Tornado

Die woord tornado, wat in Engels sedert die laat 17de eeu voorkom (aanvanklik as turnado en vanaf die 18de eeu in sy huidige vorm) het sy oorsprong in die Spaanse werkwoord tornar ("werwel, omdraai") en die naamwoord tronada, wat "donderstorm" beteken en met 'n afwykende spelling ontleen is. Later het die Engelse tornado ingang tot die Spaanse woordeskat gevind.^[1]

In die Engelse omgangstaal het ook die term twister ingeburger geraak. In Afrikaans is daar twee sinonieme vir die Spaanse leenwoord – draaistorm en werwelstorm.^[2]

Die Duitse weerkundige, Alfred Wegener (1880–1930), het in 1917 'n tornado as 'n lugwerwel in die Aarde se atmosfeer gedefinieer, wat deur 'n klein middellyn en 'n loodregte spil waarom die wind werwel gekenmerk word. Die werwel strek deurgaans van die wolke se onderkant tot by die grond. Volgens Wegener tree tornado's steeds saam met konvektiewe bewolking (Cumulus- en Cumulonimbuswolke) op.

Die term waterhoos verwys na 'n spesiale soort tornado, wat oor 'n uitgestrekte wateroppervlak soos 'n oseaan of binnesee ontstaan.

Navorsing oor die presiese ontstaan van 'n tornado, die sogenaamde tornadogenesis, word steeds voortgesit. Alhoewel die tornadogenesis taamlik ingewikkeld is, het navorsers al daarin geslaag om baie van die voorvereistes en oorsaaklike meganismes te ontleed.

Die voorkoms van tornado's is in beginsel nie gebonde aan 'n bepaalde geografiese gebied of tyd van die jaar nie. Nogtans is daar gebiede waar tornado's as gevolg van klimatologiese besonderhede gereeld voorkom, soos die sogenaamde Tornado Alley (letterlik "Tornadolaan") in die Midweste van die Verenigde State en die Dixie Alley in die laer Mississippi-vallei.

Net soos in die geval van donderstorms is 'n laag van vogtige lug net bo-oor die grond en groot temperatuurverskille tussen die laer en hoër atmosfeer 'n voorvereiste vir die tornadogenesis. Die temperatuur begin in die hoër lae duidelik daal, terwyl die verskillende atmosferiese lae effens onstabiel raak. Lug wat opstyg en afkoel kan nog steeds warmer wees as die lug van die omgewing, sodat dit steeds vinniger gaan styg.

Die vogtige lug oor die grond lewer sodoende met die latente warmte, wat in die waterdamp gestoor is, die energie vir hierdie soort vogtigheidskonveksie op. Sodra die lug begin kondenseer, word hierdie warmte vrygestel. Die opstyging van vogtige lugmassas word deur termiese invloede (sonstrale) of dinamiese invloede (die ontmoeting van warm en koue fronte) veroorsaak. Die laasgenoemde invloede tree dikwels in die Amerikaanse Tornadolaan op, wanneer laagliggende, vogtige lugmassas van die Golf van Meksiko droë lug uit die Rotsgebergte in die Groot Vlaktes ontmoet. In hierdie gebied is daar jaarliks sowat 1 000 tornado's wat grond raak, en hier ontstaan tussen Maart en Julie sowat veertig persent van alle Noord-Amerikaanse tornado's.

Ten opsigte van hulle genesis is daar twee tipes van tornado's, mesosiklonale en nie-mesosiklonale tornado's.

Wanneer 'n kolom opstygende lug in 'n sone met verskillende temperature en vogtigheidsgrade vorm, laat winde, wat teen verskillende hoogtes in teenoorgestelde rigtings waai, die kolom soms roteer. 'n Mesosikloon – 'n magtige kolom van 'n werwelwind – begin vorm en ontwikkel geleidelik tot 'n tornado.

Die mesosikloon suig in sy omgewing warm, vogtige lug op en hewige winde (termieke) begin opstyg. Die mesosikloon begin gevaarlik word sodra koue, dalende lugstromings die toevoer van bodemwinde afsny. Die roterende lugmassa begin krimp en versnel. Hoe nouer die tregter word, hoe sneller begin die tornado draai.

