Die Entstehung von Tornados ist bis heute nicht eindeutig geklärt und kann während des ganzen Jahres erfolgen. Voraussetzung für die Entstehung ist einerseits eine labile Luftmasse, die bodennah feucht und warm in der Höhe aber kühl und trocken ist, zu dem anderen eine starke Windscherung, das heißt eine Zunahme der Windgeschwindigkeit und Änderung der Windrichtung mit der Höhe. Diese Wetterbedingungen ermöglichen die Bildung von Gewitterzellen mit einem rotierenden Aufwind (Mesozyklone), so genannte Superzellen , welche sich durch Langlebigkeit bis zu mehreren Stunden und heftige Begleiterscheinungen, wie großem Hagel, Sturzregen und Gewitterfallböen bis über 200 km/h auszeichnen. Bei etwa 30 Prozent aller Superzellen kommt es zur Bildung von Tornados.

Der wesentliche Energielieferant solcher Stürme und von Gewittern allgemein ist die in dem Wasserdampf der feuchten Luftmasse gespeicherte latente Wärme, welche bei der Kondensation freigesetzt wird. Erst diese zusätzliche Wärmemenge ermöglicht ein hochreichend freies Aufsteigen der Luft (Feuchtekonvektion), da die Atmosphäre gegenüber trockener Konvektion abgesehen von bodennaher Überhitzung stabil ist. In dem letzteren Fall kann es lediglich zur Bildung von Kleintromben kommen.

Eine weiterer Entstehungsmechanismus setzt keine Mesozyklone voraus - hier wird eine vorhandene bodennahe Rotation durch einen darüber befindlichen feuchtkonvektiven Aufwind einer Schauer- oder Gewitterwolke verstärkt. Unter diesen eher schwächeren Tornadotyp fallen auch die meisten Wasserhosen. Tornados entstehen über Land am häufigsten in dem Frühsommer, wobei das Maximum mit zunehmenden Breitengraden später auftritt. Über Wasser wird das Maximum in dem Spätsommer erreicht, da dann die Wassertemperaturen am höchsten sind.

Der Drehsinn von Tornados ist auf der Nordhalbkugel überwiegend zyklonal, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn. Dies ist aber kein unmittelbarer Effekt der Corioliskraft - dafür sind Tornados zu kleinräumig. Die Corioliskraft bestimmt vielmehr zusammen mit der Bodenreibung, welche stark orographisch beeinflußt ist, das großräumige Windprofil von Tiefdruckgebieten in deren Bereich Tornados entstehen können. Hierdurch überträgt sich in den meisten Fällen der zyklonale Drehsinn auf die Mesozyklone und damit auf den Tornado. Auf der Südhalbkugel gilt entsprechendes für antizyklonale Rotation.

Tornado auf dem Meer (Wasserhose)

Im Anfangsstadium ist ein Tornado zunächst fast unsichtbar. Erst wenn in dem Inneren des Wirbels durch den sinkenden Druck Wasserdampf kondensiert oder Staub, Trümmer, Wasser und dergleichen aufgewirbelt werden tritt der Tornado auch optisch in Erscheinung. Eine durchgehende Kondensation von der Wolke bis zu dem Boden ist aber nicht in jedem Fall zu beobachten. Die Gestalt des Luftwirbels ist sehr vielfältig und reicht von dünnen schlauchartigen Formen bis zu einem mehr oder weniger breiten sich nach oben erweiternden Trichter, wie diese Beispiele (http://www.spc.noaa.gov/faq/tornado/torscans.htm) zeigen. Dabei kann der Durchmesser einige Meter bis hin zu 500 m, sogar bis über 1 km betragen. Nicht selten treten bei großen Durchmessern mehrere Wirbel auf, die um ein gemeinsames Zentrum kreisen, was als Multivortex-Tornado genannt wird.

Die Lebensdauer eines Tornados beträgt zwischen wenigen Sekunden bis hin zu über eine Stunde, durchschnittlich liegt sie unter 10 Minuten. Die Vorwärtsbewegung eines Tornado beträgt in dem Mittel etwa 50 km/h, die interne Rotationsgeschwindigkeit des Windes ist jedoch wesentlich höher. Diese Rotationsgeschwindigkeit ist für die verheerenden Verwüstungen verantwortlich, die ein Tornado hinterlassen kann. Die höchste je registrierte Windgeschwindigkeit innerhalb eines Tornados wurde am 3. Mai 1999 bei Bridge Creek, Oklahoma (Vereinigte Staaten Amerika) mit einem Doppler-Radar bestimmt. Mit 510 km/h lag sie am oberen Ende der Klasse F5 der Fujita-Tornado-Skala und ist damit die höchste je gemessene Windgeschwindigkeit auf der Erdoberfläche überhaupt.

