Dampfteufel auf dem Michigansee, 31. Januar 1971, aus der Zeitung, die das Phänomen als erste benannte und darüber berichtete.

Ein Dampfteufel ist ein kleiner, schwacher Wirbelwind über Wasser (oder manchmal über feuchtem Land), der Nebel in sich aufnimmt und ihn dadurch sichtbar macht. Sie bilden sich über großen Seen und Ozeanen bei Kaltlufteinbrüchen, solange das Wasser noch relativ warm ist, und können ein wichtiger Mechanismus für den vertikalen Feuchtigkeitstransport sein. [ 1 ] Sie sind Bestandteil des Seenebels .

Kleinere Dampfteufel und Dampfwirbel können sich über Geysirbecken aufgrund der sehr hohen Wassertemperaturen selbst bei warmem Wetter bilden . Obwohl Dampfteufel im Allgemeinen eher selten beobachtet werden, entstehen sie in den heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks täglich.

Dampfteufel werden erst seit den 1970er Jahren beobachtet und erforscht. Sie sind schwächer als Wasserhosen und unterscheiden sich deutlich von ihnen. Letztere ähneln eher schwachen Tornados über Wasser.

Benennung

Dampfteufel wurden erstmals 1972 von Lyons und Pease im Zusammenhang mit ihren Beobachtungen des Michigansees im Januar 1971 beschrieben. Dieser Monat war für Wisconsin besonders kalt (einer der kältesten des 20. Jahrhunderts), was in Kombination mit dem weitgehend eisfreien Michigansee günstige Bedingungen für die Entstehung von Dampfteufeln schuf. Lyons und Pease benannten die Dampfteufel in Anlehnung an die Staubteufel an Land, mit denen sie eine vergleichbare Größe und Struktur aufweisen. Sie wollten die Dampfteufel auch von den wesentlich stärkeren Wasserhosen unterscheiden , deren Äquivalent an Land der Tornado ist . Lyons und Pease verfassten ihren Artikel mit dem Ziel, die Nationale Ozean- und Atmosphärenbehörde (NOAA) davon zu überzeugen , Dampfteufel in das Internationale Feldjahr für die Großen Seen aufzunehmen , das 1972/73 unmittelbar bevorstand. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Aussehen

Dampfteufel sind Wirbel mit einem Durchmesser von typischerweise 50 bis 200 m, die im Wesentlichen vertikal verlaufen und bis zu 500 m hoch werden können. Ihre Form ähnelt der einer kleinen Wasserhose, sie sind jedoch nicht miteinander verwandt. Dampfteufel rotieren zyklonartig , allerdings nicht sehr schnell oder kraftvoll, meist nur wenige Umdrehungen pro Minute, manchmal scheinbar gar nicht. Die rotierende Dampfsäule weist in der Regel einen klar definierten inneren Bereich und einen unregelmäßigeren äußeren Bereich auf, von dem sich oft Dampfklumpen ablösen. Kleinere Dampfteufel können sich über kleinen Seen bilden, insbesondere über dem warmen Wasser der heißen Quellen in Geysirbecken . In diesen Fällen betragen die typischen Abmessungen 1 m ( 3 m Durchmesser).+Der Durchmesser beträgt etwa 1/4  Fuß, kann aber zwischen weniger als0,1 und 2 m ( 3/8 bis 6 Fuß ) variieren .+1 ½ Fuß  ) und eine Höhe von2 bis 30 m ( 6+1 ⁄ 2 bis 98+3⁄ 8 Fuß  ) mit einer etwas schnelleren Rotation von etwa 60  U/min (1  Hz ). Der Kern des Dampfteufels kann klar sein, ähnlich wie der Kern eines Staubteufels staubfrei ist. Der Kern entspricht etwa 10 % der Breite der rotierenden Säule. Der Himmel über den Dampfteufeln kann klar sein oder Kumuluswolken aufweisen. In manchen Fällen steigen die Dampfteufel direkt in die Kumuluswolken auf; in diesen Fällen können die Kumuluswolken sogardurch die Dampfteufel verursacht werden – siehe unten . Dampfteufel sind ein seltenes und kurzlebiges Phänomen, das typischerweise nicht länger als drei oder vier Minuten anhält, und die kleineren über heißen Quellen lösen sich innerhalb weniger Sekunden auf. [ 2 ] [ 5 ] [ 3 ] [ 6 ] [ 7 ] [ Anmerkung 1 ] Dampfteufel werden manchmal mit Wasserhosen verwechselt , da sie über dem Wasser auftreten können. [ 8 ]

