Les élèves du club météo de Göttingen travaillent en parallèle avec nous sur les tornades. Cette rubrique reprend une grande partie de leur travail qu'ils ont traduit en Français, la version originale en Allemand est également disponible

Sommaire:

- les tornades en Allemagne
- tornados in Deutschland

- tornade sortant d'une citerne
- tornado aus der regentonne

- Soucoupe volante ou drone ?
- Ne gâchez pas le temps !

Les tornades en Allemagne par Leonie S.

Les tornades sont les vents les plus rapides du monde. À la différence des ouragans, typhons ou des cyclones, qui peuvent avoir un diamètre jusqu’à 1000km, les bases des tornades sont nettement plus étroites. Leur force de destruction est cependant considérable.

Photo de gauche : Tornade (trombe) dans la mer des Wadden entre Sylt et Amrum le 17-08-2007, à 10:04 heures (heure d'été). Source : J. Feil (pour plus de photos)
Image à droite : Image du radar pluie environ 25 minutes après la photo ci-dessus. La tornade s’est développée dans un front froid avec des vents cisaillants. Source : wetteronline.de

Le développement des tornades

Ce sont de longs tuyaux en rotation avec un diamètre pouvant atteindre jusqu’à 300m, qui grandissent du cumulonimbus vers le sol.
De nos jours, on ne peut pas encore précisément expliquer comment de tels tuyaux peuvent se former . Les conditions les plus favorables se trouvent au centre des Etats-Unis, lors du passage d’une dépression (front froid). À cet endroit, arrive un air chaud et humide en provenance du sud, ainsi qu’en dessous une inversion (couche d’air plus chaude entre deux plus froides, à d’environ 800 à 1500m d’altitude).Il se forme alors un bouchon, car la couche d’air chaud et humide, à proximité de la couche d’inversion (= cela redevient plus chaud dans les couches supérieures au lieu de la température normalement plus froide), ne peut pas la pénétrer à cause du manque de chaleur.
En été, le réchauffement perpétuel du soleil, par exemple dans le secteur de l’air chaud d’une dépression (ici, il y a peu de nuage) se termine par un fort réchauffement de bulles d’air sur une partie sombre du sol, par exemple une ville, des champs non cultivés, etc… et finalement par la traversée violente de l’inversion à certains endroits.
Lors du passage du front froid de la dépression, se trouvent alors des vents cisaillants à différentes hauteurs qui provoquent une accélération de la rotation dans l’orage : il commence à tourner. La libération de la chaleur condensée renforce encore la température des masses d’air, ainsi que la montée de l’air.
Quand le cumulonimbus entre en contact avec le « Jetstream » (un vent fort à 8-10km), l’aspiration est donc renforcée. Il se forme un tuba ressemblant à un bouchon.
À cause de la forte rotation, l’air n’est pas capable d’entrer dans le tuyau par le côté, mais seulement par le bas. C’est ainsi que le tuba se renforce lui-même en grandissant toujours vers le bas, jusqu’à ce qu’il atteigne le sol.
Alors, la forte aspiration peut causer au maximum une décroissance de la pression atmosphérique de 150 mbar (à court terme p. ex. de 1000 mb à 850 mb).
Dans le tuba, la vitesse de rotation de l’air s’élève entre 300 et 800 km/h tandis que la vitesse de cheminement de la tornade est entre 50 et 100 km/h.
Mais il faut dire que, chaque année, seulement 10 sur 500 à 600 tornades qui sont enregistrées aux Etats-Unis, atteignent un potentiel destructif. Leur durée de vie est en général courte: elle est limitée de 10 à 30 km de parcours.

Classification des tornades selon l'échelle de Fujita

L’échelle de Fujita est utilisée pour déterminer l’intensité des tornades en mesurant les dommages qu’elles ont causés. L’échelle a été conçue en 1971 par le météorologiste japonais-américain Tetsuya (Ted) Fujita. Elle classe les tornades selon l’échelle suivante.

