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Wind

Wind ist die Bewegung der Luft.
Für uns bedeutet Wind:

  • frische Brise
  • mein Hut ist weggeflogen
  • ein Türknall
  • der, der mein Fahrrad umgeworfen hat
  • meinen Regenschirm hat es weggeweht
  • ein Baum stürzt um

Wind macht auch mehr als das, was uns direkt auffällt und beeindruckt. Wind verfrachtet Wolken vom Ort ihrer Entstehung dorthin, wo sie Niederschlag absetzen, transportiert Blütenstaub von Pflanzen über viele Kilometer, oder Staub aus Wüsten in benachbarte Gebiete.
Wind bringt auch Frischluft in verschmutzte Städte, trägt Staub und Verunreinigung über Tausende von Kilometern, kann Häuser und Straßen beschädigen und beeinflußt den täglichen Flugverkehr.
Wind ist die Basis für einige menschliche Aktivitäten und Sportarten: er treibt Segelschiffe, Ballone und Segelflugzeuge an, wird von Wind- und Kitesurfern und Gleitschirmfliegern sowie von Modellfliegern benutzt. Surfer hängen auch vom Wind ab: die Wellen, die sie reiten, werden durch Winde verursacht.

Ohne Wind gäbe es kein Wetter und unsere Erde würde anders aussehen.

Woher kommt der Wind?

Kaltluftstrom im Tal unter einer Brücke (Frankreich)

Kaltluftstrom im Tal unter einer Brücke (Frankreich). Im Talkessel (rechts) löst die Sonneneinstrahlung den Nebel auf und unterbricht den Kaltluftstrom.

Was ist nun genau der Wind? Wind ist - einfach gesagt - die Bewegung der Luft in der etwa 8 bzw. 20 Kilometern hohen Troposphäre, der untersten Schicht der Erd-Atmosphäre. Der Wind in dieser "Wetterschicht" entsteht aufgrund folgender Eigenschaften der Luft:

  • Luft besteht aus einem Gasgemisch (Stickstoff, Sauerstoff und einigen anderen).
  • Luft leitet die Wärme nur schlecht, und gibt sie daher nur langsam ab.
  • Luft wird durch die Sonneneinstrahlung direkt kaum erwärmt.
  • Luft wird nach oben dünner.
  • Luft kann Wasserdampf in grösseren Mengen (im Durchschnitt etwa 1%) aufnehmen.

Die Entstehung von Wind - also Luftbewegung - läuft vereinfacht gesehen so ab:

  • Durch Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Erdoberfläche deutlich – oft um 10°C und mehr am Tag.
  • Die unteren Luftschichten erwärmen sich durch die Berührung mit dem Boden deutlich, und dehnen sich dabei aus.
  • Die erwärmte, dünnere Luft steigt nun nach oben, indem sie kühlere, schwerere Luft verdrängt.
  • In die von der aufsteigenden Luft entstandene "Blase" fließt kühlere, schwerere Luft (meist von seitwärts oder von umliegenden Anhöhen, die kühler sind) nach.

Damit kommt es zur Bewegung von grösseren Luftmassen, und damit - eben – zu Wind.

Bedeutung des Windes

Das gleiche Phänomen beobachten wir, wenn wir eine Kerze anzünden. Die Luft um die Kerze wird (stark) erwärmt und steigt nach oben. Hängt man nun über die Kerze ein kleines Windrad (oder einige dünnen Fäden) auf, zeigt deren Bewegung die aufsteigende Luft.
In der Atmosphäre sind diese Vorgänge großräumiger und viel gewaltiger. Das antreibende Kraftwerk, die Sonne, ist viel größer als unsere Kerze: mehr als fünftausend Mal mehr Sonnenenergie als der Energiebedarf der gesamten Menschheit treffen stets auf die Erde.
Wind kann nun sehr kleinräumig oder auch in großen Dimensionen entstehen. Vier Arten von Wind werden im Folgenden beispielhaft vorgestellt.

