Hoch- und Tiefdruckgebiete

Tief-/Hochdruck

Tief-/Hochdruck
Quelle: Physik, Uni - München

Tiefdruckgebiete

Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Oberfläche der Erde und wirkt wie eine Heizung auf die umgebene Luft. Die Luft dehnt sich beim Erwärmen aus und hat durch die Ausdehnung eine geringere Dichte als die kalte Luft. Dadurch steigt die warme Luft nach oben und wärmt auch die darüber liegenden Luftschichten. Gleichzeitig entfernt sie sich von "der Heizung" - dem Boden - und kühlt sich somit ab.
Wenn dieser Prozess in einem größeren Gebiet stattfindet, entsteht ein großes Paket wärmerer, ausgedehnter Luft, die sich nun höher geschichtet (aufgetürmt) ist als die Luft in der Umgebung. Wenn dieser Höhenunterschied grösser wird, beginnt die wärmere Luft, seitlich über die angrenzenden kühleren Luftpakete abzufliessen. Dadurch kühlt sie sich weiter ab, wird schwerer und sinkt schliesslich wieder zu Boden, wenn sie auf weniger kühle Schichten trifft.
Durch diesen Prozess entsteht ein Kreislauf: Die Luft steigt unter Hochdruck auf, verteilt sich seitwärts, und fliesst zu den Gebieten niedrigeren Drucks hin ab. Die zurückbleibende Luft kann sich unter Umständen abkühlen, und dadurch in sich zusammen sinken. Durch den Abfluss hat sie an Masse verloren, so daß ihr Druck sinkt.
Durch die Erwärmung kann die Luft auch mehr Wasser aufnehmen. Diese wir durch den Anstieg nach oben transportiert. Wenn sich die Luft dabei abkühlt, tritt die Feuchtigkeit wieder aus: es kommt zur Wolkenbildung in der Höhe. Ein erstes Anzeichen für den seitlichen Abfluss von wärmeren Luftmassen ist die Bildung von Cirren (Schleierwolken), die sich immer mehr verdichten. Durch fortgesetzten Nachfluß von weiterer warmer und feuchterer Luft  entstehen Cirrostratuswolken. Wird weiter  Warmluft nachgeführt (Advektion), bilden sich nun Altostratus, gefolgt von Nimbostratus, die meist mit langanhaltendem Nieselregen, dem sogenannten"Landregen" verbunden sind. Durch das Abregnen der Stratuswolken bricht die Wolkendecke immer weiter auf, bis schlussendlich die Sonne den Boden wieder erreicht und die Luft erneut beginnt zu erwärmen.

Thermisches und dynamisches Tief

Ein Bodentief entsteht, wenn die Dichte der Luft in Bodennähe sinkt, indem bodennahe Luft erwärmt wird. Die Warmluft löst sich vom Boden und steigt auf (Thermik), was zu einem Druckabfall in Bodenhöhe führt (in höheren Schichten steigt der Luftdruck durch die aus Bodennähe zuströmende Warmluft dagegen leicht an). Der Druckabfall in Bodennähe führt zu einem großräumigen Zuströmen fremder Luft (Winde).

Ein Höhentief entsteht, wenn kalte Luft aus großer Höhe absinkt, was den Luftdruck in den höheren Schichten der Luft vermindert. Am Boden nimmt der Luftdruck dagegen leicht zu. Das Höhentief liegt auf einem Niveau von 5 km, und zeichnet sich durch im Vergleich zur Umgebung niedrige Temperaturen aus. Es handelt sich meist um gealterte Systeme, in Form von Abschnürungen (Cut-Offs) oder Kaltlufttropfen aus Höhentrögen, mit Bildung von hochreichenden Konvektionswolken. Auf der Höhenwetterkarte (z. B. 500 hPa-Topographie) zeichnet sich das Höhentief durch einige abgeschlossene Isohypsen ab, auf der Bodenwetterkarte ist es kaum erkennbar. Für Europa ist das Höhentief im Besonderen für den Mittelmeerraum im Herbst von Bedeutung.