Tornado (Begriffsklärung)

Tornado, 1949 in Kansas (Vereinigte Staaten Amerika)

Die Klassifizierung erfolgt nach der sechsteiligen Fujita-Tornado-Skala (F0 bis F5), welche über die Windgeschwindigkeit definiert ist. In der Praxis wird letztere aber mangels direkter Messungen anhand der vom Tornado verursachten Schäden geschätzt. Diese reichen von leichten Sturmschäden bis zur völligen Zerstörung massiver Gebäude. Eine Beschreibung der typischen Schäden nach Fujita findet sich auf der entsprechenden Seite. Angesichts regionaler Unterschiede in der Bauweise wurde unter Einbeziehung von Vegetationsschäden von TorDACH eine für Mitteleuropa angepasste Schadensbeschreibung (http://www.tordach.org/FT_scales.htm) entwickelt, welche auf der gegenüber der Fujita-Skala doppelt so feinen TORRO-Skala basiert. Die frühere Annahme, der starke Druckfall innerhalb eines Tornados ließe Gebäude gleichsam explodieren, ist nicht mehr haltbar. Hauptursache der Schäden ist der Staudruck des Windes und oberhalb von ungefähr 300 km/h auch zunehmend indirekte Schäden durch umherfliegende Trümmer. In den Vereinigte Staaten Amerika sind etwa 88 Prozent der beobachteten Tornados schwach (F0, F1), 11 Prozent stark (F2,F3) und unter 1 Prozent verheerend (F4,F5). Diese Verteilungsfunktion ist global sehr ähnlich.

Tornados werden global überall da beobachtet, wo es auch Gewitter gibt. Schwerpunkte sind Regionen mit fruchtbaren Ebenen in den Subtropen bis in die gemäßigten Breiten; an erster Stelle der Häufigkeit nach der Mittlere Westen der Vereinigte Staaten Amerika, wo die klimatischen Bedingungen für die Bildung von Schwergewittern und Superzellen sehr günstig sind. Daneben aber auch in Argentinien, Mittel- und Süd- und Osteuropa, Südafrika, Bengalen, Japan und Australien. Zahlreiche, wenn auch in dem Mittel schwächere Tornados mit mutmaßlich nicht-superzelliger Genese treten in dem Bereich der Front Range (Ostrand der Rocky Mountains), in Florida und über den Britischen Inseln auf.

Jährlich werden in den Vereinigte Staaten Amerika etwa 1200 Tornados registriert. Die meisten Tornados entstehen in Texas, Oklahoma, Kansas und Nebraska (Tornado Alley) mit etwa 500 bis 600 Fällen pro Jahr. In Europa liegt die jährliche Zahl der Tornadobeobachtungen bei 170, unter Einbeziehung der Dunkelziffer schätzungsweise 300. Hinzu kommen etwa 160 registrierte Wasserhosen, geschätzt 290. Wie in den Vereinigte Staaten Amerika sind auch die meisten europäischen Tornados schwach. Verheerende Tornados sind zwar selten, doch sind bisher acht F4- und zwei F5-Ereignisse aus Deutschland dokumentiert. Letztere wurden bereits von Alfred Wegener 1917 in einer Arbeit zur Tornadoklimatologie Europas beschrieben. Weitere verheerende Fälle sind aus Nordfrankreich, den Benelux-Staaten sowie aus Oberitalien bekannt.

In Deutschland liegt die Zahl der jährlich beobachteten Tornados bei 10 bis 20 mit einer noch recht hohen Dunkelziffer vor allem schwächerer Ereignisse. Schätzungen ergeben eine Gesamtzahl von 30 Fällen oder mehr pro Jahr, wobei jährlich mit 1 bis 3 F2, mit einem F3 alle drei bis fünf und einem F4 alle 20 bis 30 Jahre gerechnet werden muss. Ein F5 ist ein Jahrhundertereignis oder noch seltener. Diese Grafik (http://wetterchronik.de/tornadogeruecht.htm) zeigt alle bekannten F3- und F4-Tornados in Deutschland seit 1900, mit Zuordnung zu den Bundesländern.

Generell ist das Auftreten von Tornados starken Schwankungen unterworfen, was sich in Häufungen ("Ausbruch" genannt, engl. Outbreak) innerhalb recht kurzer Zeitspannen - häufig an einem einzigen Tag - äußert, gefolgt von recht langen Abschnitten relativer Ruhe. Die Ausbrüche sind durch den engen Zusammenhang mit bestimmten Wetterlagen begründet, wo mehrere Faktoren (siehe oben unter "Entstehung") für die Tornadoentstehung zusammen kommen. Größere Ereignisse dieser Art mit verheerenden Tornados traten 1925 und 1927 in dem Raum Holland/Nordwestdeutschland auf. Der zahlenmäßig bedeutendste Ausbruch in Europa mit insgesamt 105, aber meist schwächeren Tornados (max. F2) traf am 23.11.1981 die Britischen Inseln. Zu den entsprechenden Fällen in den Vereinigte Staaten Amerika siehe den folgenden Abschnitt.

