Gewittern über Brasilien, fotografiert vom Space Shuttle Challenger .

Dies ist die häufigste Art der Gewitterentwicklung. Reife Gewitter finden sich in der Nähe der Mitte des Clusters, während sich auf der Seite vor dem Wind zerstreuende Gewitter befinden. Mehrzellige Stürme bilden sich als Cluster von Stürmen, können sich dann aber zu einer oder mehreren Böenlinien entwickeln . Während jede Zelle des Clusters nur 20 Minuten dauern kann, kann der Cluster selbst stundenlang bestehen bleiben. Sie entstehen häufig durch konvektive Aufwinde in oder in der Nähe von Gebirgszügen und linearen Wettergrenzen wie starken Kaltfronten oder Tälern mit niedrigem Druck. Diese Art von Stürmen ist stärker als der Einzelzellensturm, aber viel schwächer als der Superzellensturm. Zu den Gefahren des mehrzelligen Clusters zählen mittelgroßer Hagel, Sturzfluten und schwache Tornados. [fünfzehn]

Mehrzellige Linien

Eine Böenlinie ist eine längliche Linie schwerer Gewitter , die sich entlang oder vor einer Kaltfront bilden können . [25] [26] Im frühen 20. Jahrhundert wurde der Begriff als Synonym für Kaltfront verwendet . [27] Die Böenlinie enthält starke Niederschläge , Hagel , häufige Blitze , starke gerade Winde und möglicherweise Tornados und Wasserspeier . [28] Unwetter in Form starker gerader Winde ist in Gebieten zu erwarten, in denen die Böenlinie selbst die Form eines Bogenechos hat, innerhalb des Teils der Linie, der sich am meisten verbiegt. [29] Tornados entlang Wellen innerhalb eines finden Linie Echowellenmuster oder LEWP, wo Mesoscale - Niederdruckbereiche vorhanden sind. [30] Einige Bogenechos im Sommer werden Derechos genannt und bewegen sich ziemlich schnell durch große Teile des Territoriums. [31] An der Hinterkante des Regenschildes, die mit reifen Böenlinien verbunden ist, kann sich ein Nachlauf-Tief bilden, ein mesoskaliger Niederdruckbereich, der sich hinter dem mesoskaligen Hochdrucksystem bildet, das normalerweise unter dem Regenschutz vorhanden ist und mit dem manchmal verbunden ist ein Hitzestoß . [32]Diese Art von Sturm ist in Südchina auch als "Wind des steinigen Sees" (traditionelles Chinesisch: 石湖 風 - shi2 hu2 feng1, vereinfachtes Chinesisch: 石湖 风) bekannt. [33]

Superzellen

Ein Superzellengewitter über Chaparral , New Mexico .
Die untergehende Sonne beleuchtet die Spitze einer klassischen ambossförmigen Gewitterwolke im Osten von Nebraska , USA .

Superzellstürme sind große, normalerweise schwere , quasi stationäre Stürme, die sich in einer Umgebung bilden, in der die Windgeschwindigkeit oder Windrichtung mit der Höhe variiert (" Windscherung "), und sie haben getrennte Abwinde und Aufwinde (dh wo der damit verbundene Niederschlag ist nicht durch den Aufwind fallen) mit einem starken, rotierenden Aufwind (ein " Mesozyklon "). Diese Stürme haben normalerweise so starke Aufwinde, dass die Spitze der Superzellensturmwolke (oder des Ambosses) die Troposphäre durchbrechen und in die unteren Ebenen der Stratosphäre gelangen kann . Superzellstürme können 24 Kilometer breit sein. Untersuchungen haben gezeigt, dass mindestens 90 Prozent der Superzellen Unwetter verursachen . [18]Diese Stürme können zerstörerische Tornados , extrem große Hagelkörner (10 Zentimeter oder 4 Zoll Durchmesser), geradlinige Winde mit mehr als 130 km / h und Sturzfluten verursachen . Untersuchungen haben gezeigt, dass die meisten Tornados bei dieser Art von Gewitter auftreten. [34] Superzellen sind im Allgemeinen die stärkste Art von Gewitter. [fünfzehn]

