Allgemeine (planetarische) Zirkulation der Atmosphäre - Well

Allgemeine (planetarische) Zirkulation der Atmosphäre
Meridionales Profil der Gesamtstrahlungsbilanz Erde-Atmosphäre
Die innertropische Konvergenzzone (ITC)
Die Passate der Nordhalbkugel und der Südhalbkugel laufen an der äquatorialen
Tiefdruckrinne innerhalb einer 200 Km breiten Konvergenzzone, der innertropischen
Konvergenzzone (kurz: ITC) zusammen. Die ITC bildet den meteorologischen
Äquator. Hier stoßen die Passate der beiden Erdhalbkugeln aufeinander und werden
dadurch zum Aufsteigen gezwungen. Die Passatinversion wird also durchbrochen
und es kommt zu ausgiebigen Wolkenbildungen und Regenfällen, den bekannten
tropischen Gewittern. Die ITC wandert im Jahresverlauf mit den Gebieten der
stärksten Erwärmung zusammen nach Norden und Süden, und ist somit auch von
der Land- Wasserverteilung abhängig. Das Mittel der ITC liegt daher nicht am
mathematischen Äquator, sondern bei etwa 5° Nord. Die Häufigkeit dieser
Niederschläge ist entscheidend für das Klima und die Vegetation in dieser Zone. In
Gebiete am Rand dieser Zone kommt die ITC oder auch nur Ausläufer von Ihr nur
einmal innerhalb eines Jahres. Durch andere Gebiete, z.B. am Äquator zieht sie
jedoch zwei Mal. Dadurch entstehen vom meteorologischen Äquator ausgehende
Zonen abnehmender Niederschläge.
Zwischen dem randtropischen Hochdruckgürtel und der äquatorialen Tiefdruckfurche
besteht ein mit der Höhe abnehmendes Druckgefälle das durch die Passatwinde
ausgeglichen wird. Diese wehen vom Hochdruckgürtel äquatorwärts und werden
aber von der Coriolis-Kraft nach Westen abgelenkt. Es entsteht ein sehr gleichmäßig
wehender Ostwind, der bis zu 10 Km mächtige Urpassat. In der durch die
Bodenreibung beeinflußten Grundschicht, die ca. 0,5-2 Km mächtig ist, entstehen die
Passate. Am Boden wird durch die Reibung die in den niederen Breiten ohnehin
schwache Coriolis-Kraft abgeschwächt und die Passate werden stark in Richtung des
Äquators abgelenkt. Die Passate sind vom Urpassat durch die Passatinversion
abgetrennt. In den Ostwinden des Urpassates werden die äquatorwärts gerichteten
Winde ausgeglichen. Hier überwiegt eine polwärts gerichtete Komponente. Es bildet
sich eine innere, schraubenförmige, durch die Bodenreibung hervorgerufene
Zirkulation innerhalb des Urpassates. Die Schrauben der beiden Erdhalbkugeln
bilden an ihrer Berührungfläche den meteorologischen Äquator an dem die
Luftmassen aufsteigen. Zusätzlich zu diesem sekundären Kreislauf, der als Hadley-
Zelle benannt ist, bildet sich eine weitere äußere Zirkulation. Außerhalb der
Passatzirkulation wehen die Winde als Ausläufer der Westwindzone wieder mit einer
polwärtigen Komponente, also als Westwinde. Diese Westwinde, teilweise auch
Antipassate genannt, können über den Ozeanen in 8-15 Km Höhe bis an den
Äquator reichen, und die Passatzirkulation teilweise sogar überlagern. Über dem
randtropischen Hochgürtel gehen sie in die subtropischen Strahlenströme über. Sie
sorgen für die Rückführung der Luftmassen, die sich ja sonst am Äquator stauen
würden. Die Passate sind ausgesprochen trockene Winde. Das liegt zum einen
daran, dass sie ihren Ursprung in den absteigenden also ausgetrockneten
Luftmassen der Hochdruckgebiete haben, und zum anderen daran, daß sie auf ihrem
Weg zum Äquator der Flächendivergenz unterliegen. Aufgrund der zum Äquator hin
stattfinden Mediandivergenz haben die Passate immer mehr Fläche zur Verfügung
können folglich absinken und trocknen dabei weiter aus. Die bodennahen Passate
werden nach obenhin durch die Passatinversion vom Urpassat getrennt. Diese
Inversion, die höheren Luftmassen sind wärmer als die darunter liegenden,
verhindert zu dem ein Aufsteigen und somit ein Abregnen der Passate. Nicht
umsonst liegen die großen Wüstengebiete der Welt innerhalb der Passatzone.
Werden die Passate an orographischen Hindernissen oder aber am Äquator zum
Aufsteigen gezwungen so kommt es zu ausgiebigen Niederschlägen.
