Wissenschaftler haben fast drei Jahrzehnte damit verbracht, tropische Zyklone zu beobachten, wie sie sich verdrehen und wenden, und eine neue Studie hat nun einen Weg gefunden, diese Daten zu nutzen, indem sie vier Warnzeichen identifiziert, die darauf hindeuten, dass ein geneigter Sturm sich aufrichten und an Stärke gewinnen wird. Der Erstautor, Michael S. Fischer, hält die Erklärung einfach.
„Ein tropischer Zyklon muss aufrecht stehen, bevor er sich verstärken kann“, sagte Fischer, ein Assistenzprofessor am Department of Atmospheric Sciences der University of Miami Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science. „Starke Winde in der höheren Atmosphäre können die Spitze der Zirkulation eines Sturms von der Mitte in der Nähe der Meeresoberfläche wegschieben. Bis diese Zentren wieder zusammenkommen, kann der Sturm in der Regel nicht wesentlich an Intensität zulegen.“
Die Daten hinter der Studie
Fischer und sein Team bei der NOAA’s Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory führten die Studie mit Daten von 1997 bis 2024 durch, die 28 Hurrikansaisonen umfassen und 1.510 Doppler-Radarmessungen enthalten, die von NOAA Hurricane Hunter Flugzeugen durchgeführt wurden.
Fischer entwickelte gemeinsam mit seinen Kollegen TC-RADAR – das Tropical Cyclone Radar Archive of Doppler Analyses with Recentering – und das Team baute es. Das Archiv verfolgt, wie sich Stürme in Echtzeit verhalten, was sehr wichtig ist, da ein geneigter Sturm desorganisiert und schwer zu lesen ist.
Die vier Warnzeichen
Das Journal of Geophysical Research: Atmospheres veröffentlichte „To Align or Not to Align? That Is the Question“ und die vier Indikatoren, die es beschreibt, sind mit einfachen Worten leicht zu erklären.
- Eine kompakte, eng organisierte Zirkulation in der Nähe der Meeresoberfläche.
- Eine Sturmkneigung, die günstig relativ zur vertikalen Windschere positioniert ist.
- Stärker aufsteigende Luft und stärkere Niederschläge in der Nähe des unteren Zentrums des Sturms.
- Eine Umgebung, die warmes Meerwasser, reichlich atmosphärische Feuchtigkeit und relativ schwache Winde in den mittleren Atmosphärenschichten beinhaltet.
Die TC-RADAR-Datenbank
Die Datenbank TC-RADAR ist das Herzstück dieser Forschung. Sie umfasst 1.510 Radaranalysen aus 28 Hurrikansaisonen und ermöglicht es Forschern, Stürme zu vergleichen, die schließlich ausgerichtet waren, mit solchen, die geneigt blieben.
Seine Stärke liegt in der Tatsache, dass es aus realen Flügen stammt – Radar-Daten, die von Hurricane Hunter Flugzeugen gesammelt wurden, während sie in Stürme flogen. Diese Daten spiegeln somit wider, wie ein Sturm tatsächlich zu einem bestimmten Zeitpunkt aussieht.
Mit einer großen Datenmenge zur Hand konnte das Team Muster beobachten, die sonst schwer zu erkennen wären.
Wie die Zeichen zusammenwirken
Warum das erste Zeichen wichtig ist, ist, dass ein Sturm auf der Oberfläche kompakt sein muss, bevor er sich oberhalb organisieren kann. Das zweite Zeichen, die Neigung, ist entscheidend – ein Sturm, dessen Zirkulationszentren vertikal ausgerichtet sind, kann sich verstärken, während ein Sturm, dessen Zentren voneinander abweichen, nicht kann.
Änderungen der Windgeschwindigkeit oder -richtung mit der Höhe definieren das, was als vertikaler Windabscherung bekannt ist. Wenn diese Abscherung stark ist, kann sie die Struktur eines Zyklons stören, indem sie die oberen Teile seiner Zirkulation dazu zwingt, sich von der Mitte wegzubewegen und sich der Meeresoberfläche anzunähern.
Das dritte Zeichen, stärkere aufsteigende Luft und stärkere Niederschläge in der Nähe des unteren Zentrums, ist der Punkt, an dem die Gewitter selbst in die Geschichte einsteigen. Fischer argumentiert, dass diese Stürme nicht nur ein Zeichen für Organisation sind – sie können auch dazu beitragen, die Zirkulation des Sturms aufzurichten.
Das vierte Zeichen ist die Umgebung: warmes Ozeanwasser, reichlich Feuchtigkeit und schwache Winde in den mittleren Atmosphärenschichten. Diese Bedingungen versorgen den Sturm mit der Energie, die er benötigt, um zu wachsen.