1. Lokale Winde:

Die Sonnenstrahlen erwärmen die Landschaft schon sehr kleinräumig. Beobachten wir ein Gebäude: die Hauswand auf der Sonnenseite erwärmt sich stärker als die auf der Schattenseite. Öffnen wir nun die Fenster auf beiden Seiten, haben wir in Kürze "Wind". Es entsteht Luftzug, da die kühlere (schwerere) Luft von der Schattenseite zur wärmeren (leichteren) Luft auf der Sonnenseite fließt und sie verdrängt. Bei Sonneneinstrahlung hält dieser Vorgang an, da die nachfliessende kühlere Luft sich relativ rasch erwärmt und wiederum von weiterer kühler Luft verdrängt wird.
Weitere Beispiele für lokale Windsysteme lassen sich zu Hunderten finden: jede Umgebung, in der kleinräumige Temperaturunterschiede von mehr als 2 °C entstehen, löst dadurch eine meßbare Luftströmung aus. Dazu genügen eine Tischoberfläche oder Straße, wenn sie von der Sonne erwärmt werden.
Stärkere lokale Luftbewegungen pflanzen sich als "Steigwinde" in die höheren Luftschichten fort. Beobachtet man an einem sonnigen Tag Vögel, etwa Bussarde oder Falken, sieht man diese Vögel kreisen, wobei sie meist rasch an Höhe gewinnen: Sie kreisen um das Zentrum eines "Aufwind-Schlauch", der sie nach oben trägt.
Lokale Windsysteme werden selten schneller als 30-40 km/h. Bündeln sich jedoch lokale Winde, wie z.B. in der Nähe von Gewittern, bilden sie regionale Systeme, deren Geschwindigkeiten deutlich zunehmen und unter bestimmten Bedingungen Sturmstärke erreichen können.

2. Regionale Winde

Wenn Temperaturunterschiede regelmäßig großräumig auftreten, entstehen regionale Windsysteme, die über viele Kilometer reichen und tagelang anhalten. Sie erreichen zeitweise die höchsten am Boden meßbaren Windgeschwindigkeiten, sind jedoch nicht dauerhaft, und treten daher auch öfters überraschend auf. Von diesen Systemen gehen daher auch die grössten Gefahren aus.

Windarten - Beispiele

Föhnwind

Wolken- und Niederschlagskarte einer Föhnsituation

Wolken- und Niederschlagskarte einer Föhnsituation (Schweiz, 27.04.2010, 02:00): heftige Niederschlägen ergießen sich an den Südalpen. Der Fallwind (Föhn) "bläst" vom Alpenkamm bis zum Schwarzwald und Bodensee die Wolkendecke beiseite.

Schematische Darstellung eines lokalen Fallwindes im Osten vom Genfer See (Yvorne)

Schematische Darstellung eines lokalen Fallwindes im Osten vom Genfer See (Yvorne): Am Samstag 03:00 bläst der Wind von Südost aus dem Wallis Richtung Genfer See. In 3 Kilometer Höhe (ab 750 hPa Druck) herrscht gegenläufiger Westwind. Tagsüber (12:00) dreht sich der Wind im Tal auf West, da der Kaltluftabfluß im Wallis bei Sonneneinstrahlung abreißt.

Der Föhn ist eine besondere Form von Fallwind, der durch den Anstrom von sehr feuchter Luft an die Flanke eines Gebirges entsteht. Die Luft wird durch das Gebirge angehoben, kühlt dabei ab und verliert einen großen Anteil ihrer Feuchtigkeit. Es kommt zu heftigen, "monsun-" oder "sintflutartigen" Regenfällen an der feuchten Flanke des Gebirges. Sobald die Luft den Kamm des Gebirges überwunden hat, fließt sie auf der anderen Seite abwärts und erwärmt sich dabei viel rascher, als die Abkühlung auf der feuchten Seite, da sie beim Aufsteigen die enthaltene Feuchtigkeit verloren hat. Der entstehende Fallwind ist also trockener, stärker und viel wärmer, als es für die Umgebung zu erwarten wäre.

