Das globale Windsystem II: Ost-West-Komponente

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Zunächst greifen wir noch einmal die Frage auf, warum es in Hamburg so häufig kalte Winde gibt.
Außerdem ergänzen wir unser Windsystem um die Corioliskraft, die dafür sorgt, dass Wind in großem Maßstab seitlich abgelenkt wird.

Inhaltsverzeichnis

Ziele

Einstieg

Das Bild eines Fahrradfahrers, der sich durch stürmischen Regen kämpft, bringt uns auf die Frage, wieso der Wind eine Hauptwindrichtung hat, die nicht Nord oder Süd sondern West (oder im Winter Ost) ist. Um das erklären zu können, brauchen wir eine Kraft, die durch die Rotation der Erde verursacht wird, die Corioliskraft.

Erarbeitung

Frage: Wie dreht sich die Erde? In welche Richtung, und mit welcher Geschwindigkeit? Wie groß ist die Geschwindigkeit an verschiedenen Breitengraden?

Die Erdrotation wird an einem Globus erarbeitet, die Geschwindigkeiten werden nach Möglichkeit berechnet.

z.B. Am Äquator bei 30°N bei 45°N bei 60°N am Pol?

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Der Drehteller

Im nächsten Schritt schauen wir uns ein Modell der Erde an. Es ist eine drehbar gelagerte polständige Azimutalabbildung der Nordhalbkugel. Wir untersuchen,

  • was passiert, wenn die Kugel in der Mitte liegt, die Karte nicht gedreht wird und die Kugel nach außen gestoßen wird.

Was passiert, wenn sich die Karte jetzt aber dreht?

  • Vermutungen
  • Beobachtung:
    • Nur auf die Bewegung der Kugel relativ zum Raum achten!
    • Nur auf die Bewegung relativ zur Karte achten!

Warum ist das so?

  • Genaue Erklärung über Trägheit und Geschwindigkeitsvektoren

Wass passiert, wenn die Kugel mit dem Äquator rotiert und zum Pol gestoßen wird?

  • Vermutungen
  • Beobachtung

Erklärung des Arbeitsblattes:
Weil es leichter zu beobachten ist, werden wir Bewegungen von 60°N zum Äquator und umgekehrt beobachten. Auch wenn es in unserem Windsystem solche Winde nicht gibt, es wird so jedoch anschaulicher.

Arbeitsmaterial


Nordhalbkugel

Nordhalbkugel-polständige-Azimutalabbildung.PNG

Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nordhalbkugel-polständige-Azimutalabbildung.PNG

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1
  • Zeichne die Bewegung eines Körpers ein, der zwei Stunden lang am Äquator ruht!
  • Zeichne die Bewegung eines Körpers ein, der zwei Stunden lang bei 60°N ruht!

Der Körper hat die gleiche Geschwindigkeit in Richtung Osten wie sein Ausgangspunkt. Wird er zum Äquator gestoßen, erhält er eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente.

  • Zeichne die Bewegung mit einem Bleistift ein, die der Körper vollzieht, wenn er sich in 2 Stunden von 60°N zum Äquator bewegt!
  • Zeichne die Bewegung mit einem Bleistift ein, die der Körper vollzieht, wenn er sich in 2 Stunden vom Äquator bis 60°N bewegt!

Südhalbkugel

Südhalbkugel Azimutalabbildung.svg

Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Südhalbkugel_Azimutalabbildung.svg

Nuvola Stift.png   Aufgabe 2

Beachte, die Drehrichtung der Erde von der Südhalbkugel aus gesehen!

  • Zeichne die Bewegung eines Körpers ein, der zwei Stunden lang am Äquator ruht!
  • Zeichne die Bewegung eines Körpers ein, der zwei Stunden lang bei 60°S ruht!

Der Körper hat die gleiche Geschwindigkeit in Richtung Osten wie sein Ausgangspunkt. Wird er zum Äquator gestoßen, erhält er eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente.

  • Zeichne die Bewegung mit einem Bleistift ein, die der Körper vollzieht, wenn er sich in 2 Stunden von 60°S zum Äquator bewegt!
  • Zeichne die Bewegung mit einem Bleistift ein, die der Körper vollzieht, wenn er sich in 2 Stunden vom Äquator bis 60°S bewegt!

Übertragung auf das globale Windsystem

Earth (orthographic projection).svg

Quelle:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth_(orthographic_projection).svg


Nuvola Stift.png   Aufgabe 3

Die Corioliskraft wirkt auf die Winde der Hadleyzelle, der Ferellzelle und der polaren Zelle.

  • Beschrifte die eingezeichneten Breitenkreise mit der jeweiligen geographischen Breite!
  • Zeichne die Bewegung der unteren Luftschichten unter dem Einfluss der Corioliskraft in die Karte ein!

Zusatzaufgabe

Die schwarzen Linien stellen Linien gleichen Drucks dar (Isobaren). Die Gradientkraft beschleunigt die Luft in Richtung des geringeren Drucks (T). Die Corioliskraft steht immer im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung und lenkt die Bewegung der Luft ab.

Die Luft strömt aufgrund der Gradientkraft F(g) vom Hochdruckgebiet zum Tiefdruckgebiet. Die Corioliskraft F(c) wirkt immer senkrecht zur Bewegungsrichtung. Die Luft wird so lange abgelenkt, bis die Gradientkraft und die Corioliskraft sich gegenseitig ausgleichen. Die Luft strömt nun im rechten Winkel zum Druckgradienten (Druckgefälle).

Damit die beiden Kräfte sich vollständig ausgleichen können, muss sich die Luft reibungsfrei bewegen. Das ist erst ab einer Höhe von ca. 1km über dem Erdboden der Fall. Wird die Luftbewegung durch Reibung gebremst, ist die Corioliskraft geringer, da sie von der Geschwindigkeit des Teilchens abhängig ist. Die Gradientkraft wirkt aber weiterhin und sorgt so für einen Druckausgleich.

Nuvola Stift.png   Aufgabe 1
  • Zeichne die Windrichtung für den Fall der reibungsfreien Bewegung auf der Nordhalbkugel in die Isobarenkarte ein!
  • Erkläre, wieso Hoch- und Tiefdruckgebiete über längere Zeiträume stabil bleiben!


Isobarenkarte.png