Die mesosikloon word deur 'n sogenaamde supersel omring, 'n magtige, laagliggende donderstorm met eweneens sterk termieke (opstygende winde). Superselle kan wydtes van tussen vyftien en dertig kilometer en hoogtes van tot by agtien kilometer bereik. Die superselle oor die Groot Vlaktes het soms selfs 'n middellyn van vyftig kilometer. Daarnaas word superselle deur hulle langlewendheid gekenmerk (dit duur soms ure voordat hulle weer ontbind), asook groot haelstene, stortreën en valwinde met snelhede van meer as 200 kilometer per uur. Dikwels begin die roterende wolkebasis daal voordat die tornado ontstaan en 'n sogenaamde muurwolk word sigbaar.

Slegs een persent van alle donderstorms in Noord-Amerika verander tot 'n supersel en net tussen tien en twintig persent van alle superselle ontwikkel ook tornado's. Die tornado is hierby net 'n klein aanhangsel van die supersel – maar desondanks sy gevaarlikste verskynsel. Sommige tornado's is baie dun en bly net enkele sekondes stabiel, terwyl ander ure lank woed en geweldige verwoesting aanrig.

Daar is ook 'n meganisme wat tornado's sonder die aanwesigheid van mesosiklone laat ontstaan. Horisontale skeerwinde wat digby die grond waai, ontbind soms en verander tot 'n aantal werwelwinde met 'n vertikale spil. 'n Donderwolk net bo-oor die werwels begin hulle met sy vogtige termiek strek en laat hulle sodoende in hewigheid toeneem.

Hierdie proses gebeur in 'n omgewing met andersins matige winde en 'n gepaardgaande sterk vertikale daling in temperature in die lae atmosfeer. In teenstelling met die mesosiklone is die rotasie hier min of meer beperk tot die wolkebasis. Tornado's van hierdie soort is gewoonlik swakker en sluit die meeste waterhose in.

Op 'n vroeë stadium is 'n tornado aanvanklik byna onsigbaar. Sodra die lugdruk in sy binneste begin daal en waterdamp as gevolg van afkoeling kondenseer of die tornado begin het om stof, puin, water of ander materie te laat rond dwarrel, word die werwelwind raakgesien en as 'n tregterwolk waargeneem. 'n Deurgaande kondensasie van waterdamp wat van die wolk tot by die grond strek, tree egter nie altyd op nie. Dit maak ook nie saak of die tornado sigbaar word nie (sommige tornado's skuil byvoorbeeld agter stof of reën) – die belangrikste kriterium is dat die lugwerwel grond raak. Sodra daar net onder 'n tregterwolk enige tipiese uitwerkings soos windskade waargeneem kan word, is daar sprake van 'n tornado.

Tornado's tree in veelvuldige vorme op, wat van 'n dun, buisagtige voorkoms tot 'n min of meer wye tregter, wat na bowe toe verbreed, kan wissel. Die middellyn van 'n tornado bereik tussen enkele en 500 meter, soms selfs meer as een kilometer. In die geval van 'n groot middellyn tree dikwels verskeie werwels op, wat om 'n gemeenskaplike sentrum roteer – hierdie verskynsel staan bekend as multivorteks-tornado.

Die mees gebruiklike sisteem van klassifikasie is die sogenaamde Fujita-skaal, wat tornado's volgens windspoed definieer. Aangesien presiese metings van windspoed nie moontlik is nie, word die sterkte van 'n tornado volgens die skade wat hy berokken het, beraam. Die skaal bestaan uit verskillende vlakke, wat van ligte windskade tot absolute verwoesting van geboue strek. Tot dusver is tornado's met sterktes tussen F0 en F5 gemeet; om energetiese redes plaas fisiese beramings 'n bogrens van F6 op die intensiteit van tornado's.

Aangesien Amerikaanse geboue dikwels minder massief is as byvoorbeeld Europese huise, gebruik Europese navorsers dikwels ander skale soos die TORRO-skaal.