Die Westwindzone
Die Westwindzone – auch planetare Westwinddrift, zyklonale Westdrift und
außertropische Westwindzirkulation genannt – ist eine globale atmosphärische
Windströmung. Sie tritt in den geografischen Mittelbreiten auf, also etwa von 35°
bis 70° auf der Nord- sowie auf der Südhalbkugel der Erde. Besonders stark ist
sie in den Breiten zwischen 45° und 55°.
In der Westwindzone herrschen Boden- und Höhenwinde aus Westen oder aus
westlichen Richtungen vor, deren Luftmassen thermisch gemäßigt und relativ
feucht sind. Die Strömung ist allerdings nicht so gleichmäßig wie die der weiter in
Richtung Äquator liegenden Passatwinde.
Die mittlere Westwinddrift wird von verschiedenen Windrichtungen überlagert.
Typische Merkmale dieser Zone sind das Auftreten von ausgedehnten Kalt- und
Warmfronten sowie Wellenbewegungen unterschiedlicher Wellenlänge (barotrope
und barokline Wellen, Rossby-Wellen); sie führen zur Ausbildung von Hoch- und
Tiefdruckgebieten, die das Wettergeschehen in den mittleren Breiten bestimmen.
Unter Baroklinität versteht man, dass Flächen gleichen Druckes (Isobaren) und
gleicher Temperatur (Isothermen) nicht parallel zueinander liegen, also dass sich
diese schneiden. Auf einer Temperaturfläche existiert daher ein Druckgradient
und umgekehrt. Das Gegenstück zur Baroklinität ist die Barotropie.
Alternativ kann man auch definieren, das in einer baroklinen Schicht der Druck
eine eindeutige Funktion der Temperatur ist. In baroklin geschichteten
Luftmassen führt das Auftreten von seitlich gerichteten, also horizontalen Kräften
zur Ausbildung von Strömungen ebenso in horizontaler Richtung. Dies führt
dazu, dass die Strömungen in Erdatmosphäre und Ozean horizontal nicht
konstant
sind.
Eine
barokline
Schichtung
gibt
Anlass
zur
Zirkulationsbeschleunigung
in
Form
von
Zyklonen
(wirbelförmige
Strömungsfelder) und zu dynamischen Instabilitäten.
Neben der allgemeinen meteorologischen Bedeutung spielte die Westwindzone
auch für die Langstrecken-Frachtschifffahrt auf Segelschiffen eine große Rolle.
Denn aufgrund der Westwindzone können Segelschiffe die Erde schneller und
einfacher in West-Ost-Richtung als in der Gegenrichtung umfahren. So wurden
etwa Australien und Neuseeland von Europa aus meist auf der Route um die
Südspitze Südafrikas herum angelaufen, wohingegen die Rückkehr um die
Südspitze Südamerikas (Kap Hoorn) erfolgte (sog. Clipper-Route). Zwar wurden
1869 mit der Eröffnung des Suezkanals und 1914 mit der Einweihung des
Panamakanals wichtige Alternativrouten in Breitengraden geschaffen, in denen
Winde in Ost-West-Richtungen vorherrschen. Mit der Einweihung des
Panamakanals wurden sogar komplette Weltumrundungen in Äquatornähe in
Ost-West-Richtung
(sog.
Passatroute)
möglich.
Dennoch
blieb
die
Weltumsegelung in der Westwindzone, unter anderem aufgrund des größeren
Erdumfangs am Äquator, die schnellste Route (siehe z. B. auch die moderne
Vendée-Globe-Regatta).
Ähnliche Auswirkungen hat die Westwindzone auf den Luftverkehr. Ein typisches
Beispiel dafür ist ein Nonstopflug eines Düsenjets in 10-12 Kilometern Höhe. Auf
dem Hinflug von Europa nach Amerika in Richtung Westen trifft das Flugzeug
frontal auf bis zu 400 km/h schnelle Jetstreams, welche es um bis zu 100 km/h
abbremsen. Auf dem Rückflug hingegen kann das Flugzeug durch den heftigen
Rückenwind auf bis zu 1000 km/h beschleunigt werden. Dadurch entstehen
Zeitunterschiede von etwa einer Stunde.
Die Frontalzone
Unter der Planetarischen Frontalzone versteht man den Bereich der
Westwinddrift zwischen dem 30. und 60. Breitengrad. Aufgrund des
Druckunterschiedes zwischen der tropischen Warmluft und der polaren Kaltluft
entsteht ein Gradientwind. Dieser wird durch die Corioliskraft nach Osten hin
abgelenkt und wird somit zu einem Westwind. Sobald die stabile
Westwindströmung mäandriert, kommt es zu verstärkter Frontenbildung