Der Vorhersagekontext
Während des Einsatzes sammeln NOAA-Reconnaissance-Flugzeuge die von der Studie hervorgehobenen Messungen, einschließlich Windstärke auf niedriger Ebene, Sturmgroesse, Gewitterabdeckung und der Richtung der Neigung eines Zyklons. Diese Beobachtungen könnten potenziell Wissenschaftlern helfen zu bestimmen, ob hochauflösende Hurrikan-Vorhersagemodelle den physikalischen Prozess reproduzieren, der es geneigten Stürmen ermöglicht, sich vertikal auszurichten.
Die Studie könnte Vorhersagern weitere Hinweise darauf geben, welche unorganisierten tropischen Wirbelstürme beginnen, eine Struktur anzunehmen, die die Entwicklung zu stärkeren Stürmen begünstigt.
Fischer sagt, dass selbst eine leichte Steigerung der Vorhersagezuverlässigkeit einen Tag im Voraus den Gemeinden im Weg eines Sturms noch mehr Zeit für Vorbereitungen gibt.
Warum Frühwarnungen helfen
Solche Stürme gehören zu den gefährlichsten Naturphänomenen und können innerhalb von Stunden von einer tolerierbaren Gefahr zu einer katastrophalen Gefahr werden, wobei Küstengemeinden und Notfallmanager nur wenig Zeit haben zu reagieren.
Vorhersager, die früher erkennen können, wann ein schlecht organisierter tropischer Wirbelsturm günstiger für eine Intensivierung wird, könnten die Chance erhalten, Gemeinden zusätzliche Zeit für Evakuierungsentscheidungen und andere Vorbereitungen zu gewähren.
Die Verantwortlichen für die Forschung
Assistenzprofessor Fischer leitet das Fachbereich Atmospheric Sciences an der Rosenstiel School. Er ist zudem ein Kernmitglied des Frost Institute for Data Science and Computing, was impliziert, dass seine Methode stark auf Datenanalyse anstatt nur auf physikalische Beobachtungen beruht.
Das Papier listet drei weitere Autoren neben Fischer auf, und George R. Alvey III ist einer von ihnen; er besitzt Abschlüsse in Meteorologie und Mathematik und ist mit dem Cooperative Institute for Marine and Atmospheric Studies und dem NOAA’s Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory sowie Deelan Jariwala, der einen Bachelor erwarb, verbunden.
Was die Daten zeigen
Die Forschung vergleicht Stürme, die sich schließlich ausrichteten, mit solchen, die geneigt blieben. Das umfangreiche 28-Saisons-Archiv lieferte dem Team genügend Daten, um Muster zu erkennen, die sonst schwer zu erkennen wären.
Fischer sagte, dass die Stürme, die sich ausrichteten, bereits einen Tag zuvor Unterschiede zeigten – sie hatten stärkere, enger gewundene Zirkulationen in der Nähe der Oberfläche und weitverbreitete, energische Gewitter, die Luft in der Nähe dieses Zentrums anheben. Seine Schlussfolgerung ist, dass diese Gewitter möglicherweise mehr als nur Organisation signalisieren – sie könnten auch dazu beitragen, die geneigte Zirkulation des Sturms aufzurichten.
Der Weg nach vorn
Nun die Ergebnisse veröffentlicht wurden und die Zahlen vorliegen, liegt es in der Verantwortung derjenigen, die Vorhersagen erstellen, die vier Signale in ihre tägliche Arbeit einzubeziehen. Da NOAA bereits die Messwerte erhebt, sind die notwendigen Grundlagen für die Umsetzung bereits vorhanden.
Die praktische Leistung wird letztendlich bestimmen, ob die Signale zu einem Standardbestandteil des Vorhersagungsprozesses werden. Die Forschung stützt sich auf fast drei Jahrzehnte Daten, aber nur tatsächliche Stürme können den echten Test liefern.
Diese Studie gibt den Wettervorhersagern etwas, das sie bisher nicht hatten. Es ist kein Kristallkugel, sondern vielmehr ein Mittel zur Interpretation der Warnzeichen eines Sturms. Das gilt als Fortschritt für einen Bereich, der unter ständigem Druck steht.
Der Titel „Ausrichten oder nicht ausrichten? Das ist die Frage“ fasst den Einsatz der Studie zusammen. Ein Sturm, der sich ausrichtet, kann stärker werden; einer, der sich nicht ausrichtet, bleibt geneigt und weniger fähig, sich zu verstärken.
| Signal | Was es zeigt |
|---|---|
| Kompakte Zirkulation | Eine eng gewundene Zirkulation nahe der Meeresoberfläche |
| Günstige Neigung | Eine Sturmlage relativ zur vertikalen Windscherung |
| Aufsteigende Luft und Niederschlag | Stärkere aufsteigende Luft und stärkerer Niederschlag in der Nähe des unteren Zentrums |
| Umweltbedingungen () | Warmes Wasser, Feuchtigkeit und schwache Winde in mittleren Luftschichten () |
Quelle: „Hurricane Hunters reveal 4 warning signs that a storm is about to strengthen“, ScienceDaily ()
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