Dampfteufel können sich von ihrem Sockel lösen und vom Wind flussabwärts getrieben werden. Bei kleinen Gewässern wie heißen Quellen kann dies dazu führen, dass der Dampfteufel schließlich über Land und weit entfernt vom Wasser landet. Solche Dampfteufel rotieren auch nach dem Ablösen von der Wärmequelle weiter, lösen sich aber bald auf. [ 3 ]

Sehr kleine Dampfwirbel können eine schlecht definierte Säule und keinen erkennbaren, klar definierten inneren Kern aufweisen. Solche Wirbel werden in Analogie zu den Staubwirbeln an Land korrekterweise als Dampfwirbel bezeichnet. [ 9 ]

Bildung

Eine Voraussetzung für die Entstehung von Dampfteufeln ist das Vorhandensein einer feuchten Luftschicht über dem Wasser. Diese neblige Luft ( arktischer Dampfnebel ) wird nach oben gezogen und bildet Nebelbänder (nicht rotierende Dampfnebelsäulen). Dafür muss das Gewässer eisfrei und somit relativ warm sein, und es muss ein Wind kalter, trockener Luft wehen, um den Nebel zu bilden. Die kalte Luft erwärmt sich durch das Wasser und wird durch Verdunstung befeuchtet. Die erwärmte Luft steigt auf und kühlt sich dabei durch den sinkenden Luftdruck adiabatisch ab , wodurch der Wasserdampf kondensiert und Nebelbänder bildet. [ 10 ]

Damit sich Dampfteufel bilden können, muss die Luft über dem Gewässer sehr kalt sein und ein recht kräftiger Wind (über 3,2 km/h) trockener Luft über die Wasseroberfläche wehen. Der Temperaturunterschied zwischen Wasser und Luft muss deutlich sein; die Dampfteufel in Abbildung 1 entstanden bei einer Lufttemperatur von −21 °C und einer Wassertemperatur von 1 °C – ein Unterschied von 22 °C. Unter diesen Bedingungen steigt die Luft so energisch auf, dass die Luftströmung instabil wird und sich Wirbel bilden. Nebelfäden, die in die Wirbel hineingezogen werden, machen diese sichtbar, und sie entwickeln sich dann zu Dampfteufeln. [ 10 ] [ 5 ] [ 11 ] [ Anmerkung 1 ]

Der Dampfnebel bildet in der horizontalen Ebene unregelmäßige, sechseckige Zellen , die sich in Windrichtung erstrecken. In dieser wabenförmigen Anordnung treffen jeweils drei Zellen an einem Knotenpunkt aufeinander, und genau dort bilden sich die Dampfwirbel. Diese Wirbelbildung an den Eckpunkten der sechseckigen Zellen ist ein Beispiel für Eckwirbel . [ 12 ] [ 7 ]

Die über Dampfteufeln während Kaltlufteinbrüchen auf dem Michigansee und anderswo beobachtete Cumulusschicht ist möglicherweise kein Zufall. Flugzeugradaruntersuchungen während Kaltlufteinbrüchen auf dem See haben gezeigt, dass einige Dampfteufel die thermische innere Grenzschicht (unterhalb derer konvektive Zirkulation stattfindet) durchdringen und für die thermische Durchmischung möglicherweise bedeutsamer sind als die normale Konvektion, indem sie feuchte Luft vertikal über die Konvektionsgrenze transportieren. Das resultierende großräumige Bild zeigt eine Schicht arktischen Dampfnebels nahe der Wasseroberfläche, eine Cumulusschicht direkt über der Konvektionsgrenze und eine regelmäßige Anordnung von Dampfteufeln, die beide verbinden. [ 13 ]

Vorkommen

Dampfteufel auf Big Island , Hawaii. Die großen Dampfwolken entstehen durch Lava , die ins Meer fließt.