• F0 vents légers de 64 à 116 km/h; quelques dommages causés aux cheminées, antennes de télévision, bardeaux, arbres, enseignes et fenêtres. Environ 28 % de toutes les tornades appartiennent à cette catégorie.
• F1 vents modérés de 117 à 180 km/h; les automobiles sont renversées, les abris pour voiture détruits et les arbres déracinés. Les tornades de cette catégorie comptent pour environ 39 % de toutes les tornades.
• F2 vents considérables de 181 à 252 km/h; les toits sont arrachés par le vent, les hangars et les résidences sont démolies et les maisons mobiles sont renversées. Environ 24 % des tornades appartiennent à cette catégorie.
• F3 vents violents de 253 à 330 km/h; les murs extérieurs et les toits sont projetés dans les airs, les maisons et les bâtiments de métal s’effondrent ou subissent des dégâts importants, les forêts et les terres agricoles sont rasées. Les tornades de cette catégorie totalisent environ 6 % de toutes les tornades.
• F4 vents dévastateurs de 331 à 417 km/h; même dans les habitations bien construites, l’essentiel des murs, sinon tous, s’effondrent; de gros projectiles d’acier et de béton parcourent de grandes distances. Environ 2 % des tornades appartiennent à cette catégorie.
• F5 vents incroyables de 418 à 509 km/h; des maisons sont projetées dans les airs ou transportées sur des distances considérables. Les tornades de cette catégorie peuvent causer des dommages énormes à d’importantes structures telles que des écoles et des motels et arracher les murs extérieurs et les toits. Elles totalisent moins de 1 % des tornades.

Les différents niveaux correspondants à l’échelle de Fujita, des Etats-Unis par rapport à l’Europe, représentent un problème parce que le type de construction des bâtiments et la taille des camping-cars sont considérablement différents.

Les tornades en Allemagne

Chez nous en Europe, on croit assez souvent qu’il y a des tornades avec des conséquences désastreuses exclusivement aux Etats-Unis. Mais c'est en partie faux. Il est vrai qu’en Allemagne, la survenance des tornades est assez rare (en moyenne 10,4 tornades entre 1950 – 2004), mais les conséquences peuvent être considérables dès que sont touchés des terrains peuplés ou des forêts (cf. photo ci-dessous). TorDach (cf. carte ci-contre) a découvert que la probabilité pour la formation d’une tornade est plus grande dans l’extrême ouest et le nord-ouest qu’ailleurs en Allemagne.

Un exemple correspondant à cela, la tornade qui a balayé Pforzheim le 10 juillet 1968. Elle a fait 2 victimes et des dégâts à la hauteur de plusieurs millions. Elle est à classer, dans la catégorie F4 sur l'échelle de Fujita.

(Source:Bibliothèque municipale de Pforzheim)

Le risque actuel qu´il y ait des tornades à Göttingen est, comme dans le passé, toujours présent. En effet le 5 juillet 1787, Lichtenberg a vu arriver sur Göttingen, une tornade. (source inconnue)

Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799) est un physicien et mathématicien qui étudia à l'université de Göttingen.

Traduction du texte historique ci-dessus :
Dans l‘après-midi du 5 juillet (1787) entre une et deux heures, j’ai vu la première trombe de ma vie. Elle est descendue d’un nuage vraiment horrible en provenance de l‘ouest. Après avoir regardé horrifié ce nuage terrible pendant environ trente minutes pour savoir s’il s’agissait vraiment d’une tempête, je suis enfin allé à la fenêtre du nord et là-bas, j’ai découvert cette apparence bizarre. Un bondon cendreux pendait d’un nuage noir (1). D’abord, le bout le plus bas a bougé de manière très bizarre comme une trompe d’éléphant, puis quelques minutes plus tard, il ressemblait à une silhouette comme en (2),et enfin, il est monté et a disparu (3). Je ressentais des émotions singulières de m’être vu ainsi menacer dans une maison isolée.