Schwere Gewitter

In den Vereinigten Staaten wird ein Gewitter als stark eingestuft, wenn der Wind mindestens 93 Stundenkilometer erreicht, der Hagel einen Durchmesser von 25 Millimetern oder mehr hat oder Trichterwolken oder Tornados gemeldet werden. [35] [36] [37] Obwohl eine Trichterwolke oder ein Tornado auf ein schweres Gewitter hinweist, wird anstelle einer schweren Gewitterwarnung eine Tornado-Warnung ausgegeben . Eine schwere Gewitterwarnung wird ausgegeben, wenn ein Gewitter schwerwiegend wird oder bald schwerwiegend wird. In Kanada wird eine Niederschlagsrate von mehr als 50 Millimetern in einer Stunde oder 75 Millimetern in drei Stunden auch verwendet, um schwere Gewitter anzuzeigen. [38] Schwere Gewitter können von jeder Art von Sturmzelle auftreten. Allerdings Mehrzellen , Super und Bö Linien stellen die häufigsten Formen von Gewittern , die Unwettern produzieren. [18]

Mesoskalige Konvektionssysteme

MCC zieht durch Neuengland : 2. August 2006 0600 UTC

Ein mesoskaliges Konvektionssystem (MCS) ist ein Komplex von Gewittern, der in einem Ausmaß organisiert wird, das größer als die einzelnen Gewitter, aber kleiner als extratropische Zyklone ist und normalerweise mehrere Stunden oder länger anhält. [39] Das gesamte Wolken- und Niederschlagsmuster eines mesoskaligen Konvektionssystems kann rund oder linear sein und Wettersysteme wie tropische Wirbelstürme , Böenlinien , Schneeereignisse mit Seeeffekt, polare Tiefs und mesoskalige konvektive Komplexe (MCCs) umfassen Sie bilden sich im Allgemeinen in der Nähe von Wetterfronten. Die meisten mesoskaligen Konvektionssysteme entwickeln sich über Nacht und setzen ihre Lebensdauer bis zum nächsten Tag fort. [14] Sie neigen dazu, sich zu bilden, wenn die Oberflächentemperatur zwischen Tag und Nacht um mehr als 5 ° C variiert. [40] Der Typ, der sich während der warmen Jahreszeit über Land bildet, wurde in Nordamerika , Europa und Asien festgestellt, wobei ein Maximum an Aktivität am späten Nachmittag und in den Abendstunden festgestellt wurde. [41] [42]

Formen von MCS, die sich in den Tropen entwickeln, werden entweder in der Intertropical Convergence Zone oder in Monsuntälern verwendet , im Allgemeinen in der warmen Jahreszeit zwischen Frühling und Herbst. Über Land bilden sich intensivere Systeme als über Wasser. [43] [44] Eine Ausnahme bilden Schneebänder mit Seeeffekt, die sich aufgrund kalter Luft bilden, die sich über relativ warme Gewässer bewegt und vom Herbst bis zum Frühjahr auftritt. [45] Polartiefs sind eine zweite spezielle Klasse von MCS. Sie bilden sich in der kalten Jahreszeit in hohen Breiten. [46] Sobald das Eltern-MCS stirbt, kann es im Zusammenhang mit seinem verbleibenden mesoskaligen Konvektionswirbel (MCV) zu einer späteren Gewitterentwicklung kommen .[47] Mesoskalige Konvektionssysteme sind für die Niederschlagsklimatologie der Vereinigten Staaten über den Great Plains wichtig,da sie der Region etwa die Hälfte ihres jährlichen Niederschlags in der warmen Jahreszeit bringen. [48]

Bewegung

Gewitter Linie betrachtet in Reflektivität ( dBZ ) auf einer Planpositionsindikator Radaranzeige

