Planetarische Zirkulation

Zirkulationszellen und Windsysteme der planetarischen Zirkulation - Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Globale_zirkulation.jpg

Zirkulationszellen und Windsysteme der planetarischen Zirkulation

Auf der Erde findet eine planetarische Zirkulation (siehe Bild) statt. Diese kommt im Wesentlichen durch die unterschiedlich starke Erwärmung der Erdoberfläche am Äquator und an den Polen zustande. Am Äquator steht die Sonne das ganze Jahr praktisch senkrecht, während in den Polregionen die Sonne im Winter gar nicht und im Sommer nur aus flachem Winkel scheint. Dadurch bilden sich unterschiedliche Druckgebiete, die eine grosse Zirkulation zwischen Äquator und den beiden Polen auslösen. Aufgrund der Erdrotation wird allerdings ein direkter Fluss zwischen Hoch- (Äquator) und Tiefdruckgebiet (Pol) verhindert. Die Luftmassen werden auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Auf diese Weise entstehen drei grosse Zirkulationszellen (Hadley-Zelle, Ferrel-Zelle und Polarzelle).

Die Haupteffekte der planetarischen Zirkulation:

  • Ununterbrochener Transport von Hitze und Feuchtigkeit vom Äquator in die Subtropen.
  • Transport von warmer Luft und Feuchtigkeit von den Tropen zu den gemäßigten Zonen.
  • Transport von angewärmter Luft und Feuchtigkeit von den gemäßigten zu den kalten Zonen.

Hadley-Zelle

Die wichtigsten Zirkulationszellen der Atmosphäre - Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Atmosphaerische_zirkulationszellen.jpg

Die wichtigsten Zirkulationszellen der Atmosphäre

Am Äquator steigen die Luftmassen durch die starke Erwärmung nach oben. An der Tropopause (Temperaturinversion in ca. 18km über Boden) werden die Luftmassen nach Norden und Süden abgelenkt. Diese sinken durch die Flächenreduktion bis zu den beiden Polen, sowie durch die Drehung der Erde bereits beim 30. Breitengrad wieder ab und fliessen als Passatwinde zurück in Richtung Äquator, wo sie in der sogenannten Innertropischen Konvergenzzone (ITC) aufeinandertreffen. Diese Zirkulation wird als Hadley-Zelle bezeichnet.

Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab, der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert, es bilden sich Wolken, welche sich schliesslich stark ausregnen. Beim Absinken passiert das Gegenteil. Die Luftmassen erwärmen sich und das darin enthaltene Wasser verdunstet. Die Folge sind Wüstengebiete (z.B. Sahara, Namib-Wüste) rund um den 30. Breitengrad. Zusätzlich entstehen durch die warme Luft mehrere Hochdruckgebiete in dieser Region. Diese werden dem subtropischen Hochdruckgürtel zugeordnet.

Polarzelle

In Bodennähe fliessen Luftströme von den Polen in Richtung Äquator. Diese werden polare Ostwinde genannt, da sie durch die Drehung der Erde leicht abgelenkt werden. Durch den Luftfluss nach Süden werden die Winde erwärmt und steigen bei ca. 60° Breite auf. Somit wird eine zweite Zirkulation gebildet: die sogenannte Polarzelle.

Ferrel-Zelle

Da nun bei 30° Breite Luft absinkt und bei 60° Breite Luft aufsteigt, bildet sich im Gebiet dazwischen eine weitere Zelle. Diese Zirkulation wird Ferrel-Zelle genannt und transportiert Luft in Bodennähe polwärts und in der Höhe in Richtung Äquator. Die bodennahe Strömung wird auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Dabei entsteht eine westliche Strömung, welche Westwinddrift genannt wird. 

An der Grenze zwischen den polaren Ostwinden (kalt) und den Westwinden (warm) befindet sich die Polarfront. Diese liegt meist zwischen 60 und 70° Breite. In dieser Zone entstehen Tiefdruckgebiete.

Übungsaufgabe:

Die unten abgebildete Karte zeigt die bodennahen Windströmungen auf der Erde.

Aufgabe 1: Versuche folgende Windströmungen auf der Karte zu identifizieren.

  • Nordostpassatwind
  • Südostpassatwind
  • Westwinddrift
  • Polare Ostwinde

Aufgabe 2: Versuche in einem nächsten Schritt folgende Hoch- bzw. Tiefdruckgebiete zu identifizieren.

  • Innertropische Konvergenzzone (ITC)
  • Subtropischer Hochdruckgürtel
  • Polarfront

Aufgabe 3: Vergleiche die Strömungen über dem Land (Kontinent) und Wasser (Ozean) und überlege dir, weshalb Unterschiede zustande kommen könnten.

Globale Windkarte 10m über Boden

Autor: J.Schweizer