Les derniers grands dégâts d'une ou plusieurs tornades dans notre région datent du 29.06.1997.
Le passage d'une rafale descendante, tournant devant le front froid de la dépression "Violetta" a formé un "Down burst" (rafale descendante) et très probablement une ou plusieurs tornades avec une ou plusieurs "touch down" (c´est à dire que le tuyau flexible qui vient des nuages s´est mis en contact avec la terre).
Les images, des dommages causés semblent accréditer ces hypothèses.
Ces deux phénomènes (rafale et tornade) s´acharnaient mutuellement à dévaster, sur plusieurs kilomètres la région entre Leinefelde, Duderstadt et Osterode.
Le montant des dégâts concernant les forêts (avant tout Birkenallee, Rote Warte, et An der Aue et Krücker) s´élevait à environ 45 millions d´€uros et le montant des dégâts concernant les bâtiments s´élevait à plus de 3 millions d´€uros.

Sur la photo de droite qu’on a prise entre Hattorf et Herzberg quelques jours après la tempête (emplacement approximatif, voir carte ci-dessus), on voit clairement, comment les courants d’air ascendants dans le tuyau ont élagué les arbres de sorte que, dans certains cas, il ne reste que des troncs nus.
Un peu hors du tuyau, des vents plus horizontaux tournant autour du tube étaient si forts qu'ils ont renversés les arbres avec les plaques de racine.

Source: Photographe du journal de Goettingen T K. Matwijow : Ventis près de Hattorf / Herzberg: An der Aue

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Tornados in Deutschland von Leonie S.

Tornados sind die heftigsten Winde der Erde. Im Unterschied zu "Hurrikans"/ "Taifunen" oder "Orkanen", die einen Durchmesser von bis zu 1000 Kilometern erreichen, sind die "Touch downs" (Bodenkontakte) von Tornados jedoch nur sehr schmal. Ihre Zerstörungskraft ist hierbei jedoch gewaltig.

Tornado (Wasserhose) im Wattenmeer zwischen Amrum und Sylt am 17.08.2007, 10:04 Uhr (Sommerzeit). Quelle: J. Feil
Regenradar ca. 25 Minuten nach der obigen Aufnahme. Der Tornado entwickelte sich an einer Kaltfront mit Scherwinden. Quelle: wetteronline.de