Die beiden Hauptbewegungen von Gewittern sind die Advektion des Windes und die Ausbreitung entlang der Abflussgrenzen in Richtung größerer Wärme- und Feuchtigkeitsquellen. Viele Gewitter bewegen sich mit der mittleren Windgeschwindigkeit durch die Troposphäre der Erde , die niedrigsten 8 Kilometer der Erdatmosphäre . Schwächere Gewitter werden von Winden gesteuert, die näher an der Erdoberfläche liegen als stärkere Gewitter, da die schwächeren Gewitter nicht so groß sind. Organisierte, langlebige Gewitterzellen und -komplexe bewegen sich im rechten Winkel zur Richtung der vertikalen WindscherungVektor. Wenn die Böenfront oder die Vorderkante der Abflussgrenze vor dem Gewitter rast, beschleunigt sich ihre Bewegung gleichzeitig. Dies ist eher ein Faktor bei Gewittern mit starkem Niederschlag (HP) als bei Gewittern mit geringem Niederschlag (LP). Wenn Gewitter verschmelzen, was am wahrscheinlichsten ist, wenn zahlreiche Gewitter in der Nähe voneinander existieren, bestimmt die Bewegung des stärkeren Gewitters normalerweise die zukünftige Bewegung der zusammengeführten Zelle. Je stärker der mittlere Wind ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass andere Prozesse an der Sturmbewegung beteiligt sind. Auf dem Wetterradar werden Stürme mithilfe einer herausragenden Funktion verfolgt und von Scan zu Scan verfolgt. [18]

Gewitter im Hintergrund

Ein Gewitter im Hintergrund, das allgemein als Trainingsgewitter bezeichnet wird , ist ein Gewitter, bei dem eine Neuentwicklung auf der Aufwindseite (normalerweise auf der West- oder Südwestseite der nördlichen Hemisphäre ) stattfindet, so dass der Sturm stationär zu bleiben scheint oder sich ausbreitet in einer rückwärtigen Richtung. Obwohl der Sturm auf dem Radar oft stationär erscheint oder sich sogar gegen den Wind bewegt, ist dies eine Illusion. Der Sturm ist wirklich ein mehrzelliger Sturm mit neuen, kräftigeren Zellen, die sich auf der Aufwindseite bilden und ältere Zellen ersetzen, die weiterhin gegen den Wind treiben. [49] [50] In diesem Fall ist eine katastrophale Überschwemmung möglich. In Rapid City, South Dakota1972 führte eine ungewöhnliche Ausrichtung der Winde auf verschiedenen Ebenen der Atmosphäre zu einem kontinuierlich trainierenden Satz von Zellen, die eine enorme Menge Regen auf dasselbe Gebiet fallen ließen, was zu verheerenden Sturzfluten führte . [51] Ein ähnliches Ereignis ereignete sich am 16. August 2004 in Boscastle , England, [52] und am 1. Dezember 2015 über Chennai. [53]

Gefahren

Jedes Jahr werden viele Menschen getötet oder schwer verletzt durch schwere Gewitter trotz der Vorwarnung [ Bearbeiten ] . Während schwere Gewitter im Frühling und Sommer am häufigsten sind , können sie zu fast jeder Jahreszeit auftreten.

Blitz von Wolke zu Boden

Ein Rückschlag, ein Blitzschlag von Wolke zu Boden während eines Gewitters.

Wolken-zu-Boden-Blitze treten häufig innerhalb der Phänomene von Gewittern auf und bergen zahlreiche Gefahren für Landschaften und Populationen. Eine der größten Gefahren, die ein Blitz darstellen kann, sind die Waldbrände, die sie entzünden können. [54] Bei Gewittern mit geringem Niederschlag (LP), bei denen nur wenig Niederschlag vorhanden ist, kann der Niederschlag nicht verhindern, dass bei trockener Vegetation Brände entstehen, da Blitze eine konzentrierte Menge extremer Hitze erzeugen. [55] Gelegentlich kommt es zu direkten Schäden durch Blitzeinschläge. [56] In Gebieten mit einer hohen Frequenz für Wolken-zu-Boden-Blitze wie Florida verursacht der Blitz mehrere Todesfälle pro Jahr, am häufigsten bei Menschen, die im Freien arbeiten. [57]