Deskundiges het vroeër aangeneem dat die onderdruk in die binneste van 'n tornadowerwel, wat tot by 100 hPa kan beloop, geboue feitlik laat ontplof. Hierdie hipotese word nou verwerp. Die hoofoorsake van tornadoskade is die dinamiese winddruk en by windsnelhede van meer as 300 kilometer per uur ook puin en wrakstukke wat as gevolg van die wind rondwarrel. Tornado's hou ook gevare vir die lugvaart in. Op 6 Oktober 1981 is 'n Fokker F-28-passasiersvliegtuig van die Nederlandse maatskappy, KLM Cityhopper, deur die lugwerwels van 'n tornado geraak. Die regte vlerk van die F-28 het afgebreek en die vliegtuig het neergestort. Sewentien mense is gedood.

Die geluide van 'n tornado strek oor 'n groot bandwydte van die akoestiese spektrum, en hulle word deur 'n groot verskeidenheid meganismes veroorsaak. Verskillende geluide van tornado's is reeds waargeneem en het oorgetuies aan bekende klanke soos 'n loeiende windgeraas herinner. Die meeste mense het dit met 'n vragtrein, stroomversnellings of watervalle vergelyk, soms ook met 'n stralerenjin wat uit die verte waargeneem word of met 'n kombinasie van hierdie geluide. Baie tornado's kan egter oor 'n groter afstand nie meer akoesties waargeneem word nie; die aard en die snelheid waarmee die klank voortgeplant word hang af van die atmosferiese toestande en die topografie.

Die winde van 'n tornado se draaikolk asook die interaksie tussen die lugstroming, die grond en die puin wat meegesleep word dra almal by tot die geraas van 'n tornado. Tregterwolke en kleiner tornado's se kenmerkende geluide is 'n soort gefluit, gehuil, gebrom of die gesoem van 'n reuseswerm bye of elektrisiteit, of meer of minder harmonies, terwyl talle tornado's ook deur 'n voortlopende, diep gedreun of 'n onreëlmatige geraas gekenmerk is.^[3]

Dit is egter belangrik om te weet dat baie tornado's eers akoesties waargeneem kan word sodra hulle reeds digby gekom het – die geraas kan dus nie as 'n waarskuwing teen 'n tornado dien wat nader trek nie. Daarnaas is die tipiese geluid nie tot tornado's beperk nie; dikwels veroorsaak sterk winde of swaar donder 'n soortgelyke gedreun.^[4]

Naas die hoorbare klankspektrum kan by 'n tornado ook infrasoniese handtekening geïdentifiseer word.^[5] In teenstelling met die hoorbare handtekening het navorsers daarin geslaag om die tornadiese handtekening afsonderlik te identifiseer. Vanweë die lae-frekwensie-klank se voortplanting oor groot afstande probeer wetenskaplikes tans instrumente ontwikkel wat die voorspelling en ontdekking van tornado's sal vergemaklik en ook 'n bydrae kan lewer tot die navorsing oor die morfologie, dinamiek en ontstaan van 'n tornado.

Tornado's beskik ook oor 'n seismiese handtekening wat opgespoor kan word, alhoewel navorsers nog steeds besig is om hierdie handtekening af te sonder en die gepaardgaande proses te ondersoek.^[6]

Die lewensduur van 'n tornado is tussen enkele sekondes en meer as 'n uur, met 'n gemiddelde duur van minder as tien minute. Die tornado se voorwaartse beweging volg dié van sy moederwolk en bereik 'n gemiddelde vyftig kilometer per uur. Soms is dit egter duidelik stadiger of selfs feitlik stasionêr, soos in die geval van talle waterhose, of dit kan in die geval van 'n sterk hoogtestroming 100 kilometer per uur oorskry. Die spoor van 'n tornado is meer of minder lineêr, waarby klein afwykings deur die orografie en die plaaslike windveld in die omgewing van die supersel veroorsaak word.

Die interne rotasiespoed van die wind is gewoonlik hoër as dié van sy lineêre beweging. Hierdie spoed berokken ook die groot skade wat 'n tornado agterlaat. Die hoogste windspoed wat ooit aangeteken is, is tydens die tornado-uitbarsting in Oklahoma op 3 Mei 1999 naby Bridge Creek met 'n Doppler-radar bepaal. Met 496 ± 33 kilometer per uur was dit op 'n baie hoë vlak van die Fujita-skaal se F5-klas-tornado's. Met die speling van +33 km/h sou dit selfs moontlik in die F6-klas geval het. Dit is ook die hoogste windspoed, wat ooit op die Aarde se oppervlakte aangeteken is. Net die lugstromings bo-oor die oppervlakte bereik hoër windsnelhede.