Entstehung von Tornados

Sie sind rotierende lange Schläuche mit Durchmessern zwischen wenigen bis über 300 Metern, die aus Cumulonimbuswolken (hoch reichende (Gewitter-)Schauerwolken) heraushängen und langsam bis zum Erdboden wachsen.
Wie derartige Schläuche mit einer nach oben ge­richteten Schlauchströmung entstehen, ist noch nicht vollst ändig geklärt. Die günstigsten Voraussetzungen finden wir im Mittelwesten der USA, beim Durchzug eines Tiefs (Kaltfront).Hier kommt vom Süden warmfeuchte Luft, so dass es unterhalb der Inversion (wärmere Luftschicht gegenüber den Luftschichten darüber und darunter, in ca.800m bis 1500 m Höhe) zu einem Wärme­stau kommt, weil die bodennahe, warmfeuchte Luftschicht die Inversionsschicht ( = es wird in höheren Luftschichten wieder wärmer statt normaler Weise kälter) wegen dort fehlender Thermik (Aufwärtsbewegung) nicht durchbrochen kann.
Die ständige Erwärmung z.B. im Warmluftsektor eines Tiefs (hier herrscht nur geringe Bewölkung) im Sommer durch die Sonne am Tage führt zu lokal besonders stark erhitzten, großen Luftblasen über dunklen Flächen, z.B. Städte, abgeerntete Felder usw. und letztlich zum Durchbrechen der Inversion an einzelnen Stellen.
Beim Durchzug der dem Warmluftsektor nachfolgenden Kaltfront des Tiefs treten jetzt Scherwinde in unterschiedlichen Höhen auf und erzeugen einen Drehimpuls in der gesamten Gewitter-/Schauerwolke: Sie beginnt zu rotieren. Das Freiwerden vorhandener Wärme durch Kondensation verstärkt noch die Thermik der Luftmassen, so dass Luft von unten nachgesaugt wird.
Bekommt die nun bereits rotierende, tornadoträchtige Cumulonimbuswolke Kontakt zum Jetstream (Höhenwind in 8 – 10km Höhe), so verstärkt sich die Saugwirkung nach oben mehr. Es bildet sich ein zapfenähnlicher Schlauch.
Aufgrund des Drehmo­ments kann aber die Luft nicht seitlich durch den Schlauch zuströmen, sondern nur von un­ten. Damit wächst der Schlauch sich selbst verstärkend immer weiter nach unten, bis er den Erdboden erreicht.
Hier bewirkt dann die starke Saugwirkung im Bereich des „Auges" einen Druckabfall bis zu 150 mb (plötzlich von z.B. 1000mb auf kurzfristig 850 mb). Die Rotations­geschwindigkeit der Luft im Schlauchmantel soll zwischen 300 und 800 km/h betragen, während die Wanderungsgeschwindigkeit in etwa zwischen 50 und 100 km/h liegt.
Betont werden muss aber, dass nur etwa 10 der 500 bis 600 Tornados, die jedes Jahr in den USA registriert werden, ein größeres Zerstörungspotential erreichen. Ihre Lebensdauer ist bei einer Reichweite von 10-30 km in der Regel sehr kurz.

Der Fujita - skala

• F0 wurde eingeführt um Tornados unterhalb von Bft. 11 zu klassifizieren <72 mph =<116 km/h leichte Schäden an Schornsteinen, abgebrochene Äste und Baumkronen, flach wurzelnde Bäume entwurzelt, Plakatwände umgeworfen.
• F1 73-112 mph 117-180 km/h Wellblech oder Dachziegel abgehoben und Wohnmobile werden umgeworfen, fahrende PKW werden verschoben
• F2 113-157 mph 181-251 km/h Dächer werden als Ganzes abgedeckt Wohnmobile werden vollständig zerstört große Bäume werden entwurzelt leichte Gegenstände werden zu gefährlichen Projektilen.
• F3 158-206 mph 252-330 km/h Dächer und leichte Wände werden abgetragen Züge entgleisen Wald wird großteils entwurzelt LKW werden umgeworfen oder verschoben.
• F4 207-260 mph 331-417 km/h Holzhäuser mit schwacher Verankerung werden verschoben PKW werden umgeworfen schwere Gegenstände werden zu gefährlichen Projektilen.
• F5 >261 mph >418 km/h Holzhäuser werden von ihren Fundamenten gerissen weit verschoben und zerlegt.
• F6-F12 Theoretische Werte welche bisher nicht beobachtet wurden.

Die Übertragung der F-Klassen von den USA auf Europa ist ein Problem, da sich die europäische Bauweise von Häusern und die Größe von Wohnmobilen erheblich von der amerikanischen unterscheidet).

Tornados in Deutschland

Oft wird davon ausgegangen, dass Tornados nur in den USA verheerende Auswirkungen haben.
Das Auftreten von Tornados ist in Deutschland zwar selten (im statistischen Mittel 10,4 Tornados pro Jahr, im Zeitraum von 1950 - 2004), aber die Folgen können, sobald besiedelter Raum oder Wälder betroffen sind, erheblich sein (s.u.). TorDach (siehe Karte) ermittelte, dass im äußersten Westen und Nordwesten Deutschlands die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Tornados am größten ist.

Ein Beispiel hierfür ist der Tornado, welcher am 10. Juli 1968 über Pforzheim hinwegfegte, 2 Todesopfer forderte und Schäden in Millionenhöhe verursachte. Er ist in die Schadenskategorie F4 der Fujita-Skala (s.o.) einzuordnen.