Saurer Regen ist auch ein häufiges Blitzrisiko. Destilliertes Wasser hat einen neutralen pH-Wert von 7. „Sauberer“ oder unverschmutzter Regen hat einen leicht sauren pH-Wert von etwa 5,2, da Kohlendioxid und Wasser in der Luft unter Bildung von Kohlensäure , einer schwachen Säure, reagieren (pH 5,6 in destilliertem Wasser). Unverschmutzter Regen enthält aber auch andere Chemikalien. [58] Stickstoffmonoxid bei Gewitterphänomenen. [59]Durch die Oxidation von Luftstickstoff verursacht, kann es zu saurem Regen kommen, wenn Stickoxid mit den Wassermolekülen im Niederschlag Verbindungen bildet und so sauren Regen erzeugt. Saurer Regen kann Infrastrukturen beschädigen, die Calcit oder bestimmte andere feste chemische Verbindungen enthalten. In Ökosystemen kann saurer Regen Pflanzengewebe von Vegetationen auflösen und den Versauerungsprozess in Gewässern und im Boden verstärken , was zum Tod von Meeres- und Landorganismen führt. [60]

Hagel

Hagelsturm in Bogotá , Kolumbien .

Jedes Gewitter, das Hagel erzeugt, der den Boden erreicht, wird als Hagelsturm bezeichnet. [61] Gewitterwolken, die Hagelkörner produzieren können, erhalten häufig eine grüne Färbung. Hagel ist in Gebirgszügen häufiger anzutreffen, da Berge horizontale Winde nach oben drücken (bekannt als orographisches Heben ), wodurch die Aufwinde innerhalb von Gewittern verstärkt werden und Hagel wahrscheinlicher wird. [62] Eine der häufigsten Regionen für großen Hagel ist das gebirgige Nordindien, in dem 1888 eine der höchsten Todesfälle im Zusammenhang mit Hagel verzeichnet wurde. [63] In China sind ebenfalls erhebliche Hagelstürme zu verzeichnen. [64] Quer durch Europa , Kroatienerlebt häufiges Auftreten von Hagel. [65]

In Nordamerika ist Hagel am häufigsten in der Gegend, in der sich Colorado , Nebraska und Wyoming treffen, bekannt als "Hagelgasse". [66] Hagel in dieser Region tritt zwischen März und Oktober in den Nachmittags- und Abendstunden auf, wobei der Großteil der Vorkommnisse von Mai bis September erfolgt. Cheyenne, Wyoming, ist Nordamerikas hagelgefährdetste Stadt mit durchschnittlich neun bis zehn Hagelstürmen pro Saison. [67] In Südamerika sind Städte wie Bogotá, Kolumbien, anfällig für Hagel.

Hagel kann schwere Schäden verursacht, insbesondere an Kraftfahrzeugen , Flugzeugen, Dachfenster, Glasdach Strukturen, Vieh , und am häufigsten, Bauernkulturen . [67] Hagel ist eine der größten Gewittergefahren für Flugzeuge. Wenn Hagelkörner einen Durchmesser von mehr als 13 Millimetern haben, können Flugzeuge innerhalb von Sekunden ernsthaft beschädigt werden. [68] Die am Boden angesammelten Hagelkörner können auch für die Landung von Flugzeugen gefährlich sein. Weizen, Mais, Sojabohnen und Tabak sind die empfindlichsten Pflanzen für Hagelschäden. [63] Hagel ist eine der teuersten Gefahren Kanadas. [69]Hagelstürme waren im Laufe der Geschichte die Ursache für kostspielige und tödliche Ereignisse. Einer der frühesten aufgezeichneten Vorfälle ereignete sich um das 9. Jahrhundert in Roopkund , Uttarakhand , Indien. [70] Der größte Hagelstein in Bezug auf den maximalen Umfang und die maximale Länge, der jemals in den USA gemessen wurde, fiel 2003 in Aurora, Nebraska , USA. [71]

Tornados und Wasserspeier

Im Juni 2007 wurde die Stadt Elie in Manitoba von einem F5- Tornado getroffen .

Ein Tornado ist eine heftige, rotierende Luftsäule, die sowohl mit der Erdoberfläche als auch mit einer Cumulonimbus-Wolke (auch als Gewitterwolke bekannt) oder in seltenen Fällen mit der Basis einer Cumuluswolke in Kontakt steht . Tornados gibt es in vielen Größen, aber typischerweise in Form eines sichtbaren Kondensationstrichters , dessen schmales Ende die Erde berührt und oft von einer Wolke aus Trümmern und Staub umgeben ist . [72] Die meisten Tornados haben Windgeschwindigkeiten zwischen 64 und 177 km / h, einen Durchmesser von etwa 75 Metern und legen mehrere Kilometer zurück, bevor sie sich auflösen. Einige erreichen Windgeschwindigkeiten von mehr als 480 km / h, erstrecken sich über einen Durchmesser von mehr als 1.600 Metern und bleiben mehr als 100 Kilometer am Boden. [73] [74] [75]