Ein thermisches Tiefdruckgebiet bildet sich durch Unterschiede in der Luftdichte, die durch Erwärmung (Sonneneinstrahlung) oder durch Abkühlung hervorgerufen werden. Je nach betroffener Luftschicht unterscheidet man zwischen Bodentief und Höhentief.

Dynamisches Tief (Zyklone)

Dynamische Tiefdruckgebiete liegen vor, wenn die Luftströmung in tiefen Schichten der Atmosphäre konvergiert und in der Höhe wieder divergiert, wobei die Luft im Zentrum des Tiefs gehoben wird.

Hochdruckgebiete

In einem Hochdruckgebiet sinken Luftmassen stark ab. Dabei erwärmt sich die Luft, sodass keine Kondensation und somit auch keine Wolkenbildung stattfinden kann. In bodennähe fliesst die Luft aus dem Hochdruckgebiet in Richtung Tiefdruckgebiet, sie divergiert. Dadurch gibt es keine Frontenbildung in der Höhe. Während des Absinkens der Luftmassen bildet sich eine Inversion. Dabei lösen sich die Wolken auf.
Ein Hochdruckgebiet baut sich relativ langsam auf. Die in den subtropischen Gebieten unserer Erde vorherrschenden Zirkulationskräfte bewirken, dass sich dort die stabilsten Hochdrucklagen bilden können.

Weil es Unterschiede im Ursprung und der Entwicklung gibt, unterteilt man die Hochdruckgebiete in drei Kategorien.

  1. Ein Kältehoch entsteht, wenn Luft sich abkühlt, was im Winter zum Beispiel über kalten Landmassen geschieht (z. B. in den Höhen Zentralasiens). Die Luft hat dann eine höhere Dichte und übt einen grösseren Druck auf den Boden aus. In den mittleren Breiten kann es auch in Form flacher Keile an der Rückseite von Zyklonen als Zwischenhoch entstehen.
  2. Ein dynamisches Hoch wird durch Rossby-Wellen (Polarfrontjetstream) erzeugt. Großen Einfluss auf das Wetter Mitteleuropas übt hierbei das dynamische Azorenhoch aus.
  3. Ein Höhenhoch ist ein Hochdruckgebiet, das in großen Höhen auftritt und daher in Höhenwetterkarten dargestellt wird. Es ist immer mit einem Bodentief verbunden, da bei der Erwärmung von Oberflächen der vertikale Druckgradient abgesenkt wird und sich die relative Luftdruckverringerung am Boden mit zunehmender Höhe in einem relativ zur horizontalen Umgebung höheren Druck widerspiegelt. Man kann daher im umgekehrten Fall auch aus einem Bodenhoch (auch thermisches Hoch) ein Höhentief ableiten.

Isobaren

Wenn wir auf einer Karte die Orte auswählen, die in einem bestimmten Umkreis den gleichen Luftdruck haben und diese mit einer Linie verbinden, ensteht ein Kreis. Solche Kreise nennt man Isobaren.
Diesen Vorgang wiederholt man immer wieder mit einem anderen Luftdruck, ohne dass sich die Kreise berühren oder kreuzen. Ein internationaler Standart für den Abstand zwischen den Kreisen ist auf Wetterkraten 5 hPa (hPa= die Einheit, mit der man den Luftdruck misst). Je näher also die Linien der Kreise beieinander liegen, desto höher ist das Druckgefälle.

Im Tiefdruckgebiet ist im Kern, also dem kleinsten Kreis in einem Tief, der Druck am niedrigsten. Um so weiter man sich also von dem Kern entfernt desto mehr steigt der Luftdruck.