(Quelle:Stadtbibliothek Pforzheim)

Auch im Raum Göttingen kam und kommt es immer wieder zu Tornados!! Dies musste bereits Lichtenberg am 5. Juli 1787 feststellen. (Quelle: unbekannt)

Die letzen großen Schäden eines oder mehrerer Tornados in unserer Region gab es am 29.06.1997.
Beim Durchzug einer rotierenden Böenwalze vor der Kaltfront des "TiefsVioletta" bildete sich ein „Down burst“ (Fallböe) und höchst wahrscheinlich auch ein oder mehrere Tornado(s) mit einem oder mehreren "Touch down(s)" (d.h. der Schlauch, der aus den Wolken kommt, bekam Bodenkontakt).
Es ist deshalb so schwierig genau zu sagen, ob es sich tatsächlich um "touch downs" eines Tornados handelte, da dieses Ereignis nachts, also in völliger Dunkelheit auftrat. Die Schadensbilder sprechen jedoch dafür.
Diese beiden Wetterphänomene (Fallböe und Tornado) schlugen zum Teil kilometerlange schmale Schneisen der Verwüstung zwischen Leinefelde,Duderstadt und Osterode.
Die Forstschäden (vor allem Birkenallee, Rote Warte, An der Aue und Krücker) betrugen ca. 45 Mio. € und es entstanden Gebäudeschäden in Höhe von mehr als 3 Mio. €

Auf dem rechten bild , das zwischen Hattorf und Herzberg: An der Aue wenige Tage nach dem Unwetter aufgenommen wurde (ungefährer Standort siehe obige Karte) , sieht man eindrucksvoll, wie die Aufwinde im Tornadoschlauch die Bäume entastet haben und somit z.T. nur noch die kahlen Stämme stehen geblieben sind. Etwas außerhalb des eigentlichen Schlauches waren die eher horizontal kreisenden Winde um den Schlauch herum so stark, dass sie die Bäume mit den Wurzeltellern umwarfen.
Quelle: GT Photograph: K. Matwijow Windbruch Hattorf / Herzberg: An der Aue

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Tornade sortant d'une citerne par Jonathan S. 8k1 et Anes B. 9k2

Maintenant, nous allons voir ce qu´on peut bricoler à partir d´une citerne.
A vrai dire, il s´agit ici de la première maquette de tornade de ce genre pour des élèves, qui a été construite avec l´aide de M. Langkeit, par les élèves du groupe « club méteo » en collaboration avec le laboratoire « Scholl Lab » du DLR à Göttingen (institut aérospatial).

Ils avaient besoin d´une citerne, d´un ventilateur, de compétence, d´un peu d´imagination et de grillage à lapins.

Ici, nous voyons un premier test de tourbillon avec de la glace carbonique où on remarque clairement tout le travail qui a été fait bien qu´il n´y ait pas encore de revêtement.

On parle de revêtement : on le pose justement ici.

Les dernières parties sont fixées et il s´ensuit une bataille de colle à tapisser. Et personne n'a voulu avouer plus tard, qui l´avait commencée, n´est-ce pas Eva ?

Encore un peu de coton, nous ne voulons pas que le visiteur ne voit que du papier (ce travail a duré 12 heures environ avant d´être ainsi).

Après un certain temps, je dois admettre que le résultat est assez impressionnant.

Dans le canal de vent de 3m de diamètre qui n´est plus utilisé au DLR, on a fixé le modèle de tornade à une grue. La tornade fait rage dans le paysage reconstruit. Dans le petit carré, on peut faire des expériences par exemple mesurer la vitesse de rotation des remous ou mesurer le champ de courant.

Ici, on peut très bien voir la maquette. La tornade peut « détruire » les maisons.