Die Fujita-Skala und die verbesserte Fujita-Skala bewerten Tornados durch verursachten Schaden. Ein EF0-Tornado, die schwächste Kategorie, beschädigt Bäume, verursacht jedoch keine nennenswerten Schäden an Strukturen. Ein EF5-Tornado, die stärkste Kategorie, reißt Gebäude von ihren Fundamenten und kann große Wolkenkratzer verformen . Die ähnliche TORRO-Skala reicht von T0 für extrem schwache Tornados bis T11 für die stärksten bekannten Tornados. [76] Doppler- Radardaten , Photogrammetrie und Bodenwirbelmuster (Zykloidenmarkierungen) können ebenfalls analysiert werden, um die Intensität zu bestimmen und eine Bewertung zu vergeben. [77]

Bildung zahlreicher Wasserspeier in der Region der Großen Seen . (Nordamerika)
Eine Sturzflut durch ein schweres Gewitter

Wasserspeier haben ähnliche Eigenschaften wie Tornados, die durch eine spiralförmige trichterförmige Windströmung gekennzeichnet sind, die sich über Gewässern bildet und sich mit großen Cumulonimbuswolken verbindet. Wasserspeier werden im Allgemeinen als Formen von Tornados oder insbesondere als nicht superzellige Tornados klassifiziert , die sich über großen Gewässern entwickeln. [78] Diese spiralförmigen Luftsäulen entwickeln sich häufig in tropischen Gebieten in der Nähe des Äquators , sind jedoch in Gebieten mit hohem Breitengrad weniger verbreitet . [79]

Sturzflut

Sturzfluten sind der Prozess, bei dem eine Landschaft, insbesondere eine städtische Umgebung, schnellen Überschwemmungen ausgesetzt ist. [80] Diese schnellen Überschwemmungen treten schneller auf und sind lokaler als saisonale Fluss- oder Flächenüberschwemmungen [81]. Sie sind häufig (wenn auch nicht immer) mit starken Regenfällen verbunden. [82]Sturzfluten können häufig bei sich langsam bewegenden Gewittern auftreten und werden normalerweise durch die damit einhergehenden starken Flüssigkeitsniederschläge verursacht. Sturzfluten treten am häufigsten in dicht besiedelten städtischen Umgebungen auf, in denen nur wenige Pflanzen und Gewässer vorhanden sind, um das zusätzliche Wasser aufzunehmen und aufzunehmen. Sturzfluten können für kleine Infrastrukturen wie Brücken und schwach gebaute Gebäude gefährlich sein. Pflanzen und Pflanzen in landwirtschaftlichen Gebieten können durch die Kraft des tobenden Wassers zerstört und zerstört werden. In den betroffenen Gebieten geparkte Autos können ebenfalls verdrängt werden. Es kann auch zu Bodenerosion kommen, wodurch das Risiko von Erdrutschphänomenen besteht .

Downburst

Bäume, die durch die Kraft eines Windstoßes im Nordwesten von Monroe County, Wisconsin, entwurzelt oder verdrängt wurden .

Downburst-Winde können zahlreiche Gefahren für Landschaften mit Gewittern verursachen. Downburst-Winde sind im Allgemeinen sehr stark und werden aufgrund der konzentrierten Kraft, die durch ihre gerade-horizontale Charakteristik ausgeübt wird , oft mit Windgeschwindigkeiten verwechselt, die von Tornados erzeugt werden [83] . Downburst-Winde können für instabile, unvollständige oder schwach gebaute Infrastrukturen und Gebäude gefährlich sein. Landwirtschaftliche Nutzpflanzen und andere Pflanzen in nahe gelegenen Umgebungen können entwurzelt und beschädigt werden. Flugzeuge, die starten oder landen, können abstürzen. [14] [83]Autos können durch die Kraft von Downburst-Winden verdrängt werden. Downburst-Winde entstehen normalerweise in Gebieten, in denen Hochdruckluftsysteme mit Abwind aufgrund ihrer höheren Dichte zu sinken beginnen und die darunter liegenden Luftmassen verdrängen. Wenn diese Abwinde die Oberfläche erreichen, breiten sie sich aus und verwandeln sich in zerstörerische gerade-horizontale Winde. [14]