In einem Hochdruckgebiet ist dies genau andersherum. Hier ist der höchste Druck im Kern des Hochs und je weiter man sich von dem Hoch entfernt, desto mehr sinkt der Druck ab.

Hochdruck in der Nordhemisphäre

Hochdruck in der Nordhemisphäre

Tiefdruck in der Nordhemisphäre

Tiefdruck in der Nordhemisphäre

Weltkarte für Relativen Luftdruck / Topographie
Weltkarte der relativen Topographie / Druck

Wettergeschehen

Da die Luft beim Erwärmen mehr Feuchigkeit in sich aufnehmen kann und durch die geringere Dichte nach oben steigt, wird diese Feuchte in höhere Schichten angehoben. Dort kühlt sich die Luft wieder ab, und dabei verringert sich ihre Wasserhaltefähigkeit.
Wenn die Luft nach einem raschen Anstieg über einem warmen Gebiet große Höhen erreicht, dann hat sie mehr Wasser in sich aufgenommen, als sie gekühlt tragen kann. Sie fliesst grossflächig zur Seite und scheidet dabei Feuchtigkeit aus: so bilden sich erst Cirren (Schleierwolken) in großer Höhe, die sich immer mehr verdichten - bis sich schlussendlich Cirrostratuswolken entstehen. Diese Wolken werden von weiter nachströmender Luft seitlich weggedrängt. Durch den weiteren Aufstieg von Warmluft (Advektion) bilden sich nun Altostratus, gefolgt von Nimbostratus, die meist mit Landregen verbunden sind.  Durch das Abregnen der Stratuswolken bricht die Wolkendecke immer weiter auf, bis schlussendlich die Sonne den Boden wieder erreicht und die Luft erwärmt.

Fragen zur Vertiefung

Im Folgenden könnt ihr Euer Wissen abfragen, testen - und vor allem anwenden. Wenn Ihr etwas noch nicht verstanden habt, dann schaut Euch die obigen Texte und Darstellungen nochmals an.
Jetzt wirds ernst ;)  Wir - das Team von meteoblue - wünschen Euch viel Spaß!

Druckgebiet auf 850 mbar

Druckgebiet auf 850 mbar

Schaue Dir die Karte rechts an. Es ist ein Ausschnitt eines Druckgebietes in 850 mbar (ca. 1.5 Kilometer)  Höhe.  Kannst du anhand des Druckgefälles erkennen, ob es sich um ein Tiefdruckgebiet oder ein Hochdruckgebiet handelt?

Verfolge nun auf den animierten Karten, wie das Druckgebiet sich an Dublin annähert. Achte auch auf die Druckkarte in den höheren Schichten (Höhe bei 500 mb, ca. 5 Km). Findet sich auch hier die gleiche Verteilung des Druckgebiets?

Wir befinden uns in den Karten in Europa - also auf der Nordhalbkugel. Versuche anhand der animierten Wolken -und Niederschlagskarten zu erkennen, in welche Richtung der Wind in dem Druckgebiet weht (auch daran kannst du erkennen, ob es sich hier um ein Hoch oder ein Tief handelt).

Vorsicht: Auf der Südhalbkugel wehen die Winde in Druckgebieten gerade andersherum, wie in den Druckgebieten auf der Nordhalbkugel.

Animierte Karten:
Temperatur auf 850 hPa

Temperatur auf 850 hPa

Wolkenbedeckung

Wolkenbedeckung

Höhe auf 500 hPa

Höhe auf 500 hPa

Niederschlag

Niederschlag

Im Folgenden sieht man 4 verschiedene Abbildungen. davon sind 2 Hochdruckgebiete und 2 Tiefdruckgebiete. Notiere dir, welche dieser Bilder Hoch- bzw. Tiefdruckgebiete sind.
Tipp: Achte auf den Druck der Isobaren.

Abb. 1

Abb. 1

Abb. 2

Abb. 2

Abb. 3

Abb. 3

Abb. 4

Abb. 4