Derzeit erlaubt die Datenbasis für Mitteleuropa keine Aussage, ob Tornados auf Grund der globalen Klimaerwärmung häufiger auftreten, da der Anstieg der beobachteten Fälle auf eine bessere Erfassung in den letzten Jahren zurückzuführen ist. In den Vereinigte Staaten Amerika existiert dank systematischer Tornadoforschung seit den 50er Jahren und bedingt durch die hohen Fallzahlen eine belastbare Statistik. Diese zeigt aber weder eine Tendenz zu vermehrtem Auftreten noch zu größerer Heftigkeit von Tornados, wie in dem IPCC-Bericht von 2001 dargelegt.

• 18. März 1925: Der Tri-State Tornado (F5) forderte in 3 1/2 Stunden auf einer Länge von 352 km über dem Gebiet dreier US-Bundestaaten (Name!) 695 Todesopfer. Mit ungefähr 95 km/h wies er eine ungewöhnlich hohe Zuggeschwindigkeit auf.

• 3./4. April 1974: In dem Super Outbreak, dem größten bekannten Ausbruch, suchten insgesamt 148 Tornados 13 Staaten in dem Süden und Mittleren Westen der Vereinigte Staaten Amerika heim. darunter 30 verheerende Fälle (F4/F5). Er hinterließ 315 Todesopfer und einen Sachschaden von 600 Mio US-Dollar.

• 3. Mai 1999: Ãœber 70 Tornados zogen über Texas, Oklahoma and Kansas. Am schlimmsten traf es die Region um Oklahoma City. 48 Personen kamen ums Leben und mit einem gesamten Sachschaden von 1.2 Mrd US-Dollar war dies die bislang teuerste Naturkatastrophe dieser Art.

Diese Auswahl zeigt signifikante Ereignisse (F2 - F5), die aufgrund von Erscheinung oder Jahreszeit von Interesse sind. Ein umfassendes Archiv (http://www.tordach.org/de/) findet sich bei TorDACH.

Obwohl Tornados in den Vereinigte Staaten Amerika eine lange bekannte Naturerscheinung sind, ist die Tornadoforschung dort noch recht jung. Erst seit den 50er Jahren widmet man sich dort systematisch der Erfassung und Vorhersage. Wegen des kurzfristigen Auftretens von Tornados konzentriert sich letztere auf die Früherkennung, wobei das Doppler-Radar ein wesentliches Instrument darstellt. Hiermit läßt sich bereits in dem Frühstadium verdächtige Rotation in Gewitterwolken nachweisen. Hinzu kommt ein dichtes Netzwerk ehrenamtlicher Beobachter, sog. Spotter, welche aktuelle Warnmeldungen über gesichtete Tornados (und auch andere Wettergefahren wie z.B. Gewitterfallböen (Downbursts), Hagel und Sturzfluten)ins Kurzfrist-Warnsystem einbringen. Die Spotter sind im Netzwerk Skywarn organisiert. Daneben besteht eine wachsende Zahl von storm chasern (Sturmjäger), welche primär aus Faszination an den Naturgewalten Gewitter und Tornados verfolgen, dabei aber auch wertvolle Informationen für die Unwetter- und Tornadoforschung liefern. Hauptquartier der Unwetterforschung in den Vereinigte Staaten Amerika ist das 1964 gegründete National Severe Storm Laboratory (NSSL ) mit Sitz in Norman, Oklahoma. Dank des Warnsystems konnte in den Vereinigte Staaten Amerika die Zahl an Tornadoopfern erheblich reduziert werden.

Interessanterweise ist die Tornadoforschung in Europa älter als in den Vereinigte Staaten Amerika. Pionierarbeit leistete hier Alfred Wegener schon in der ersten Hälfte des 20. Jh. In den 30er Jahren unternahm der heute fast vergessene Meteorologe Johannes Peter Letzmann in Deutschland eine systematische Tornadoforschung, welche aber durch die Ereignisse des 2. Weltkrieges stark eingeschränkt und danach nicht weitergeführt wurde. In dem Gegenteil sank das Interesse an Tornados in der Folgezeit praktisch zur Bedeutungslosigkeit herab und beschränkte sich auf einige wenige spektakuläre Fälle wie z.B. Pforzheim 1968. Erst mit der Gründung des Netzwerkes TorDACH 1997 nahm die Tornadoforschung in dem deutschsprachigen Raum einen neuen Aufschwung. 2003 wurde in Deutschland, Österreich und der Schweiz Skywarn jeweils als Verband ehrenamtlicher Spotter zur Verbesserung der kurzfristigen Unwetterwarnungen in dem deutschsprachigen Raum gegründet.