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Tornado-Forschung : Wie Forscher das Unhörbare hörbar machen

  • -Aktualisiert am

Ein Tornado kurz vor dem Aufsetzen auf den Boden Bild: AP

Wissenschaftler analysieren für den Menschen unhörbare Schallwellen, um Tornados frühzeitig zu erkennen. Kann das Leben retten?

          Wo ein Tornado wütet, bleibt meist nicht viel übrig: Der gewaltige Sturm zerstört Häuser, Straßen und ganze Kleinstädte. Allein in den Vereinigten Staaten wurden laut dem Statistik-Portal Statista im Jahr 2017 rund 1400 Tornados gezählt. Mit Hochdruck arbeiten Forscher weltweit an der Verbesserung von Frühwarnsystemen. Diese basieren auf groben Risikoanalysen anhand meteorologischer Daten sowie auf Berichten von sogenannten „Tornado Chasers“ – Menschen, die sich vorsätzlich in Risikogebiete begeben, um das Wetter zu beobachten und gegebenenfalls die Bildung eines Tornados zu melden. Die Warnungen der bislang unausgereiften Systeme kommen oft zu spät. Das könnte sich bald ändern.

          In Minneapolis im Bundesstaat Minnesota hat der Luftfahrtingenieur Brian Elbing von der Oklahoma State University bei der Amerikanischen Gesellschaft für Akustik ein neues Instrument zur Tornadobeobachtung vorgestellt. Die Ergebnisse gehen aus einer fünfjährigen Forschung in Kooperation mit dem Langley-Forschungszentrum der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa und Wissenschaftlern anderer amerikanischer Universitäten hervor.

          Nachbildung des Gehörs

          Bei der Bildung eines Tornados entstehen Geräusche auf einer Frequenz, die zu tief für das menschliche Gehör sind – sogenannte Infraschallwellen. Elbing und seine Forschungsgruppe haben es sich zur Aufgabe gemacht, den Infraschall der Tornadoentstehung zu erfassen. Dafür bildete das Team ein Dreieck aus drei Mikrofonen mit etwa sechzig Metern Abstand, die besonders sensibel auf tiefe Frequenzen reagieren.

          Mit der Mikrofonkonstruktion, die das menschliche Gehör nachbildet, lauschen Forscher der Entstehung von Tornados

          Das Dreieck soll dabei das menschliche Gehör, bestehend aus zwei Ohren und dem Gehirn als Rechenzentrum und Orientierungspunkt nachbilden. So wie das Gehirn des Menschen ein Geräusch und dessen Herkunft mit berechnen kann, wollen die Forscher mithilfe der Mikrofonkonstruktion auch die Herkunft der Infraschallwellen zurückverfolgen. Dazu separiert das Team den Lärm normaler Windgeräusche vom Geräusch der Infraschallwellen und kann sodann die Bildung eines Tornados lokalisieren. Die Geräusche lassen auch Rückschlüsse auf die Größe des entstehenden Tornados zu.

          Im Gegensatz zu jetzigen Frühwarnsystemen, welche oftmals erst wenige Minuten vor dem Ausbruch eines Tornados Alarm schlagen, kann das neue Verfahren die Entstehung eines Tornado bereits eine Stunde vor der Bildung des Unwetters voraussagen. Laut amerikanischem Wetterdienst sind etwa zwei Drittel aller Meldungen von derzeitigen Frühwarnsystemen Fehlalarme. Auf Anfrage sagt Elbing: „Unser System könnte diese Rate deutlich reduzieren“.

          Warnsystem noch nicht für den Ernstfall bereit

          Besonders die Bewohner der Dixie Alley im Südosten der Vereinigten Staaten könnten davon profitieren. Nicht wie oftmals angenommen die Tornado Alley im Mittleren Westen, wo sich die größten Tornados bilden, sondern die Dixie Alley trägt nämlich die schwersten Schäden durch Tornados davon. Durch seine bergige Topographie und dichten Wälder ist das Gebiet uneinsichtig – die „Tornado Chasers“ können die Stürme im Frühstadium daher kaum erkennen.

          Trotz der intensiven Auseinandersetzung mit der Bildung von Tornados ist den Wissenschaftlern vieles noch unbekannt. Deshalb steht für Elbing vor allem die Hintergrundforschung im Fokus. Der größte Gewinn der Ergebnisse sei, dass man nun mehr Zeit habe, andere Wettermessgeräte, zum Beispiel mit Drohnen, an den Punkt zu senden, an dem der Infraschall einen Tornado vermuten lasse, erklärt Elbing. „Unser Ziel ist es, die genaue Hydrodynamik bei der Tornadobildung zu begreifen, die für den Infraschall verantwortlich ist. Dann könnten wir Windsysteme aus mehr als 100 Meilen Entfernung belauschen und daraus erkennen, was genau dort passiert und ob sich tatsächlich ein Tornado bildet.“

          Elbings Frühwarnsystem ist zwar schon in Planung, aber zum tatsächlichen Einsatz ist es noch nicht bereit. Für eine zuverlässige Vorhersage von Tornados müssten die grundlegenden wissenschaftlichen Erkenntnisse noch vertieft werden, so der Forscher.

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