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Die Atmosphäre der Erde ist ständig in Bewegung und steht nie still. Die Luft ist in einem dauerhaften Kreislauf, sie zirkuliert also. Es gibt mehrere Zirkulationszellen, eine davon ist die Walker Zirkulation. Die Begriffe El Nino und La Nina hast Du vielleicht schonmal im Wetterbericht gehört. Die beiden Phänomene sind Formen der Walker Zirkulation. Wie genau entsteht die Walker Zirkulation?
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Was bildet sich bei einem El Nino im kälteren Ostpazifik?
Innerhalb wie vieler Monate strömt bei einem El Nino die Warmwasserschicht von Südostasien nach Südamerika?
Wo ist die Walker Zirkulation in seiner reinen Form ausgebildet?
Um wie viele Cm erhöhen die Kelvinwellen (die bei einem El Nino begünstigt werden) den Wasserstand?
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Feedback sendenMan bezeichnet die Walker-Zirkulation auch als Zirkulationszelle. Mit Zirkulation sind dabei alle globalen Luftströmungen der Erde gemeint.
Das Wort „zirkulieren“ bedeutet „in einem System im Umlauf sein“.
Die Atmosphäre der Erde ist nicht statisch, sondern ständig in Bewegung und dynamisch und die Luft zirkuliert. Die Walker-Zirkulation ist ein Kreislauf der Luft über dem Pazifik.
Es handelt sich bei der Walker-Zirkulation um einen Strömungskreislauf der Luft über dem äquatorialen Pazifik.
Die Walker-Zirkulation wird häufig auch äquatoriale Zirkulation genannt, da sich die Zirkulationszelle parallel zum Äquator befindet. Sie entsteht durch die warmen Meeresströmungen vor den Ostküsten und den kalten Meeresströmungen vor den Westküsten der Landmassen. Neben der Walker-Zirkulation gibt es weitere Windzirkulationszellen am Äquator. Eine Zelle bezeichnet einen Abschnitt, in dem Luftmassen zirkulieren.
Mit einer Ausdehnung von über 120 Längengraden ist die Walker-Zelle die größte Zelle der äquatorialen Zirkulation.
Aber, um zu verstehen, was genau es mit der Walker-Zirkulation auf sich hat, musst du zunächst einmal wissen, was eine Windzirkulation ist.
Eine Windzirkulation beschreibt einen in sich geschlossenen Strömungskreislauf der Luft, wobei Luftmassen an einer Stelle absinken und an einer anderen wieder aufsteigen und zurückströmen.
Im Falle der Walker-Zirkulation sinkt die Luft über dem Ostpazifik ab und steigt über dem Westpazifik wieder auf. In Abbildung 1 kannst Du sehen, wo sich die Walker-Zirkulation auf der Erde befindet. Neben der Walker-Zelle sind auch die anderen Zirkulationszellen des Äquators eingezeichnet. Die Pfeile zeigen die Richtung an, in die die Luft strömt.
Jetzt, da Du weißt, was die Walker Zirkulation ist, erfährst Du mehr über ihre Entstehung.
Die Passatwinde sorgen dafür, dass ein Gegensatz zwischen kaltem und warmem Wasser auf den Ost- und Westseiten der tropischen Ozeane hervorgerufen wird, was die Ursache der Walker Zirkulation darstellt.
Um zu verstehen, wie die Walker Zirkulation entsteht, musst Du zunächst wissen, was die Passatzirkulation ist. Die Passatzirkulation ist ein Windsystem, das auch im Bereich des Äquators entsteht.
Da dort die Sonne ganzjährig sehr steil über der Erde steht, kann sich die Luft aufheizen. Warme Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen und steigt nach oben. Am Himmel bilden sich Wolken und am Boden ein Tiefdruckgebiet. Die Luft strömt in großen Höhen in Richtung Nord- oder Südpol. Diese Luftströmungen nennt man Antipassate.
Die Luftmassen sinken in den Subtropen wieder ab, da sie sich auf dem Weg zu den Polen abkühlen. In Bodennähe bilden sich Hochdruckgebiete. Von diesen fließt dann die Luft zum Druckausgleich zum Tiefdruckgebiet in der Nähe des Äquators. Diese Luftströme werden Passate genannt.
Der Passatwind ist ein mäßig stark und beständig wehender Wind, der im Bereich der tropischen Seengebiete vorkommt.
