THEMA_Nr_5211_Erlaeutere_Hadleyzelle

Themenpool #521
Beschreiben und erklären Sie die Funktion der Hadley-Zelle unter
Einbeziehung der physikalischen Gesetzmäßigkeiten und den
Auswirkungen auf Klima und Vegetation. Legen Sie dazu Skizzen an.
Klimafaktoren sind:
Gravitation der Himmelskörper
Sonnenstrahlung
kosmische Materie
atmosphärische Bestandteile
Vegetation
Boden
Verteilung Land-Meer
Ozean
anthropogene Einflüsse
Kurzer Abriss der erwarteten Beschreibung der Hadley-Zelle:
Skizze
Beschreibung
und Erklärung
Die Atmosphäre empfängt je nach geographischer Breite eine sehr unterschiedliche
Sonneneinstrahlung. Sie beträgt an der Obergrenze der Atmosphäre 420 Watt/m2 am
Äquator und 180 Watt/m2 an den Polen, am Erdboden 220 Watt/m2 in den Tropen und
30 Watt/m2 (Arktis) bzw. 20 Watt/m2 (Antarktis) an den Polen. Aufgrund der
unterschiedlichen Einstrahlung werden die Luftmassen an den Polen deutlich weniger
erwärmt als in den Tropen.
In den Tropen herrschen daher geringfügig durch die Schiefe der Erdachse im
Jahreslauf modifiziert das ganze Jahr über hohe Temperaturen. Auch die Verteilung der
jährlichen Regenmengen unterscheidet sich gravierend. In der Nähe des Äquators fällt
das ganze Jahr über viel Regen, oft dreimal so viel wie in Mitteleuropa.
An den Wendekreisen (engl.: tropics) bei 23,5° nördlicher oder südlicher Breite finden
wir sehr viel weniger Niederschläge. In manchen Regionen gibt es über Jahre hinweg
überhaupt keinen Regen.
Es ist die starke Sonneneinstrahlung am Äquator, die große Mengen an feucht-warmer
Luft aufsteigen lässt. Mit zunehmender Höhe wird die Luft kälter. Durch Kondensation
bilden sich große Wolkentürme, die sich fast täglich in Gewittern entladen. Dafür
verantwortlich ist der → adiabatische Gradient1
Da die Warmluft in die Höhe steigt, hinterlässt sie am Boden ein Gebiet niedrigen
Drucks (Tiefdruckgebiet). Deshalb finden wir um den Äquator eine Zone mit niedrigem
Luftdruck, den äquatorialen Tiefdruckgürtel, in den die Passate aus NE und SE
Betrag der Temperaturänderung eines gedachten Luftpakets, das sich vertikal bewegt. Durch die Änderung
des Drucks der Umgebungsluft in verschiedenen Höhen ändert sich die Temperatur des Luftpakets
adiabatisch. Beim Aufsteigen kühlt es sich ab, bei Absinken erwärmt es sich.
Bei ungesättigter Luft spricht man vom "trockenadiabatischen" ~
1° /100m, bei gesättigter Luft vom
"feuchtadiabatischen" Gradienten ~ 0,6°/100m. Aus der Differenz der Temperaturveränderung ergibt sich
z.B. auch der Föhneffekt. Der Gradient entspricht der Steigung der Geraden, die als "Adiabate" im
Temperatur-Höhen-Diagramm eingezeichnet wird.
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einströmen – es kommt zur innertropischen Konvergent (ITC).
In der Höhe wird die aufsteigende Luft nach Norden und Süden abgedrängt. In der
Nähe der Wendekreise sinkt sie dann wieder gegen den Boden. Die über dem Äquator
ausgeregnete trockene Luft erwärmt sich hierbei und vermag sogar noch mehr Feuchte
aufzutrocknen. Die von oben herabsinkende Luft drückt auf die am Boden liegende und
erzeugt ein heiß-trockenes Hochdruckgebiet. Dieser Hochdruckgürtel um die Erde wird
als Rossbreiten (engl.: horse latitudes) oder subtropische Kalmen (subtropical calms > engl.: calm = windstill, ruhig) bezeichnet.
Wir haben also an den Wendekreisen (23,5°) eine Zone hohen Luftdrucks, am Äquator
dagegen niedrigen Luftdruck. Dadurch, dass sich Hochdruck und Tiefdruck
auszugleichen streben, strömen die Luftmassen beiderseits des Äquators von den
Wendekreisen auf den Äquator zu. Die hierdurch gleichmäßig wehenden Winde werden
Passatwind genannt. Die Segler und Händler nutzten sie, um den Ozean zu überqueren
(engl. trade winds -> trade = Handel).
Infolge der Erddrehung werden die Passatwinde auf der Nordhalbkugel nach rechts
abgelenkt (Nordost-Passat), auf der Südhalbkugel nach links (Südost-Passat). Dahinter
steckt eine Scheinkraft, die nach ihrem Entdecker Coriolis-Kraft genannt wird. Die
warmen und trockenen Winde nehmen zum Beispiel aus dem Regenwald Feuchtigkeit
auf. Am Äquator fließen sie zusammen und schließen den Zyklus der Windzirkulation.
Diese atmosphärische Strömung in ihrer Gesamtheit bezeichnen wir als Hadley-Zelle.
Univ. of Wisconsin / GOES 12 / MET
7 Windanalyse
Passatwind nordöstlich vor
Südamerika
Univ. of Wisconsin / GEOS 12 / MET
7 Windanalyse
Passatwind nordwestlich vor Afrika
Einordnung in die planetare Zirkulation:
Grafik entnommen aus: http://www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik/871
Aus dem oben gesagten erschließt sich problemlos die Vegetation im fraglichen
Bereich: tropischer Regenwald in der ITC, wechselfeuchte Savannen in den
jahreszeitlich von dieser überstrichenen Bereich und die tropischen und
randtropischen Trockengürtel in den Rossbreiten.