Wenn die Gartenstühle fliegen lernen!
Meldungen von plötzlich umherwirbelndem Dreck und Staub oder gar von Gartenstühlen und Sonnenschirmen wurden uns in den vergangenen Tagen häufiger gemeldet. Haben Sie solche sogenannten ‘Staubteufel’ schon einmal beobachten können? Der Entstehung solcher Staubteufel werden wir im heutigen Thema des Tages auf den Grund gehen.
Staubteufel (Englisch: dust devil), zum Teil auch als Heuteufel oder Sandtrombe tituliert, fallen unter die Kategorie der Kleintromben. Eine Kleintrombe wird als ein kleinräumiger, eng begrenzter Luftwirbel bezeichnet, der um seine vertikale Achse durchaus heftig rotieren kann und deren vertikale Höhenerstreckung nur auf die untersten, bodennahen Luftschichten der Atmosphäre beschränkt ist. Im Unterschied zu Großtromben, zu denen Tornados zählen, besteht bei Kleintromben kein direkter Zusammenhang mit konvektiver Bewölkung. Während sich Tornados aus der Wolke nach unten entwickeln, bilden sich Sandtromben von unten her, also vom Erdboden nach oben. Und das bei oft wolkenlosem Himmel.
Voraussetzung für die Entstehung eines Staubteufels ist meist eine windschwache Wetterlage mit relativ ungehinderter starker Sonneneinstrahlung. Mit zunehmender Tageszeit kommt es zu einer stärkeren Sonneneinstrahlung, die die Luft je nach Art der Erdoberfläche höchst unterschiedlich aufheizen kann. Eine starke Überhitzung wird dabei durch die Oberflächengestalt und die Bodenart begünstigt. Prädestiniert sind etwa Weinberge, felsige Südhänge, trockene Getreidefelder oder trockene Sandflächen. Aber auch Sport- und Tennisplätze mit Asche- oder Sandbelag bieten beste Bedingungen, um sich stark aufzuheizen.
Übersteigt die Erwärmung der Erdoberfläche infolge der Sonneneinstrahlung die Temperatur der auflagernden Luft, so findet ein fühlbarer Wärmefluss in die bodennahe Atmosphäre statt, die sich so lange erwärmt bis ein überadiabatischer Gradient entsteht. Auf relativ kurze Distanz kühlt sich die Luft vom Erdboden ausgehend mit der Höhe extrem schnell ab. In dieser Luftschicht nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe um mehr als 1 Grad pro 100 m ab. Dadurch wird die Luftschichtung aufgrund von abnehmender Dichte labilisiert und erfährt eine vertikale Beschleunigung vom Boden weg, die als Thermik bezeichnet wird. Meist beschränkt sich ein überadiabtischer Temperaturgradient nur auf einen bodennahen Bereich von 20 bis 50 Meter, maximal bis einige 100 m über Grund.
Hat sich eine Thermikblase vom Boden abgelöst, kann diese durch kleine Anstöße beispielsweise durch das Gelände oder durch Turbulenzen und Windgeschwindigkeitsunterschiede in den untersten Schichten der Atmosphäre in Rotation versetzt werden. Eine zusätzliche Streckung der Luftsäule kann die Rotation weiter konzentrieren. Aufgrund der Drehimpuslerhaltung nimmt dabei die Windgeschwindigkeit durch den Pirouetteneffekt rasch zu. Diesen Effekt kennt man aus dem Eiskunstlauf, indem die Sportler ihre Arme eng an den Körper legen, um eine schnelle Rotation um die eigene Körperachse zu erzielen. Durch die Rotation der Luft werden dann Staub, Sand, Blätter, Heu oder andere leichte oder lose Gegenstände (wie unsere eingangs erwähnten Gartenstühle oder Sonnenschirme) in die Luft gewirbelt. Nur dadurch wird der Wirbel für uns erst sichtbar.
In aller Regel sind die meisten Kleintromben aufgrund des Temperaturmaximums in den Mittags- und Nachmittagsstunden im Sommerhalbjahr anzutreffen. Meist fallen sie schwach aus und richten nur selten Schäden an. In einem durchschnittlichen Staubteufel werden Windspitzen um 50 km/h erreicht. Die Drehrichtung eines Staubteufels ist dabei zufällig und wird aufgrund der geringen horizontalen Ausdehnung nicht von der Corioliskraft beeinflusst. Etwa die Hälfte der Sandtromben drehen zyklonal (entgegen dem Uhrzeigersinn), die andere Hälfte antizyklonal (im Uhrzeigersinn). Staubteufel haben typischerweise einen Durchmesser von weniger als 20 Meter und eine Lebensdauer von wenigen Sekunden oder einigen Minuten. Jedoch wurden bevorzugt in ariden wüstenhaften Gebieten (beispielsweise im Südwesten der USA) auch schon größere Exemplare mit horizontalen Durchmessern von bis zu 100 bis 200 Metern und mehreren hundert Metern vertikaler Erstreckung beobachtet. In solchen Regionen können Staubteufel dann auch eine Lebensdauer von 30 Minuten und in Extremfällen Geschwindigkeiten bis Orkanstärke um 120 km/h oder mehr erreichen und im besiedeltem Gebiet durchaus veritable Schäden verursachen.
MSc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 27.04.2020
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