geolinde

Die Umwälzung der Atmosphäre

(Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre)

Da in dem Gürtel um den Äquator herum ein Hauptteil der die Erde erreichenden Sonnenenergie eingestrahlt wird, muss über Luftströmungen der Energieüberschuss auf dem gesamten Globus verteilt werden.

(verändert nach: Weischet, Walch)

Zwei stabile ganzjährig ablaufende Umwälzsysteme laufen einmal zwischen dem Äquator und ca. 30° und zum zweiten zwischen den Polen und ca. 60°: die Hadley-Zelle nahe dem Äquator und die polare Zelle.

(verändert nach: Walch)

Am Äquator bewegt sich ein Ort A mit 1674 kmh auf dem längsten Breitengrad mit der Erdrotation, bei 30° Nord ist ein Ort auf dem gleichen Längengrad mit 1453 kmh unterwegs. Weht ein Wind direkt vom Äquator von Ort A nach Norden, so bewegt er sich gleichzeitig mit der Geschwindigkeit der Erdrotation. Würde er  in der Zeit, die er nach Norden unterwegs ist am Äquator eine Strecke A-B zurücklegen, so ist diese Strecke länger als die Strecke, die ein Ort A1 bei 30° Nord in der gleichen Zeit zurückgelegt hätte. Erreicht der Wind also30° Nord, so hat er einen dort befindlichen Ort in Richtung Erddrehung überholt,er ist nach rechts in Zugrichtung abgelenkt worden.

Video: Coriolis-Kraft auf dem Karusell
(MIT)

Durch die Coriolis-Kraft (besser: C.-Effekt, sie ist keine echte Kraft) wird die vom Äquator aufgestiegene Luft auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt. Bei etwa 30° N ist aus dem Süd-Nord-Wind ein sehr schneller Wind (Jestream) genau auf dem Breitenkreis geworden. Ein weiterer Energieaustausch Richtung Pol ist hier nicht mehr möglich.

(Coriolisanimation: Autor: Hubi, GNU FDL)

Auch die polare Zirkulation ist ein weitgehend geschlossener Kreislauf, da kalte Luft über dem (N- oder S-)Pol absinkt, ein bodennahes Hochdruckgebiet hervorruft, aus dem die Luft herausströmt. Die sich langsam wieder erwärmende Luft steigt bis ca. 60° Breite in die Höhe auf und wird zum Pol zurückgeführt.

Um nun zwischen 30° und 60° ein weiteres Umwälzsystem einbauen zu können, das warme Luft Richtung Pol führt, müsste bei 30° warme Luft aufsteigen, bei 60° Luft absinken. Dies wäre genau gegensätzlich zu den vorhandenen Strömungen.

Es gibt eine andere Lösung, die wir alle kennen, nämlich schnelle Wetterwechsel bei von West nach Ost durchziehenden Schlechtwettergebieten.
Da die Grenze der unteren Atmosphäre im tropischen Bereich bei bis zu 16 Kilometern Höhe liegt, weil sich warme Luft stark ausdehnt, und diese Grenze, die Tropopause im polaren Bereich bei nur etwa 8 Kilometern zu finden ist, dringt entlang der absinkenden Tropopause Warmluft nach Norden vor. Hier wirkt die sogenannte Gradientkraft, die das Druckgefälle auszugleichen sucht.

Auf der Nordhalbkugel wird aus Wind durch die Ablenkung nach rechts ein Westwind. In der Höhe ensteht der Polarfrontjetstream.

Dieser Westwind bestimmt unser Wettergeschehen. Mit ihm ziehen einglagerte Schlechtwettergebiete, die durch ein Zusammentreffen von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entstehen. Diese Schlechtwettergebiete drehen sich durch die Coriolis-Kraft. Diese Drehung führt zu einem kräftigen Zusammentreffen von feucht-warmer und kalter Luft und damit zu Wolkenbildung und zu Niederschlägen.
In dem Bereich zwischen 30° und 60° wird also fast der ganze Energieaustausch zwischen Äquator und Polen vollbracht. Man nennt ihn auch planetarische Frontalzone, in ihm ziehen "Fronten", die aus ineinander verwirbelter Warm- und Kaltluft bestehen.

3-> polare Zelle (aus dem polaren Hoch fließt Luft heraus und wird abgelenkt) 2-> Ferrel-Zelle (zwischen subtropischem Hochdruckgürtel und gemäßigter Westwindzone) 1-> Hadley-Zelle

Zwischen den Fronten (Tiefdruckgebiete) und den Schönwetterbereichen (Hochdruckgebiete) fließt in weiten Bögen in der Höhe ein weiterer Jetstream als starker Westwind. Er führt unter anderem die Fronten mit sich.

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