Gewitterasthma

Gewitterasthma ist die Auslösung eines Asthmaanfalls durch Umweltbedingungen, die direkt durch ein lokales Gewitter verursacht werden. Während eines Gewitters können Pollenkörner Feuchtigkeit aufnehmen und dann in viel kleinere Fragmente zerplatzen, wobei diese Fragmente leicht durch Wind verteilt werden können. Während größere Pollenkörner normalerweise durch Haare in der Nase gefiltert werden, können die kleineren Pollenfragmente durch die Lunge gelangen und in die Lunge gelangen, was den Asthmaanfall auslöst. [84] [85] [86] [87]

Sicherheitsvorkehrungen

Die meisten Gewitter kommen und gehen ziemlich ereignislos; Jedes Gewitter kann jedoch schwerwiegend werden , und alle Gewitter bergen per Definition die Gefahr eines Blitzes . [88] Vorbereitung und Sicherheit von Gewittern bezieht sich auf Maßnahmen vor, während und nach einem Gewitter, um Verletzungen und Schäden zu minimieren.

Bereitschaft

Vorsorge bezieht sich auf Vorsichtsmaßnahmen, die vor einem Gewitter getroffen werden sollten. Eine gewisse Bereitschaft besteht in der allgemeinen Bereitschaft (da zu jeder Tages- und Jahreszeit ein Gewitter auftreten kann). [89] Die Erstellung eines Familiennotfallsplans kann beispielsweise wertvolle Zeit sparen, wenn ein Sturm schnell und unerwartet auftritt. [90] Die Vorbereitung des Hauses durch Entfernen toter oder verrottender Äste und Bäume, die bei starkem Wind umgeweht werden können, kann auch das Risiko von Sachschäden und Personenschäden erheblich verringern. [91]

Der National Weather Service (NWS) in den USA empfiehlt verschiedene Vorsichtsmaßnahmen, die Menschen treffen sollten, wenn Gewitter wahrscheinlich sind: [89]

  • Kennen Sie die Namen der örtlichen Landkreise, Städte und Gemeinden, da auf diese Weise Warnungen beschrieben werden. [89]
  • Überwachen Sie Vorhersagen und Wetterbedingungen und wissen Sie, ob in der Region Gewitter wahrscheinlich sind. [92]
  • Achten Sie auf natürliche Anzeichen eines herannahenden Sturms.
  • Abbrechen oder Verschieben von Veranstaltungen im Freien (um zu vermeiden, dass Sie bei einem Sturm im Freien erwischt werden). [92]
  • Ergreifen Sie frühzeitig Maßnahmen, damit Sie Zeit haben, an einen sicheren Ort zu gelangen. [92]
  • Steigen Sie in ein großes Gebäude oder ein Metallfahrzeug ein, bevor das Wetter droht. [92]
  • Wenn Sie Donner hören , gehen Sie sofort an den sicheren Ort. [92]
  • Vermeiden Sie offene Bereiche wie Hügel, Felder und Strände und seien Sie nicht in der Nähe der höchsten Objekte in einem Gebiet, wenn Gewitter auftreten. [89] [92]
  • Schützen Sie sich bei Gewittern nicht unter hohen oder isolierten Bäumen. [92]
  • Wenn Sie im Wald sind, halten Sie bei Gewittern so viel Abstand wie möglich zwischen Ihnen und den Bäumen. [92]
  • Wenn Sie in einer Gruppe sind, verteilen Sie sich, um die Chancen der Überlebenden zu erhöhen, die den Opfern eines Blitzschlags helfen könnten . [92]

Sicherheit

Während sich Sicherheit und Bereitschaft häufig überschneiden, bezieht sich „Gewittersicherheit“ im Allgemeinen darauf, was Menschen während und nach einem Sturm tun sollten. Das amerikanische Rote Kreuz empfiehlt den Menschen, diese Vorsichtsmaßnahmen zu befolgen, wenn ein Sturm unmittelbar bevorsteht oder im Gange ist: [88]

