Die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre

Luftdruckgebiete, Coriolis-Kraft und Winde

Der Normaldruck beträgt 1013 hPa (oder 1013 mbar). Gebiete mit einem Luftdruck über diesem Wert sind Hochs, die darunter Tiefs. Der Wind ist eine Druckausgleichsströmung zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet. Nach ihrer Entstehung unterscheidet man zwischen thermischen und dynamischen Luftdruckgebieten.

Thermische Luftdruckgebiete

Auf Wetterkarten werden Orte mit gleichem Luftdruck durch eine Linie verbunden. Diese Linien gleichen Luftdrucks nennt man Isobaren.

Dynamische Luftdruckgebiete

Dynamisches Hochdruckgebiet (Antizyklone)		Dynamisches Tiefdruckgebiet (Zyklone)
Dynamische Hochdruckgebiete entstehen im Bereich des subtropischen Hochdruckgürtels (z.B. Azorenhoch), lösen sich von diesem ab und wandern dann nach Osten. Auf der Nordhalbkugel zirkuliert die Luft im Uhrzeigersinn um das Hochdruckgebiet, auf der Südhalbkugel dagegen.		Dynamische Tiefdruckgebiete entstehen im Bereich der Polarfront (z.B. Islandtief) und wandern dann nach Osten. Deshalb wird es auch als wanderndes Tiefdruckgebiet oder Zyklone bezeichnet. Zyklonen drehen sich auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel mit ihm.
Das Azorenhoch und das Islandtief stellen für Europa sogenannte Aktionszentren dar. Dies sind Luftdruckgebiete, die ganzjährig das Wetter bestimmen.

Die Entstehung dynamischer Luftdruckgebiete ist an den Jetstream gekoppelt. Dieser bildet Mäander, in denen sich bei zyklonaler Drehrichtung Tiefdruckgebiete und bei antizyklonaler Richtung Hochdruckgebiete bilden.

Zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet besteht ein Druckgefälle (Druckgradient) vom hohen zum tiefen Luftdruck. Dieser Unterschied verursacht eine Kraft, die zum Ausgleich führen soll. Diese Druckgradientkraft ist der Hauptgrund für die Entstehung von Wind zwischen Hoch und Tief. Doch auch andere Kräfte wirken auf den Wind ein, wie z.B. die Coriolis-Kraft. Diese erklärt auch, weshalb sich Hochdruckgebiete auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn drehen und Tiefdruckgebiete dagegen.

Die Coriolis-Kraft

Diese Kraft entsteht durch die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse (Rotation). Am Äquator dreht sich die Erde schneller als an den Polen (am Äquator ist der "Weg" länger --> v=s/t). Wenn nun ein Luftpaket seine geographische Breite verlässt, behält es diese Geschwindigkeit bei. Wenn es also beispielsweise auf der Nordhalbkugel nach Süden strömt, kommt es in Breiten, die sich schneller bewegen als seine Herkunftsregion. Das Luftpaket bewegt sich hier dann langsamer als die Erde unter ihm, damit hängt es hinter der Erde her, es wird also scheinbar nach Westen abgelenkt. Strömt es aber nach Norden, dann gelangt es in "langsamere" Regionen. Es ist also selbst schneller und eilt der Erdoberfläche voraus; der Wind wird ergo nach Osten abgelenkt. Auf der Südhalbkugel ist es aber anders herum. Die Coriolis-Kraft lenkt also Strömungen: auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links ab. Sie wirkt aber nur bei großräumigen Strömungen. Bei den regionalen Windsystemen ist sie beispielsweise zu vernachlässigen.

Um die Coriolis-Kraft besser zu verstehen, empfehle ich dieses Experiment durchzuführen.

Die Corioliskraft bewirkt auch die zyklonale Drehung von Tiefdruckgebieten und die antizyklonale Drehung von Hochdruckgebieten. Tiefdruckgebiete drehen sich auf der Nordhalbkugel linksherum, weil die Coriolis-Kraft bewegende Luft nach rechts ablenkt. Dieses Paradoxon erklärt die folgende Grafik.

Die Luft müsste eigentlich entlang des Druckgradienten direkt in das Tiefdruckgebiet strömen. Da sie aber auf der Nordhalbkugel durch die Coriolis-Kraft nach rechts abgelenkt wird, strömt sie am Tief "vorbei" (1). An allen Stellen um das Tief herum (2 und 3) wirkt der Druckgradient direkt zum Zentrum der Zyklone. Da aber auch hier die Luftströmung durch die Coriolis-Kraft abgelenkt wird, erreicht sie nicht das Tief. Somit bewegt sich die Luft um das Tief also insgesamt (4) gegen den Uhrzeigersinn (Linksdrehung).

Die aus Hochdruckgebieten ausströmende Luft wird auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt. Sie drehen sich also rechts herum (im Uhrzeigersinn).

Da auf der Südhalbkugel Strömungen durch die Coriolis-Kraft nach links abgelenkt werden, gelten die soeben beschriebenen Vorgänge anders herum: Tiefdruckgebiete drehen sich auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn, Hochdruckgebiete gegen den Uhrzeigersinn.

Wind

Wind entsteht also aus mehreren Kräften: Druckgradientkraft, die zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet wirkt und die den eigentlichen Druckausgleich hervorruft. Coriolis-Kraft, die zur Ablenkung der Luftströmung führt Reibungskraft, die den Wind durch den Widerstand der Erdoberfläche "abbremst". Sie beeinflusst aber nur den Bodenwind der untersten Luftschichten. Der Höhenwind der oberen Luftschichten wird durch die Reibung der Erdoberfläche nicht mehr beeinträchtigt. Die Reibungskraft wirkt der Coriolis-Kraft entgegen. Damit verursacht sie, dass sich die Luft nicht nur um Tiefdruckgebiete herum, sondern in diese hinein bewegt und damit ein echter Druckausgleich stattfindet.

Nach ihrer räumlichen Ausdehnung kann man Winde in zwei Gruppen unterscheiden:

• regionale Windsysteme sind z.B. Land-See-Windsystem, Berg-Tal-Windsystem, Föhn, synoptische Winde und tropische Wirbelstürme. siehe: Regionale Windsysteme
• globale Windsysteme sind die Winde der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (Passat- und Monsunwinde, außertropische Westwinde, polare Ostwinde). siehe Übersicht

© Matthias Forkel,