Das globale Windsystem I: Nord-Süd

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Wie hängen die Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erde mit der Entstehung von Winden zusammen?

Inhaltsverzeichnis

Vorlauf: Test

Kurzer Test zum Inhalt der vergangenen Stunde.

Einstieg

Klima, das

beschreibt die für einen Raum typischen Zustände der Atmosphäre. Es werden jeweils Mittel- und Extremwerte für Zeiträume von 30 Jahren erfasst. Dabei werden unter anderem Temperatur, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit sowie Windgeschwindigkeit und -Richtung gemessen.

Wir haben uns in der letzten Woche mit der Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erde beschäftigt. In der Woche zuvor haben wir uns mit einem lokalen Wind-System beschäftigt.
Wie hängen diese beiden Phänomene zusammen?
Lässt sich das Prinzip des Seewindes auf globale Maßstäbe übertragen?

Erarbeitung

Wie sähe ein Wind-System aus, wenn wir davon ausgehen, dass sich das Prinzip des See-Windes auf einen globalen Maßstab übertragen ließe?
Welche Konsequenzen hätte das für das Klima in Deutschland?

Eine Windkarte der mittleren Breiten zeigt jedoch ein anderes Bild. Der Wind weht überwiegend aus süd-westlichen Richtungen.

Die Ursache für die von der Theorie abweichenden Luftströmungen ist in 2 Schritten zu verstehen, der erste Schritt ist dabei die Luftbewegung in Nord-Süd-Richtung.


Der Blick auf die Erde aus dem Weltall
Die Innertropische Konvergenzzone ist an einem Wolkenband gut zu erkennen.



Nuvola Stift.png   Aufgabe 1

Zeichne mit einem Bleistift...

  1. die Hoch- und Tiefdruckgebiete für die Bodennahen Luftschichten in die Karte 1 ein!
  2. die resultierende Luftzirkulation in die Karte 1 ein!


Karte 1: Ein erstes Modell des globalen Windsystems.

Azimutalprojektion-transversal kl.jpg



Karte 2: Ein verfeinertes Modell des globalen Windsystems.



Azimutalprojektion-transversal kl.jpg


Die Hadley-Zelle

Die Hadley-Zelle wird durch aufsteigende Luftmassen angetrieben.

Der wichtigste Antrieb der Zirkulation ist die sogenannte Hadley-Zelle. Sie wird durch die intensive Sonneneinstrahlung in Äquatornähe angetrieben.

Für den Fall, dass die Sonne am Äquator im Zenit steht ergibt sich für die Nordhalbkugel folgende Situation:
Beim Aufsteigen kühlt die Luft mit zunehmender Höhe ab. Am oberen Ende der Troposphäre in etwa 16 Kilometer Höhe, strömt sie wegen des vergleichsweise hohen Luftdrucks in Richtung Norden. Dabei kühlt die Luft weiter ab, gewinnt so an Dichte und verliert an Höhe. Durch die herabströmenden Luftmassen erhöht sich in Bodennähe der Luftdruck, es bildet sich der subtropische Hochdruckgürtel, der sich im Mittel bei etwa 30°N befindet. Von hier aus folgt die Luft dem Druckgefälle und strömt zurück in die äquatornahe Tiefdruckrinne, im Bereich des Zenitalstands der Sonne, zurück. Die dort aus nördlichen und aus südlichen Richtungen zusammentreffenden Luftmassen bilden die Innertropische Konvergenzzone (ITC). So bildet sich ein großräumiger Luftkreislauf, der als Hadley-Zelle bezeichnet wird.
Die ITC folgt im Laufe des Jahres Zenitalstand der Sonne, die Hadley-Zelle verschiebt sich dem entsprechend mit.


Die Polare Zelle

Windrichtung, die

bezeichnet die Richtung, aus der ein Wind weht. So weht ein Nordwind aus Richtung Norden und transportiert (auf der Nordhalbkugel) kalte Luft.

Am Pol bildet sich wegen der niedrigen Lufttemperaturen ein stabiles Hochdruck-Gebiet. Weiter südlich erwärmt sich die Luft schneller. Die warme Luft steigt auf, bis sie den Rand der Troposphäre erreicht, die in Polnähe nur eine Höhe von ca. 8 km besitzt. Die Luft breitet sich aufgrund des vergleichsweise hohen Luftdrucks nach norden und Süden aus. Auf dem Weg zum Pol kühlt die Luft immer weiter ab und sinkt durch eine höhere Dichte ab. Diese absinkenden polaren Luftmassen werden durch ein Druckgefälle südwärts beschleunigt. Dieses Druckgefälle wird als Druck-Gradient bezeichnet, die beschleunigende Kraft dem entsprechend als Gradientkraft.

Ferrel-Zelle

Die Ferrel-Zelle wird durch die Gradientkraft angetrieben, die vom subtropischen Hochdruckgürtel zur subpolaren Tiefdruckrinne wirkt. Sie ist weniger stabil als die Hadley-Zelle oder die Polare Zelle. In der Höhe bildet sich ebenfalls ein Ausgleichswind, so dass auch diese Zelle (zumindest theoretisch) einen geschlossen Luftstrom bildet.


Nuvola Stift.png   Aufgabe 2

Zeichne die Hadley-Zelle, die Polare-Zelle, die Ferrel-Zelle sowie die dazugehörigen bodennahen Hoch- und Tiefdruckgebiete in die Karte 2 ein!



Nuvola Stift.png   Aufgabe 3

Erkläre, wie das Wolkenband und die täglichen Niederschläge in der ITC entstehen!