  • Ergreifen Sie sofort Maßnahmen, wenn Sie Donner hören. Jeder, der nahe genug am Sturm ist, um Donner zu hören, kann vom Blitz getroffen werden. [91]
  • Vermeiden Sie Elektrogeräte, einschließlich schnurgebundener Telefone. [88] Schnurlose und drahtlose Telefone können während eines Gewitters sicher verwendet werden. [91]
  • Schließen und halten Sie sich von Fenstern und Türen fern, da Glas bei starkem Wind zu einer ernsthaften Gefahr werden kann. [88]
  • Nicht baden oder duschen, da die Leitungen Strom leiten .
  • Wenn Sie fahren, verlassen Sie die Straße sicher, schalten Sie die Warnblinkanlage ein und parken Sie. Bleiben Sie im Fahrzeug und berühren Sie kein Metall. [88]

Die NWS hat 2008 aufgehört, die "Blitz-Hocke" zu empfehlen, da sie keinen nennenswerten Schutz bietet und das Risiko, bei einem Blitzschlag in der Nähe getötet oder verletzt zu werden, nicht wesentlich verringert. [92] [93] [94]

Häufige Vorkommen

Ein mildes Gewitter über Niagara Falls, Ontario .

Gewitter treten auf der ganzen Welt auf, sogar in den Polarregionen, mit der größten Häufigkeit in tropischen Regenwaldgebieten , wo sie fast täglich auftreten können. Zu jedem Zeitpunkt treten auf der Erde ungefähr 2.000 Gewitter auf. [95] Kampala und Tororo in Uganda wurden jeweils als die donnerndsten Orte der Erde bezeichnet. [96] Eine Behauptung wurde auch für Singapur und Bogor auf der indonesischen Insel Java aufgestellt . Andere Städte, die für häufige Sturmaktivitäten bekannt sind , sind Darwin , Caracas , Manila und Mumbai. Gewitter sind mit den verschiedenen zugehörigen Monsun Jahreszeiten rund um den Globus, und sie bevölkern die Regenbänder von tropischen Wirbelstürmen . [97] In gemäßigten Regionen sind sie im Frühjahr und Sommer am häufigsten, obwohl sie zu jeder Jahreszeit entlang oder vor Kaltfronten auftreten können . [98] Sie können auch innerhalb einer kühleren Luftmasse auftreten, nachdem eine Kaltfront über ein relativ wärmeres Gewässer gelangt ist. Gewitter sind in Polarregionen aufgrund der kalten Oberflächentemperaturen selten.

Einige der stärksten Gewitter über den Vereinigten Staaten treten im Mittleren Westen und in den südlichen Staaten auf . Diese Stürme können großen Hagel und mächtige Tornados produzieren. Gewitter sind relativ selten entlang viel von der Westküste der Vereinigten Staaten , [99] aber sie treten mit größerer Häufigkeit in dem Binnenbereich, insbesondere die Sacramento und San Joaquin - Tal von Kalifornien . Im Frühjahr und Sommer treten sie in bestimmten Gebieten der Rocky Mountains im Rahmen des nordamerikanischen Monsunregimes fast täglich auf . Im NordostenStürme nehmen ähnliche Eigenschaften und Muster an wie der Mittlere Westen, jedoch mit geringerer Häufigkeit und Schwere. Während des Sommers treten Luftmassengewitter fast täglich in zentralen und südlichen Teilen Floridas auf .

Energie

Wie Gewitter Teilchenstrahlen in den Weltraum schleudern

Wenn die Menge an Wasser bekannt ist, die in einer Wolke kondensiert und anschließend ausgefällt wird, kann die Gesamtenergie eines Gewitters berechnet werden. Bei einem typischen Gewitter werden ungefähr 5 × 10 8 kg Wasserdampf angehoben, und die Energiemenge, die freigesetzt wird, wenn dieses kondensiert, beträgt 10 15 Joule . Dies liegt in der Größenordnung der Energie, die in einem tropischen Zyklon freigesetzt wird, und mehr Energie als bei der Atombombenexplosion in Hiroshima, Japan, 1945 . [16]

Die Ergebnisse des Fermi Gammastrahlen-Burst-Monitors zeigen, dass Gammastrahlen und Antimaterieteilchen ( Positronen ) in starken Gewittern erzeugt werden können. [100] Es wird vermutet, dass die Antimaterie-Positronen in terrestrischen Gammastrahlenblitzen (TGF) gebildet werden. TGFs sind kurze Ausbrüche, die innerhalb von Gewittern auftreten und mit Blitzen verbunden sind. Die Ströme von Positronen und Elektronen kollidieren höher in der Atmosphäre, um mehr Gammastrahlen zu erzeugen. [101] Weltweit können täglich etwa 500 TGF auftreten, die jedoch meist unentdeckt bleiben.