Cette photo montre l'affluence des visiteurs le jour des portes ouvertes (2011) de DLR / à School_Lab. Cette expérience était si populaire que le personnel de service devait faire attention qu'il n'y ait pas trop de personnes qui se trouvent dans le canal de vent! Ce fut un grand succès.

Avec des méthodes différentes, il est possible de reproduire à l’aide de petites girouettes le champ de vent qu’il y a dans la maquette.

C’est grâce aux méthodes photographiques spéciales qu’on peut déterminer la vitesse de rotation du petit tourbillon. Quand on l’extrapole à une tornade de 25m de diamètre, il s’agirait – uniquement par voie de calcul- d’une tornade d’une vitesse de rotation d’environ de 380 km/h.

Grâce à cette maquette et à vos appareils photos ou caméras, vous pouvez avoir l'impression de réaliser des images d'une véritable tornade.

Cliquez ici pour voir le clip vidéo: Click!
Cliquez ici pour d'autres informations sur les tornades: Click!

Tornado aus der Regentonne von Jonathan S. 8k1 und Anes B. 9k2

Nun sehen wir, was man aus einer Regentonne alles basteln kann.
Eigentlich geht es hier jedoch um das weltweit erste Tornadomodell dieser Art für Schüler, was von Herrn Langkeit und Schülern der Wetter-AG in Zusammenarbeit mit dem School_Lab des DLR in Göttingen gebaut wurde.

Sie brauchten: Eine Regentonne, einen Ventilator, Sachverstand, ein wenig Fantasie und Kaninchendraht.

Hier sehen wir einen ersten Wirbeltest mit Trockeneis, in dem deutlich wird, dass hier schon ganze Arbeit geleistet wurde, obwohl noch nicht einmal die Verkleidung dran ist.

Wo wir gerade bei Verkleidung sind: Hier wird sie gerade angebracht.

Die letzten Stücke werden festgemacht, gleich gibt es eine Tapetenkleisterschlacht. Und keiner wollte hinterher zugeben, wer damit angefangen hatte, nicht wahr, Eva?

Jetzt noch ein wenig Watte dran, wir wollen ja nicht, dass die Besucher nur Papier sehen (Das "ein wenig" dauerte jedoch ungefähr 12 Arbeitsstunden, bis es gut aussah).

Als das ganze nach einiger Zeit fertig ist,muss ich zugeben, dass es ziemlich beeindruckend aussieht.

In einem stillgelegten 3-Meter-Windkanal des DLR wird das ganze Tornadomodell dann an einem Kran aufgehängt. Der Tornado "tobt" dann in der Modelllandschaft. In dem kleinen Rechteck kann man Experimente machen, z.B.: Die Rotationsgeschwindigkeit des Wirbels oder das Strömungsfeld ermitteln.

Hier kann man noch einmal das Modell besonders gut sehen. Die Häuser kann der Tornado übrigens "zerlegen".

Dieses Foto zeigt den Andrang der Besucher am Tag der offenen Tür (2011) des DLR/School_Lab . Dieses Modell war so beliebt, dass das Service-Personal aufpassen musste, dass nicht zu viele im Windkanal waren! Es war ein großer Erfolg.

Mit verschiedenen Messmethoden können die Schüler dann das Windfeld, das im Modell herrscht, mit den Windfähnchen nachbilden.

Mit Hilfe von speziellen Aufnahmeverfahren kann auch die Rotationsgeschwindigkeit des kleinen Wirbels ermittelt werden. Hochgerechnet auf einen Tornado von 25m Durchmesser würden es sich -rein rechnerisch- um einen Tornado mit einer Rotationsgeschwindigkeit von ca. 380 km/h handeln.

Zum Schluss könnt ihre eure Handykameras und Fotoaparate zücken und täuschend echte Bilder von einem Tornado machen.

Hier geht es zu den Videoclips: Klick!
Weitere Infos zum Thema Tornado (-modelle): Klick!

Dem Tornado auf der Spur (School_Lab-Seite des DLR, Gö)

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