Die Nordost- und Südost-Passate treiben infolge der Hadley-Zirkulation das Oberflächenwasser von Osten nach Westen.
Die Hadley-Zelle ist eine weitere Zirkulationszelle der Atmosphäre. Wo genau sie sich befindet und wie sie entsteht, kannst du in der Erklärung "Hadley-Zelle“ nachlesen.
Der Passatwind treibt also zunächst warmes, äquatoriales Oberflächenwasser vor die Ostküsten der Landmassen. Auf der Abbildung 1 sieht man, wie das warme Oberflächenwasser in Richtung Westen vor die Indonesische Ostküste getrieben wird. In diesem Zuge wird vor der Westküste Südamerikas kaltes Tiefenwasser freigelegt, was man auch als upwelling bezeichnet.
Upwelling wird das Phänomen genannt, bei dem kaltes, schweres Meerwasser an die Oberfläche strömt.
Durch das Upwelling dringt kaltes Wasser an die Oberfläche und bildet damit eine Kaltwasserzone vor der Westküste Südamerikas. Das Wasser, das dadurch nach Westen abdriftet, wird durch die starke Sonneneinstrahlung der tropischen Atmosphäre stetig erwärmt und bildet somit einen Warmwasserpool auf der Westseite des Ozeans.
Der Warmwasserpool reicht vom westlichen Pazifik bis zum östlichen Indischen Ozean.
Über dem Warmwasserpool erwärmt sich auch die Luft, wodurch sich am Boden ein Tiefdruckgebiet bildet. Diese Luft besitzt aufgrund der Verdunstung einen hohen Wasserdampfgehalt.
Die unterschiedlichen Temperaturen des Wassers sorgen dann für die Entstehung von Luftzirkulation.
Über dem Warmwasserpool erwärmt sich auch die Luft, wodurch es zu einem Aufstieg der Luftmassen kommt und sich am Boden ein Tiefdruckgebiet bildet. Die aufsteigende Luft besitzt aufgrund der Verdunstung einen hohen Wasserdampfgehalt. Beim Aufsteigen kühlt sich die Luft ab, wodurch der Wasserdampf kondensiert und es zu starken Niederschlägen kommt. In der Höhe bildet sich ein Hochdruckgebiet aus.
Das Aufsteigen sorgt nicht nur dafür, dass sich die Luft abkühlt, sondern auch, dass sie schwerer wird und über dem östlichen Pazifik wieder absinkt. Die absinkende Luft im tropischen Pazifik erwärmt sich und kann vermehrt Wasserdampf aufnehmen, ohne dass es zu Kondensation oder Niederschlag kommt.
Der Osten des Pazifischen Ozeans und die umliegenden Landgebiete sind im Vergleich zum niederschlagsreichen Westen sehr trocken und es herrscht ein relativ hoher Luftdruck.
In einem Hochdruckgebiet sinken Luftmassen ab, wobei sie sich erwärmen. Hochdruckgebiete sorgen für Trockenheit. Deswegen befindet sich an der Westküste Südamerikas, wo durch die Luftzirkulation ein Hochdruckgebiet entsteht, auch die Atacama-Wüste.
In einem Tiefdruckgebiet steigt feuchtwarme Luft auf und kühlt sich beim Aufsteigen ab, wobei sich Wolken bilden. Es kommt zu viel Niederschlag.
Über dem Pazifik bildet sich eine Luftzirkulation zwischen der im Westen aufsteigenden und der im Osten absinkenden Luft. Das ist die Walker-Zirkulation.
In dieser beschriebenen reinen Form ist die Walker Zirkulation jedoch nur über dem Pazifik vorzufinden, da der Einfluss der Kontinente und Monsunsysteme Störfaktoren darstellen.
In Abbildung 2 kannst Du eine Zirkulationszelle der Walker-Zirkulation sehen. Man erkennt das Hochdruckgebiet vor Südamerika, das durch die kalten Meeresströmungen vor der Küste entsteht. Die Luft fließt dann nach Westen Richtung Indonesien, wo sie sich erwärmt, aufsteigt und ein Tiefdruckgebiet bildet. Das führt zu Wolkenbildung.
Mehr zu Tief- und Hochdruckgebieten, dem Passatwind oder den Meeresströmungen kannst du in separaten Erklärungen durchlesen.