Dampfteufel sind im Frühwinter auf den Großen Seen zu beobachten. Sie entstehen im Atlantik vor der Küste der Carolinas , wenn kalte Luft vom Kontinent über den Golfstrom strömt . Dampfteufel können auch auf kleinen Seen und sogar über heißen Quellen auftreten, jedoch deutlich seltener als auf großen Gewässern. Sie können sich auch über feuchtem Land bilden, wenn die Luft kalt ist und die Sonne den Boden erwärmt. [ 2 ] [ 5 ]

Kleine Dampfteufel treten an einigen der größeren heißen Quellen im Yellowstone-Nationalpark auf . Dort hängt eine Dampfnebelschicht über den Becken, die vom Wind zu Nebelbändern aufgewirbelt werden kann. Ein Beispiel hierfür ist die Grand Prismatic Spring im Yellowstone Midway Geyser Basin . Die Lufttemperatur kann zum Zeitpunkt der Dampfteufelbildung für Menschen unangenehm hoch sein. 1982 wurde eine Gruppe von siebzehn Dampfteufeln beobachtet, als die Lufttemperatur zwischen 17 und 21 °C lag. Obwohl dies deutlich höher ist als beispielsweise die Lufttemperatur über den Großen Seen, ist auch die Wassertemperatur proportional höher und liegt nahe am Siedepunkt. Der Temperaturunterschied beträgt daher immer noch 79 °C. [ 3 ]

Ein weiterer bekannter Ort in Yellowstone, der Geysir Old Faithful , erzeugt horizontale Dampfteufel. Insgesamt weist Yellowstone wahrscheinlich die höchste Häufigkeit zugänglicher Dampfteufel weltweit auf. An den ergiebigsten Stellen entstehen stündlich mehrere Dampfteufel. [ 3 ] Dampfteufel über Geysirbecken wurden erstmals 1977 von Holle beschrieben . [ 14 ]

Siehe auch

Anmerkungen

  1. Bluesteins Beschreibung von Dampfteufeln weicht in fast allen Angaben von anderen Quellen ab, sodass man fast meinen könnte , er beschreibe ein anderes Phänomen. Bluestein gibt den Durchmesser mit 1 Meter an; Lyons und Pease nennen 50 bis 200 Meter. Bluestein gibt die Höhe mit bis zu 6 Metern an, Lyons und Pease hingegen mit 460 Metern. Bluestein nennt eine minimale Temperaturdifferenz von 38 °C zwischen Luft und Wasser; Lyons und Pease führen als Gegenbeispiel 22 °C an. Bluestein behauptet, der Himmel sei üblicherweise klar; MacDougal sowie Lyons und Pease zeigen jedoch beide Fotos mit Cumuluswolken. Barrick nennt zwar ähnliche, mit Bluestein vergleichbare Abmessungen, allerdings nur im Zusammenhang mit Dampfteufeln über Geysirbecken.

Referenzen

  1. ^ „Steam Devil“ . Weltorganisation für Meteorologie . Abgerufen am 11. Januar 2023 .
  2. ^ a b c Barrick (2010) , S. 213.
  3. ^ a b c d e Holle (2007) , S. 9.
  4. ^ Lyons & Pease (1972) , S. 235, 237.
  5. ^ a b c Bluestein (1999) , S. 151.
  6. ^ Lyons & Pease (1972) , S. 236–237.
  7. ^ a b Zurn-Birkhimer et al. (2005) , S. 2431.
  8. ^ The Weather Channel [@weatherchannel] (16. Januar 2024). „Wow! 🤯🌪️ Gestern wurde eine Wasserhose auf dem Chicago River gesichtet. Sie entstehen bei Temperaturunterschieden zwischen wärmeren Gewässern und kalter Luft.“ ( Tweet ). Atlanta, Georgia . Abgerufen am 16. Januar 2024 – via X (ehemals Twitter) .
  9. ^ Holle (1977) , S. 931.
  10. ^ a b Allaby (2002) , S. 217, 530.
  11. ^ Lyons & Pease (1972) , S. 235–237.
  12. ^ Lyons & Pease (1972) , S. 236.
  13. ^ Zurn-Birkhimer et al. (2005) , S. 2417, 2428–2429, 2431.
  14. ^ Holle (1977) , S. 930.

Bibliographie