Ein Tornado ist eines der gewaltigsten und gleichzeitig rätselhaftesten Naturphänomene, die unsere Atmosphäre hervorbringen kann. Der Begriff selbst entstammt dem Spanischen und lässt sich auf das lateinische Wort „tornare" zurückführen, was so viel bedeutet wie „umkehren", „wenden" oder „sich drehen". Im deutschen Sprachraum kennt man das Phänomen auch unter den Bezeichnungen Großtrombe, Windhose oder Wasserhose, wobei letztere sich über offenen Gewässern bildet.
Grundsätzlich handelt es sich bei einem Tornado um einen kleinräumigen, aber äußerst intensiven Luftwirbel in der Erdatmosphäre, dessen Drehachse annähernd senkrecht ausgerichtet ist. Ein wesentliches Definitionsmerkmal ist seine Verbindung zur konvektiven Bewölkung, also zu Cumulus- oder Cumulonimbuswolken. Dadurch unterscheidet sich der Tornado klar von den sogenannten Kleintromben wie etwa Staubteufeln, die ohne solche Wolkenverbindung auskommen. Entscheidend ist außerdem, dass der Wirbel durchgehend vom Boden bis zur Wolkenuntergrenze reicht, ohne dabei notwendigerweise über die gesamte Länge sichtbar kondensiert zu sein. Diese heute noch allgemein anerkannte Definition geht auf den deutschen Meteorologen und Geowissenschaftler Alfred Wegener zurück, der sie im Jahr 1917 formulierte.
Die Entstehung eines Tornados ist ein komplexer meteorologischer Vorgang, der bis heute intensiv erforscht wird. Obwohl im Detail noch viele Fragen offen sind, kennt die Wissenschaft die grundlegenden Voraussetzungen und Mechanismen der sogenannten Tornadogenese recht gut. Tornados können sich prinzipiell an jedem Ort der Erde und zu jeder Jahreszeit bilden, sofern die erforderlichen atmosphärischen Bedingungen gegeben sind. Dennoch gibt es ausgeprägte räumliche und zeitliche Schwerpunkte ihrer Entstehung.
Für die Bildung eines Tornados müssen zunächst die Grundvoraussetzungen für hochreichende Feuchtekonvektion erfüllt sein. Dazu gehört erstens die bedingte Labilität der Atmosphäre, also eine ausreichend starke vertikale Temperaturabnahme mit zunehmender Höhe. Zweitens muss in den unteren ein bis zwei Kilometern der Atmosphäre genügend Feuchtigkeit vorhanden sein, da die im Wasserdampf gespeicherte Kondensationsenthalpie als wesentliche Energiequelle dient. Drittens bedarf es eines Mechanismus, der die feuchte Luftmasse nach oben hebt und damit die Konvektion auslöst. Solche Hebungsmechanismen können thermischer Natur sein, etwa durch intensive Sonneneinstrahlung, oder dynamischer Natur, wie sie an Wetterfronten auftreten.
Der eigentliche Energiemotor dieser Stürme ist die latente Wärme, die beim Kondensieren des Wasserdampfs freigesetzt wird. Erst durch diese zusätzliche Energie kann die feuchte Luft frei und hochreichend aufsteigen, denn gegenüber rein trockener Konvektion ist die Atmosphäre weitgehend stabil. Ohne Feuchtekonvektion wäre daher allenfalls die Bildung kleiner Staubteufel möglich.
An der Böenfront von Schauern oder Gewittern können zunächst Kleintromben entstehen, die als Böenfrontwirbel oder Gustnados bezeichnet werden. Geraten diese in Kontakt mit dem feuchtekonvektiven Aufwind einer Gewitterzelle, können sie sich erheblich verstärken und sich letztlich zu einem vollwertigen Tornado entwickeln.
Wissenschaftlich unterscheidet man zwei Hauptklassen von Tornados. Die erste und meteorologisch bedeutendere Klasse sind die mesozyklonalen Tornados. Bei ihnen kommt zu den oben beschriebenen Grundzutaten eine starke vertikale Windscherung hinzu: Mit zunehmender Höhe steigt nicht nur die Windgeschwindigkeit, sondern auch die Windrichtung ändert sich merklich. Dieses charakteristische Windprofil begünstigt die Entstehung von Superzellen, also besonders langlebigen Gewitterzellen mit einem rotierenden Aufwind, der sogenannten Mesozyklone. Superzellen können mehrere Stunden bestehen und bringen heftige Begleiterscheinungen mit sich: großen Hagel, sintflutartige Regenfälle und Gewitterböen mit Windgeschwindigkeiten von über 200 Kilometern pro Stunde.
Bei zehn bis zwanzig Prozent aller Superzellen kommt es zur Tornadobildung. Oft ist ihr Entstehen durch eine deutliche Absenkung der rotierenden Wolkenbasis sichtbar, die sogenannte Mauerwolke oder Wallcloud. Im Innern des Wirbels strömt bodennahe Luft zur Drehachse hin; durch den Pirouetteneffekt nimmt die Windgeschwindigkeit dabei enorm zu. Die genauen Details dieses Verstärkungsprozesses bis hin zum Bodenkontakt sind noch nicht vollständig verstanden, doch die Bodenreibung scheint dabei eine wesentliche Rolle zu spielen.
Die Drehrichtung mesozyklonaler Tornados ist überwiegend zyklonal, auf der Nordhalbkugel also entgegen dem Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn. Dies ist jedoch kein direkter Effekt der Corioliskraft, denn dafür sind Tornados räumlich zu begrenzt. Die Corioliskraft beeinflusst vielmehr das großräumige Windprofil der Tiefdruckgebiete, in deren Umfeld mesozyklonale Tornados entstehen.
Tornados hinterlassen in ihrer Zugbahn oft verheerende Schäden. Besonders bekannt ist der sogenannte Tornado Alley in den zentralen Vereinigten Staaten, wo die geographischen und klimatischen Bedingungen die Entstehung von Superzellen und Tornados besonders begünstigen. Dort treffen trockene, kühle Luftmassen aus Kanada auf warme, feuchte Luft aus dem Golf von Mexiko, was die Entstehung intensiver Gewittersysteme fördert.
Die Intensität von Tornados wird auf der Fujita-Skala (F0 bis F5) oder der neueren Enhanced-Fujita-Skala (EF0 bis EF5) bewertet, wobei sich die Einstufung nach den verursachten Schäden richtet. Die stärksten Tornados der Kategorie F5 oder EF5 können Windgeschwindigkeiten von über 450 Kilometern pro Stunde erreichen und selbst massiv gebaute Gebäude vollständig zerstören.
Das Studium von Tornados bleibt ein aktives Forschungsfeld der Meteorologie. Hochwertige Radarsysteme, Sturmjäger, die direkt in die Nähe aktiver Tornados fahren, und zunehmend auch unbemannte Drohnen liefern immer detailliertere Daten über den inneren Aufbau dieser Wirbelstürme. Das Ziel: bessere Frühwarnsysteme zu entwickeln und damit die Vorwarnzeiten vor dem Eintreffen eines Tornados zu verlängern, um Menschenleben zu schützen.
