In den Tropen toben Gewitter bisweilen über Gebieten von mehr als 100 Kilometer Durchmesser. Diese riesigen Komplexe können dann bis zu zehn Stunden aktiv sein. Bislang war nicht klar, wie diese Mega-Gewitter aus kleineren Gewitterzellen entstehen.
Nun haben Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung, der Jacobs University Bremen und der Universität Kopenhagen in der Fachzeitschrift „npj Climate and Atmospheric Science“ eine Modellsimulation vorgestellt, mit der sich solche Gewitter erklären lassen. Demnach kommunizieren die Gewitterzellen gleichsam miteinander und können dann größere Cluster durch Selbstorganisation bilden.
Die zentrale Rolle, so die Erkenntnis der Forscher, spielen dabei sogenannte Kaltluftseen, die unterhalb der Gewitterwolken entstehen. „Über diese Kaltluftseen kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den Gewitterzellen“, erklärt der Physiker Jan Haerter, der Professor für Komplexe Systeme an der Jacobs University ist. Diese ermöglichen dadurch den Prozess der Selbstorganisation.
Die Kaltluftseen bilden sich, wenn Wasser unterhalb von Gewitterwolken noch vor Erreichen der Erdoberfläche in der Luft verdunstet. Durch diese Verdunstung kühlt sich die Luft ab und sinkt nach unten. Treffen diese kalten Luftmassen am Erdboden auf, werden sie seitlich abgelenkt und können kilometerweit in die Umgebung strömen.
„Wenn sich die Kaltluftseen unterhalb einer Gewitterzelle in einem Radius ausbreiten, kommt es zwischen ihnen zu Kollisionen, was weitere Gewitterwolken entstehen lässt“, erklärt Haerter, „An Punkten, wo diese ‚Cold Pools‘ die Luftmassen einschließen, wird die eingeschlossene Luft nach oben gedrückt. Dort entstehen dann neue Gewitterzellen, die wiederum Kaltluftseen erzeugen. So ergibt sich eine Kettenreaktion.“
Damit ist nun also geklärt, wie Gewitter über den Prozess der „kontinentalen Selbstorganisation“ weitere Gewitterzellen und schließlich auch riesige Gewittersysteme erzeugen können.
Die Forscher konnten mit ihren Rechnungen auf Supercomputern auch zeigen, dass sich über Land Cluster von Gewitterzellen vor allem dann bilden, wenn die Oberflächentemperatur zwischen Tag und Nacht stark variiert. Unterschiede von sieben Grad Celsius zwischen dem Tageshöchstwert und dem nächtlichen Tiefstwert reichen aus – und das ist in tropischen Regionen oft der Fall.
Über den Ozeanen funktioniert die Selbstorganisation von Gewittern allerdings nicht – solange jedenfalls die Temperatur der Wasseroberfläche einigermaßen konstant bleibt.
