Windgeschwindigkeiten und Luftdrücke
Die Messung der Windgeschwindigkeiten kann durch Photogrammetrie (Messungen anhand von Fotografien) und durch Fernerkundungstechniken unter Verwendung des Dopplereffekts erfolgen. Diese beiden Techniken ergänzen sich. Sie liefern Informationen über Tornado-Windgeschwindigkeiten, indem sie Objekte im und um den Kern verfolgen (die Annahme ist, dass sich die Objekte mit der Geschwindigkeit der Luft bewegen). Die Photogrammetrie ermöglicht die Bestimmung der Geschwindigkeiten über die Bildebene durch Analyse der Bewegungen von Staubpaketen, Vegetationsstücken und Bauschutt, wie sie auf Film oder Videoband aufgezeichnet sind, kann jedoch nicht zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit in Richtung oder weg von der Kamera verwendet werden. Auf der anderen Seite kann durch Verarbeitung von dopplerverschobenen elektromagnetischen „Echos“, die von Regentropfen und Trümmern empfangen werden, die mit Pulsen von Radiowellen (Radar) oder Licht (Lidar) beleuchtet werden, die Windgeschwindigkeit auf das Instrument zu oder von ihm weg bestimmt werden.
Unter bestimmten Bedingungen können im Eckbereich eines Tornados extreme Windgeschwindigkeiten auftreten. Die wenigen Messungen heftiger Tornadowinde, die unter Verwendung von Dopplerradar und Photogrammetrie durchgeführt wurden, legen nahe, dass die maximal möglichen tangentialen Windgeschwindigkeiten, die von Tornados erzeugt werden, im Bereich von 125 bis 160 Metern pro Sekunde oder 450 bis 575 km pro Stunde liegen (etwa 410 bis 525 Fuß pro Sekunde oder 280 bis 360 Meilen pro Stunde). Die meisten Forscher glauben, dass der tatsächliche Extremwert nahe am unteren Ende dieses Bereichs liegt. Konsistent mit diesem Denken war die Messung mit einem mobilen Doppler-Radar der schnellsten Windgeschwindigkeit, die jemals gemessen wurde, 318 Meilen pro Stunde (etwa 512 km pro Stunde), in einem Tornado, der die Vororte von Oklahoma City, Oklahoma, am 3. Mai 1999 traf.Maximale Tangentialgeschwindigkeiten treten in einem ringförmigen Bereich auf, der die Spitze des Wirbelkerns umgibt und 30 bis 50 Meter (100 bis 160 Fuß) über dem Boden zentriert ist. (Daher neigen sie dazu, etwas höher zu sein als schadensverursachende Winde an der Oberfläche. Die vertikalen Geschwindigkeiten der Luft, die als zentraler Strahl durch das Loch im Ring aufsteigt, können bis zu 80 Meter pro Sekunde oder 300 km pro Stunde (etwa 250 Fuß pro Sekunde oder 170 Meilen pro Stunde) betragen. Die Radialgeschwindigkeiten der Luft, die vom Zuströmbereich zum Eckbereich (der den zentralen Strahl speist) strömt, werden auf 50 Meter pro Sekunde oder 180 km pro Stunde (etwa 160 Fuß pro Sekunde oder 110 Meilen pro Stunde) geschätzt. Da die Organisation des Luftstroms mit der Intensität des Tornados erheblich variiert, können Extreme in vertikalen und radialen Geschwindigkeiten nicht gleichzeitig mit Extremen in tangentialen Geschwindigkeiten auftreten.
Diese extremen Geschwindigkeiten sind die stärksten Winde, von denen bekannt ist, dass sie in der Nähe der Erdoberfläche auftreten. In Wirklichkeit treten sie über einen sehr kleinen Teil des Tornadokerns in Bodennähe auf. Ihr tatsächliches Auftreten ist selten, und, wenn sie auftreten, Sie dauern normalerweise nur sehr kurz time.In bei fast allen Tornados (etwa 98 Prozent) liegt die maximal erreichte Windgeschwindigkeit deutlich unter diesen maximal möglichen Geschwindigkeiten.
Während es keine direkten Messungen des atmosphärischen Drucks in Tornados gab, wurden einige Messungen durchgeführt, als Tornados in der Nähe von Wetterstationen mit Barographen (Instrumenten, die den atmosphärischen Druck im Laufe der Zeit aufzeichnen) vorbeifuhren. Daten aus solchen Vorfällen sowie Messungen in Laborwirbeln ermöglichen die Erstellung mathematischer Modelle, die die Verteilung des Oberflächendrucks unter Tornados beschreiben. Diese Modelle, kombiniert mit Informationen über Tornadowinde, werden verwendet, um den wahrscheinlichsten Luftdruck im Zentrum eines bestimmten Tornados zu extrapolieren.
Diese Extrapolationen deuten darauf hin, dass sich unterhalb des Tornado-Kerns eine Region mit niedrigem Oberflächendruck befindet. Die Fläche dieser Region ist relativ klein im Vergleich zu der des Ringes der Hochgeschwindigkeitswinde, der sie umgibt. Selbst bei heftigen Tornados beträgt die Verringerung des Oberflächendrucks in diesem Gebiet (relativ zum Oberflächendruck in der umgebenden Atmosphäre) wahrscheinlich nicht mehr als 100 Hektopascal (dh etwa 10 Prozent des normalen atmosphärischen Drucks auf Meereshöhe). Bei den meisten Tornados ist die Verringerung des zentralen Oberflächendrucks nicht so groß.
Man nimmt an, dass der niedrigste atmosphärische Druck in einem Tornado im Zentrum des Kerns einige zehn bis einige hundert Meter über der Oberfläche liegt, obwohl das Ausmaß der Druckreduzierung unbekannt ist. Bei heftigen Tornados scheint diese Druckdifferenz ausreichend zu sein, um einen zentralen Abfluss zu induzieren.