Studien

In der heutigen Zeit haben Gewitter die Rolle einer wissenschaftlichen Neugier übernommen. Jedes Frühjahr reisen Sturmjäger in die Great Plains der Vereinigten Staaten und in die kanadischen Prärien, um die wissenschaftlichen Aspekte von Stürmen und Tornados mithilfe von Videoaufzeichnungen zu erkunden. [102] Mit Funkimpulsen, die von kosmischen Strahlen erzeugt werden, wird untersucht, wie sich elektrische Ladungen innerhalb von Gewittern entwickeln. [103] Besser organisierte meteorologische Projekte wie VORTEX2 verwenden eine Reihe von Sensoren wie den Doppler on Wheels , Fahrzeuge mit montierten automatisierten Wetterstationen und Wetterballonsund unbemannte Flugzeuge zur Untersuchung von Gewittern, von denen erwartet wird, dass sie Unwetter verursachen. [104] Blitze werden mithilfe von Sensoren aus der Ferne erfasst, die Blitzschläge von Wolke zu Boden mit einer Erkennungsgenauigkeit von 95 Prozent und innerhalb von 250 Metern (820 Fuß) von ihrem Ursprungspunkt erfassen. [105]

Mythologie und Religion

Gewitter beeinflussten viele frühe Zivilisationen stark. Die Griechen glaubten, dass es sich um Schlachten handelte, die von Zeus geführt wurden , der von Hephaistos geschmiedete Blitze schleuderte . Einige indianische Stämme assoziierten Gewitter mit dem Thunderbird , von dem sie glaubten, er sei ein Diener des Großen Geistes . Die Nordmänner betrachteten Gewitter als auftreten, als Thor gegen Jötnar kämpfte . Der Donner und der Blitz waren die Folge seiner Schläge mit dem Hammer Mjölnir . Der Hinduismus erkennt Indra als den Gott des Regens und der Gewitter an.Die christliche Lehre akzeptiert, dass heftige Stürme das Werk Gottes sind . Diese Ideen waren noch im 18. Jahrhundert im Mainstream. [106]

Martin Luther war unterwegs, als ein Gewitter begann, und veranlasste ihn, zu Gott zu beten, dass er gerettet wurde und versprach, Mönch zu werden. [107]

Außerhalb der Erde

Gewitter, durch Blitze belegt Blitz , auf Jupiter erkannt worden sind und mit Wolken zugeordnet , wo Wasser als sowohl eine flüssige und Eis vorhanden ist , einen Mechanismus , was darauf hindeutet , ähnlich wie auf der Erde. (Wasser ist ein polares Molekül , das eine Ladung tragen kann, sodass es die Ladungstrennung erzeugen kann, die zur Erzeugung eines Blitzes erforderlich ist.) [108] Diese elektrischen Entladungen können bis zu tausendmal stärker sein als Blitze auf der Erde. [109] Die Wasserwolken können Gewitter bilden, die durch die aus dem Inneren aufsteigende Wärme angetrieben werden. [110] Die Venuswolken können auch Blitze erzeugen . Einige Beobachtungen legen nahe, dass die Blitzrate mindestens halb so hoch ist wie auf der Erde.[111]

Siehe auch

  • Barbierstange
  • Kontinuierliche Böen
  • Konvektive Sturmerkennung
  • Hector (Wolke)
  • Schwere Gewitterwarnung und schwere Gewitterwache
  • Donnerschnee
  • Tornado Warnung
  • Tornado Uhr
  • Ausbildung (Meteorologie)

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Externe Links

  • Anatomie eines Gewitters
  • Elektronisches Journal für Meteorologie schwerer Stürme