Globale Windsysteme

Globale Windsysteme – Beispiel

Beispiele für globale Windsysteme sind folgende:

• der Passatwind (Nordost- und Südost-Passat) in den Tropen
• der Jetstream an der Tropopause
• der Föhnwind in Gebirgen
• der Zyklon als Tiefdruckgebiet
• das Land-See-Windsystem an Küsten

Globale Windsysteme – Entstehung

Das globale Windsystem wird vor allem durch die Sonneneinstrahlung und die Corioliskraft beeinflusst.

Globale Windsysteme Entstehung – Sonneneinstrahlung

Globale Windsysteme entstehen durch die unterschiedliche Erwärmung der Erdoberfläche. Die Sonneneinstrahlung ist am Äquator stärker als an den Polen, weil der Weg der Sonnenstrahlen viel kürzer ist und nur auf eine kleine Fläche trifft (Abbildung 1). Die kleine Fläche lässt sich außerdem schneller erwärmen als die große Fläche am Pol.

Die Luftmassen werden durch die Sonneneinstrahlung bewegt und zirkulieren dadurch im Kreislauf, dem sogenannten Windkreislauf, der in Abbildung 2 dargestellt ist:

Die Sonne erwärmt den Boden am Äquator und damit die Luft darüber. Es entsteht ein Tiefdruckgebiet am Boden. Warme Luft ist leichter und steigt auf. Es entsteht ein Hochdruckgebiet in der Höhe. Die warme Luft strömt in Richtung der Pole und kühlt sich dabei ab. Es entsteht ein Tiefdruckgebiet in der Höhe. Die kalte Luft sinkt ab, erwärmt sich wieder und bildet ein Hochdruckgebiet am Boden. Am Boden strömt die erwärmte Luft in Richtung des Äquators zurück.

Globale Windsysteme Entstehung – Corioliskraft

Der Wind weht auf der Erde allerdings nicht überall in die gleiche Richtung. Die Luftmassen werden durch die Kraft der Erdrotation abgelenkt. Diese Kraft nennt man Corioliskraft.

Die Corioliskraft lenkt polwärts strömende Luftmassen nach Osten ab. Luftmassen, die zum Äquator strömen, werden durch die Corioliskraft nach Westen abgelenkt. In Abbildung 3 kann man sehen, dass der Wind auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt wird.

Windgürtel der Erde

Durch die Ablenkung der Luftmassen durch die Corioliskraft entstehen verschiedene Windgürtel: der Passat, die Westwindzone und die polaren Ostwinde.

Diese Windgürtel sind jeweils auf der Nord- und Südhalbkugel zu finden (Abbildung 4).

Windgürtel der Erde – Passat

Der Passat ist ein mäßig-starker und trockener Wind in den Tropen. Er kann viel Feuchtigkeit aufnehmen, wenn er über Wasseroberflächen weht und bringt dadurch an Küstengebieten hohe Niederschläge mit sich. Weht der Passat über Landmassen, kann er wenig Feuchtigkeit aufnehmen und verursacht trockenes Klima. Er ist vom Äquator bis etwa 23,5° geographischer Breite zu finden. Auf der Nordhalbkugel wird der Passat Nordost-Passat und auf der Südhalbkugel Südost-Passat genannt.

Windgürtel der Erde – Westwindzone

Die Westwindzone tritt in den mittleren Breiten zwischen 40° bis 70° geographischer Breite auf. Sie ist eine Luftzirkulation in der Atmosphäre von Westen nach Osten. Die Winde werden als Jetstream oder Strahlstrom bezeichnet.

Windgürtel der Erde – polare Ostwinde

Die polaren Ostwinde sind Winde im Polargebiet. In der Arktis und in der Antarktis sammelt sich kalte und schwere Luft. Diese kalte Luft strömt in Richtung Äquator. Durch die Corioliskraft der Erdumdrehung weht ein Ostwind.

Die Abbildung 4 zeigt die verschiedenen Windgürtel der Erde. Auf der Nordhalbkugel (oben) kann man sehen, dass die Winde sich im Uhrzeigersinn bewegen. Dazu zählen der Nordost-Passat, die außertropischen Westwinde und die polaren Ostwinde. Auf der Südhalbkugel hingegen rotieren die Winde entgegen dem Uhrzeigersinn. Zu diesen zählen der Südost-Passat, die außertropischen Westwinde und die polaren Ostwinde. In Rot ist die innertropische Konvergenzzone (äquatoriale Tiefdruckrinne) und in Blau die Polarfront (subpolare Tiefdruckrinne) zu sehen. Zusammen mit dem subtropischen Hochdruckgürtel und dem Polarhoch bilden sie dadurch einzelne Zirkulationszellen.

Globale Windsysteme – Zirkulationszellen

In sogenannten Zirkulationszellen gibt es warme und kalte Luftmassen, die sich im Kreis bewegen, also zirkulieren.

Die Luft zirkuliert allerdings nicht überall gleich. Dadurch entstehen drei unterschiedliche Zirkulationszellen: die Hadley Zelle, die Ferell Zelle und die Polare Zelle (Abbildung 5). Alle drei Zellen sind sowohl auf der Nordhalbkugel, als auch auf der Südhalbkugel zu finden.

Hoch- und Tiefdruckgebiete in den Zirkulationszellen

Die Zirkulationszellen entstehen durch die äquatoriale Tiefdruckrinne, den subtropischen Hochdruckgürtel und die subpolare Tiefdruckrinne (Abbildung 5). Diese Hoch- und Tiefdruckgebiete sind sowohl auf der Nord- und Südhalbkugel zu finden.

