So können Einbrüche trockener Luft aus der Stratosphäre zerstörerische Tornados erzeugen.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass große Tornados in Europa und vor allem in Nordamerika häufig durch mehrere Faktoren verursacht werden, unter anderem durch Einströmen sehr kalter, trockener Luft aus der Stratosphäre.

Es wurde beobachtet, dass bei mehreren Gelegenheiten Tornados von einiger Bedeutung entstanden, wenn die Höhe der dynamischen Tropopause stark abfiel.Tropopausenwellen verursachen zwei verschiedene Arten von Anomalien, die positiv oder negativ sein können.

Positive Anomalien treten auf, wenn "stratosphärische Luft" in den obersten Teil der Troposphäre eindringt, was zu so genannten "stratosphärischen Invasionen" an der Tropopause führt, die im Hauptast des "Jetstreams" enden können. Negative Anomalien treten auf, wenn troposphärische Luft an den Rand der Stratosphäre aufsteigt, was "troposphärische Luftinvasionen" in der Stratosphäre verursacht.

Tornadobildung — Form und wichtigste Details von Tornados.

Im ersten Fall nimmt die Dicke der Troposphäre in Verbindung mit einer zyklonalen Zirkulation ab (Zyklogenese), was zu Bedingungen mit ausgeprägter "barokliner" Instabilität führt, wobei die statische Stabilität am Boden der Anomalie abnimmt.

Im zweiten Fall steigt die Troposphäre aufgrund der Wirkung einer antizyklonalen Zirkulation zur Stratosphärengrenze hin an, wodurch die statische Stabilität im unteren Teil der Anomalie zunimmt, was eine Zunahme der atmosphärischen Stabilität, beginnend in den mittleren und unteren Schichten, begünstigt.

Über das Vordringen der Stratosphäre in die Troposphäre

Wenn in unseren Breitengraden eine positive Anomalie der "isentropen potentiellen Wirbelstärke" auftritt, bedeutet dies, dassdie Tropopause dazu neigt, bis zu dem Punkt abzusinken, an dem trockene und permanent statische Luft mit hohen Werten der "isentropen potentiellen Wirbelstärke" stratosphärischen Ursprungs in die untere Troposphäre eindringt.

grafik — Das folgende Diagramm zeigt den Abstieg trockener, sehr kalter Luft aus der Stratosphäre in die untere Troposphäre über einem Frontensystem, das in den unteren Schichten wirkt.

In diesem Fall führt die Überlagerung von trockener und verwirbelter Stratosphärenluft mit hohen Werten der "potentiellen isentropen Vorticity" über feuchten Luftmassen, wie sie in ein Tiefdruckgebiet einfließen, zu einer raschen Destabilisierung der Luftsäule aufgrund des beträchtlichen "vertikalen hygrometrischen Gradienten", wodurch die Bildung imposanter kumuliformer Wolkensysteme begünstigt wird, die starke Regenfälle und sogar intensive Gewitter hervorrufen können.

In diesem Zusammenhang kann es bei Strömen sehr trockener stratosphärischer Luft in die obere Troposphäre zu Schwerwetterepisoden kommen, die auch gefährliche Sturmsysteme mit einem hohen Organisationsgrad hervorrufen können, die in der Lage sind, innerhalb weniger Stunden sintflutartige Regenfälle zu entladen.

Das Beispiel der Tornados in der Poebene im September 2021

Ein Fallbeispiel war der 19. September 2021 in Italien, als sich innerhalb weniger Stunden sieben Tornados in der Poebene entwickelten, ein höchst ungewöhnliches Ereignis für die Region.

Die Poebene war vom Durchgang einer ausgeprägten isentropen potentiellen Wirbelanomalie in der mittleren Troposphäre über der lombardischen Ebene betroffen, mit Druckwerten von 250 hPa (ca. 10500 m Höhe) zwischen der Romagna und dem unteren Veneto bis hin zu Werten von 550 hPa im unteren Piemont (ca. 5000 m Höhe), die über der westlichen Lombardei noch niedriger waren.

Mit anderen Worten: An diesem Tag sank die dynamische Tropopause um mindestens 5 km, was das Eindringen sehr trockener Stratosphärenluft mit hoher Wirbelstärke in die mittlere Troposphäre begünstigte.

Dieses Eindringen stratosphärischer Luft bis in 4000 Meter Höhe führte sofort zu einem dramatischen Anstieg der Wirbelstärke, des vertikalen hygrometrischen Gradienten und der vertikalen Windscherung.

Kurz gesagt, alle Bestandteile einer starken atmosphärischen Instabilität, die einen intensiven "konvektiven Antrieb" über der Po-Ebene erzeugte, mit der raschen Entwicklung von "Sturmzellen", mesoskaligen konvektiven Systemen und sogar "Superzellen", die mehrere Tornados erzeugten.

Trotz der nicht besonders hohen Parameter, wie der CAPE (potentiell verfügbare konvektive Energie), reichte diese massive "trockene Intrusion", die direkt aus der Stratosphäre kam aus, um die mesozyklonalen Stürme zu verursachen, aus denen die verschiedenen Tornados entstanden, die so viel Schaden anrichteten, besonders in der Gegend von Modena, wo der Aeroclub Carpi völlig zerstört wurde.