Die Walker Zirkulation hat zwei Abwandlungen vorzuweisen: El Niño und la Niña. Das sind beides Klimaphänomene, bei denen sich die Walker Zirkulation abschwächt oder sogar umkehrt. Daraus resultierten extreme Wetteranomalien wie Überschwemmungen oder Dürren.
El Niño ist ein Wetterphänomen, bei dem ungewöhnliche und nicht zyklische Meeresströmungen im äquatorialen Pazifik auftreten. Beim Phänomen El Niño erwärmt sich das Oberflächenwasser im östlichen tropischen Pazifik und das Wasser im Westen kühlt ab. Daraus folgt eine Umkehrung der Walker Zirkulation.
Parallel zu den kreisenden warmen und kalten Meeresströmungen entstehen durch die Passatwinde und den jeweiligen Druckausgleich unterschiedliche Windgeschwindigkeiten. Bei El Niño bricht das Hoch zusammen und die Winde geraten außer Kontrolle, wobei sie zum Teil mit sehr hohen Geschwindigkeiten in die entgegengesetzte Richtung blasen.
El Niño tritt ungefähr alle vier Jahre im Südsommer auf, also zur heißesten Jahreszeit, die auf der Südhalbkugel zur Weihnachtszeit ist.
Die Meeresströme werden verändert und das Wasser erwärmt sich stark, weshalb Meerestiere verenden.
Zusätzlich führt das Ganze zu ungewohnt starken Niederschlägen, die wiederum für Erdrutsche und Flutkatastrophen sorgen.
Die Folge der Umkehrung der Walker Zirkulation ist, dass es in sonst sehr trockenen Gebieten starke Niederschläge gibt und die absinkende Luft über dem westlichen Pazifik für Trockenheit sorgt.
Auf Abbildung 3 ist der Teil der Walker Zirkulation dargestellt, bei dem El Niño auftritt. Zu sehen sind Indonesien und Südamerika, zwischen denen der Pazifik liegt. Aufgrund der Passatwinde zirkuliert das Wasser und an der Küste Perus wird kaltes Wasser nach oben gedrückt. Durch die niedrigen Temperaturen bildet sich dort ein Hochdruckgebiet, während sich an der Küste Indonesiens aufgrund der höheren Wassertemperaturen ein Tiefdruckgebiet bildet.
Du möchtest noch mehr über das Phänomen El Niño erfahren? Dann schau Dir gerne die dazugehörige Erklärung an.
La Niña ist gleichermaßen das Gegenstück zu El Niño. Es ist das Wetterereignis, was sich in den meisten Fällen an das Phänomen El Niño anschließt.
Erkennungsmerkmal von La Niña ist der überdurchschnittliche Luftdruckunterschied zwischen Südamerika und Indonesien. Der hohe Luftdruckunterschied führt zu stärkeren Passatwinden und einer abgekühlten und stärkeren Walker Zirkulation.
Die Passatwinden treiben das warme Oberflächenwasser des Pazifik verstärkt nach Südostasien. Vor der Küste Perus liegt das Wasser dadurch bis 3 °C unter der Durchschnittstemperatur.
Auch zum El Niña Phänomen gibt es eine separate Erklärung, in der Du noch mehr zu diesem Thema erfahren kannst.
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Was bedeutet Äquatorial Zirkulation?
Äquatoriale Zirkulation bedeutet eine Zirkulation über dem äquatorialen Pazifik.
Was ist der Unterschied zwischen El Nino und La Nina?
Der Unterschied zwischen El Nino und La Nina liegt in ihrer Reihenfolge: El Nino nennt man das Auftreten nicht zyklischer Meeresströmungen im ozeanografisch-meteorologischen System des äquatorialen Pazifiks.
La Nina ist das Gegenstück zu El Niño. Es ist das Wetterereignis, was sich in den meisten Fällen an das Phänomen El Niño anschließt.
Wann findet die Walker-Zirkulation statt?
Die Walker-Zirkulation vollzieht sich aufgrund der klimatischen Bedingungen vorwiegend im Zeitraum Dezember bis Februar, also im Nord-Winter.
Wie funktioniert die Walker Zirkulation?
Die Walker Zirkulation funktioniert folgendermaßen: Der Passatwind treibt warmes Oberflächenwasser vor die Ostküsten. Vor den Westküsten wird kaltes Tiefenwasser freigelegt, wodurch sich dort Tief- bzw. Hochdruckgebiete bilden. In den Tiefdruckgebieten entstehen dann große Wolken.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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