1. Äquatoriale Tiefdruckrinne

Am Äquator befindet sich die äquatoriale Tiefdruckrinne. Sie entsteht dadurch, dass die Sonne die Luft am Äquator stärker erwärmt und die warme Luft aufsteigt. Diese Tiefdruckrinne wird auch Innertropische Konvergenzzone (ITC) genannt.

2. Subtropischer Hochdruckgürtel

Am nördlichen beziehungsweise südlichen Wendekreis, bei 30° Breite, befindet sich der subtropische Hochdruckgürtel. Er entsteht dadurch, dass die Luft vom Äquator abgekühlt ist und dadurch wieder absinkt. Es entsteht ein Hochdruckgebiet.

3. Subpolare Tiefdruckrinne

An den Polen, bei 60° Breite, befindet sich die sogenannte subpolare Tiefdruckrinne. Diese entsteht, wie am Äquator, dadurch, dass die Sonne die Luft an den Polen stärker erwärmt und die warme Luft aufsteigt. Durch das Aufsteigen der Luft bildet sich ein Tiefdruckgebiet.

Die Abbildung 5 zeigt die einzelnen Zirkulationszellen, die durch diese Hoch- und Tiefdruckgebiet entstehen: die Hadley Zelle, die Ferrel Zelle und die polare Zelle.

Die Hadley Zelle

In der Hadley Zelle (Abbildung 5 rechts) steigt die durch die Sonne erwärmte Luft (Passat) am Äquator bis zur Tropopause auf und bildet dadurch viele Tiefdruckgebiete am Boden, die zu einer Tiefdruckrinne, der sogenannten innertropischen Konvergenzzone (ITC) werden.

Weiter in der Höhe kann die Luft wegen der Tropopause nicht weiter aufsteigen. Die Tropopause befindet sich in 6 bis 18 km Höhe und begrenzt die Erdatmosphäre. Dadurch wird die Luft in Richtung der Wendekreise nach Norden oder Süden abgelenkt. Dieser Wind wird auch als subtropischer Jet bezeichnet. In der Höhe kühlt sich die Luft ab und es bilden sich Wolken und kräftiger Niederschlag.

Ab dem nördlichen oder südlichen Wendekreis bei 30° sinkt die Luft allerdings durch die Erdrotation wieder ab. Ein weiterer Grund für das Absinken ist, dass die Fläche der Erde zum Pol hin kleiner wird.

Am nördlichen beziehungsweise südlichen Wendekreis, bei 30° Breite, befindet sich der subtropische Hochdruckgürtel. Er entsteht dadurch, dass die Luft vom Äquator abgekühlt ist und dadurch wieder absinkt. Es entsteht ein Hochdruckgebiet.

Die Ferrel Zelle

In der Ferrel Zelle (Abbildung 5 Mitte) strömt die abgesunkene Luft vom jeweiligen Wendekreis an der Erdoberfläche in Richtung der Pole. Ab 60° auf der jeweiligen Halbkugel strömt die aufsteigende Luft als sogenannter Polarfront-Jet nach Westen wieder zurück zum Äquator. Aus diesem Grund wird diese Zelle auch als Westwindzone bezeichnet.

Der bodennahe Wind wird auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Die Ferrel Zelle ist die instabilste Zelle, weil bei 60° bis 70° Breite die feuchtwarmen Westwinde auf die kalten polaren Ostwinde treffen. Man spricht deshalb auch von der planetaren Frontalzone. Durch das Aufeinandertreffen der verschiedenen Luftmassen bildet sich eine Polarfront zwischen der Ferrel Zelle und der Polaren Zelle.

Die Zelle ist so instabil, weil warme und die kalte Luftmassen in entgegengesetzte Richtungen strömen. Die warme Luft kann allerdings nicht über die kalte Luft steigen, weil die Tropopause an den Polen niedriger ist. Durch die weg strömenden Luftmassen entsteht das subpolare Tiefdruckgebiet bei circa 60° Breite.

Die Polare Zelle

In der Polarzelle (Abbildung 5 links) strömt die Luft an der Polarfront als ein stark polwärts gerichteter Höhenwind, der sich am Nord- beziehungsweise Südpol auf den Boden absetzt. Der Luftdruck erhöht sich und dadurch entsteht dort ein Hochdruckgebiet. Die Luft strömt dann wieder in Richtung der Polarfront und wird durch die Corioliskraft nach Westen abgelenkt. Beim Breitengrad 60° hat sich die Luft erwärmt und steigt wieder auf. Sie strömt zurück zu den Polen.

Globale Windsysteme – Zusammenfassung

Zusammenfassend kann man also sagen, dass rund um unsere Erde Luftmassen strömen. Die Luftmassen werden durch die Sonne erwärmt und steigen auf und sinken wieder ab, wenn sich die Luft abkühlt. Die Corioliskraft lenkt die Luftmassen auf der Nordhalbkugel nach rechts ab und auf der Südhalbkugel nach links.

Du kannst drei verschiedene Zirkulationszellen unterscheiden: die Hadley Zelle, die Ferrel Zelle und die Polare Zelle. Zwischen diesen Zellen befinden sich die äquatoriale Tiefdruckrinne, der subtropische Hochdruckgürtel und die subpolare Tiefdruckrinne.

Beispiele für globale Windsysteme sind der Passatwind, der Jetstream, der Föhnwind und der Zyklon.