Sowat 88 persent van alle tornado's in die VSA word as swak F0- of F1-tornado's geklassifiseer: 11 persent is sterk (F2, F3) en minder as een persent verwoestend (F4, F5). Hierdie verdelingsfunksie is ook min of meer van toepassing op ander wêreldstreke; dit word oorheers deur mesosiklonale tornado's, wat die hele spektrum van intensiteite omvat. Die intensiteit van nie-mesosiklonale tornado's oorskry nouliks die F2-vlak.

Tornado's word wêreldwyd in alle gebiede aangeteken waar donderstorms optree. Brandpunte is streke met vrugbare vlaktes in die subtropiese klimaatsones tot by die gematigde, hoër breedtegrade. Die Midweste van die Verenigde State toon die hoogste frekwensie van tornado's, danksy die baie gunstige klimatiese voorwaardes vir die vorming van swaar donderstorms en superselle oor die uitgestrekte Groot Vlaktes, oos van die Rotsgebergte en noord van 'n tropiese see, die Golf van Meksiko.

Die Rotsgebergte sorg vir taamlik droë en koel lugmassas in die middel- en hoër lae van die troposfeer, met suidwestelike tot westelike winde, terwyl in die laer vlakke vogtige, warm lugmassas uit die Golfgebied ongehinderd na die noorde kan beweeg. Die verskillende lae van die atmosfeer raak hier baie onstabiel, terwyl groot hoeveelhede latente warmte met skeerwinde ontmoet. Hierdie besonderhede lei dikwels tot baie ongunstige weerstoestande.

Ander gebiede waar tornado's gereeld optree, is Argentinië, Sentraal-, Suid- en Oos-Europa, Suid-Afrika, Bengale, Japan en Australië. Tornado's wat in die algemeen nie-mesosiklonaal en dus eerder swak is, word in die gebied van die Front Range (die oostelike rand van die Rotsgebergte), in Florida en oor die Britse Eilande aangeteken.

Weerkunde is nog 'n taamlik jong wetenskap, en ook die navorsing oor tornado's het eers sowat 140 jaar gelede 'n aanvang geneem. Sedert sowat sestig jaar doen wetenskaplikes intensiewe navorsing oor tornado's, maar daar is nogtans sekere aspekte waarvoor navorsers geen verklaring kan bied nie. Hulle het tans 'n goeie begrip van die ontwikkeling van donderstorms en mesosiklone en die weerkundige toestande wat hulle ontstaan bevorder, maar die stap van 'n supersel of ander soortgelyke prosesse na die tornadogenesis bly nog steeds raaiselagtig. Dit maak ook die voorspelling van 'n tornadiese teenoor 'n nie-tornadiese mesosikloon baie moeilik. Die navorsing oor tornado's fokusseer tans onder meer op hierdie vraagstuk.

Aangesien die presiese meganismes by die ontstaan van 'n tornado nog nie bekend is nie, kan weerdienste hulle voorkoms nie altyd voorspel nie en word veral gebiede in onderontwikkelde lande soms skielik deur 'n tornado getref.

Navorsingsprogramme (waaronder ook veldprojekte soos VORTEX, die inbedryfstelling van TOTO – die TOtable Tornado Observatory, Doppler-op-wiele-stelsels (DOW) en dosyne ander programme) is veral in die Verenigde State van stapel gestuur om wetenskaplikes van meer gegewens oor tornado's te voorsien en sodoende moontlik die antwoorde op baie vrae te lewer.

• Grazulis, Thomas P. The Tornado: Nature's Ultimate Windstorm. Norman: University of Oklahoma Press, 2001.

• Ficksburgtornado
• Duduzatornado
• Roodepoorttornado‎

Algemene inligting

• Chasing Tornadoes (National Geographic Magazine)

Media

• facethewind.com – Video- en fotogalerye deur David Lewison
• BBC News – Science and Environment, 8 September 2008: Animated guide: Tornadoes

Fotogalery

• Tornado's saai verwoesting