Gewitter

Schematische Darstellung einer Gewitterentstehung

Schematische Darstellung einer Gewitterentstehung
Quelle: Wikimedia Commons

Gewitterwolken entstehen durch den Auftrieb warmer und feuchter Luft. Erforderlich dafür sind (1) eine feuchte Luftschicht mit einer grösseren Ausdehnung in Bodennähe; (2) ein deutlicher vertikaler Temperaturabfall und (3) ein Auslöser für den Anstieg der feuchten Luft (Hebung), so daß sich z.B. ein Aufwindschlauch bildet. Die feucht-warme Luft steigt wegen dem grösseren Temperaturunterschied rasch auf, und kühlt dabei aus. Ab einer gewissen Höhe (Kondensationsniveau = Wolkenuntergrenze) entstehen dadurch Wassertröpfchen (siehe Abbildung 2). Der Auftrieb verstärkt sich bei grossen vertikalen Temperatur- und Feuchteunterschieden so sehr, daß Winde in Gewitternähe bis zu 100 km/h und die Aufwinde in der Gewitterwolke Geschwindigkeiten von weit über 100 km/h erreichen. Bei besonders hohen Unterschieden entstehen die seltenen, berüchtigten Tornados, deren kleinräumige Windwirbel über 500 km/h erreichen und Gebäude zerstören können.

Wirbelstürme

Wirbelstürme bilden sich meist in tropischen Gebieten, wenn durch hohe Sonnen­einstrahlung grössere Temperatur- und Druckunterschiede entstehen. Besonders über warmen Meeresoberflächen steigen bei starker Sonneneinstrahlung grosse Mengen feuchter Luft auf, die sich zu grossen Gewittern (siehe 2.1.) entwickeln und zu grösseren Zellen zusammenschliessen können. In mittleren Breiten (um die Wendekreise) geraten solche Zellen um ein Zentrum tieferen Drucks (das "Auge" des Sturms) in Rotation: Unter bestimmten Bedingungen verstärkt sich diese Drehung soweit, daß am Rande der Zellen Windgeschwindigkeiten von über 150 km/h auftreten können. Das Zentrum bewegt sich gleichzeitig meist nach Westen und hinweg vom Äquator. Wirbelstürme können sich so im Durchmesser über hunderte von Kilometern ausdehnen, wochenlang bestehen und Flächen von tausenden Quadratkilometern verwüsten. Über Land verlieren sie meist rasch an Kraft, so daß vorwiegend Küstengebiete betroffen sind.

Der Jet-Stream

Durch die großräumigen Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem Äquator kommt es zur Entwicklung von großräumigen Windsystemen, die über längere Zeit und über ganze Kontinente hinweg auftreten, und das Klima auf der Erde mitbestimmen.

Der "Jet Stream" oder "Strahlstrom" ist ein hunderte Kilometer breites Starkwindband an der oberen Grenze der Troposphäre, das sich infolge globaler Ausgleichsbewegungen zwischen verschiedenen Temperatur- bzw. Druckgebieten bildet und, wie die Passatwinde, in seinem Auftreten sehr verlässlich und stabil ist. Im Jet Stream treten mit bis über 600 km/h die stärksten natürlichen Winde auf. Der Jet Stream ist sehr schwer zu messen und kann nur in Höhen­wet­ter­karten dargestellt bzw. ausgewertet werden. Beispielhaft sind die Bänder des Jet stream in einer Karte der Höhenwinde in 10 Km Höhe zu erkennen (siehe Abbildung unten).

Weltkarte der Winde in 10 Kilometer Höhe

Weltkarte der Winde in 10 Kilometer Höhe. Jet Stream-Bänder über dem Pazifik und dem Indischen Ozean

In der unteren Animation wird die Weltkarte von immer höher werdenden Luftschichten aus betrachtet. Wie verändert sich die Windstärke in der Höhe?

Animierte Weltkarte

Animierte Weltkarte

Die Animation beginnt in den unteren Luftschichten und bewegt sich anschließend nach oben. Wir können beobachten, dass die Geschwindigkeit mit der Höhe zunimmt, besonders im Gebiet des Jet-Streams.