Atmosphärische Zirkulation: Luft in ständiger Bewegung

Wie bewegt sich die Luft um den Globus herum?

Die Luftmassen der unteren Atmosphäre gleiten in gewaltigen Strömen um die Erde. So steigen sie am Äquator in die Höhe und strömen von dort nach Norden und Süden.

Motor und Steuerung der Luftmassen ist der Luftdruck. Dieser hängt vor allem von der unterschiedlichen Erwärmung der Erde in den verschiedenen Breitenlagen der Erde ab, da warme Luft auf- und kalte Luft absteigt. Das weltweite Rotieren der Luftmassen wird als atmosphärische Zirkulation bezeichnet. Durch Auf- und Abstieg ordnen sich die Luftmassen zu Luftdruckgürteln.

Welche Luftdruckgürtel gibt es?

Es wechseln sich Gürtel hohen und niedrigen Luftdrucks ab: Der sog. äquatorialen Tiefdruckzone am Äquator schließen sich nach Norden und Süden die subtropischen Hochdruckgürtel, die subpolaren Tiefdruckgürtel und schließlich die Polarhochs an.

Am heißen Äquator ist die Sonnenstrahlung besonders hoch. Die erwärmte Luft steigt nach oben. Am Boden »fehlt« sie dann, und es entsteht eine Zone niedrigen Luftdrucks, die sich als äquatoriale Tiefdruckzone um den Erdball zieht. An den beiden Wendekreisen sinkt die Luft dagegen aus der Höhe auf die Erdoberfläche herab und lässt am Boden einen subtropischen Hochdruckgürtel entstehen. An den Polarkreisen verlaufen die beiden subpolaren Tiefdruckgürtel, über den Polen thronen die beiden Polarhochs.

Wie entstehen Passatwinde?

Die tropische Zirkulation sorgt für einen ständigen Luftaustausch zwischen der Tiefdruckzone am Äquator und den beiden subtropischen Hochdruckgürteln. Daher ist sie auch für die Passatwinde verantwortlich.

Dem Druckgefälle folgend, wehen die Passatwinde in Bodennähe von den Subtropen zum Äquator. Die Erdrotation macht aus ihnen Ostwinde, die Reibung an der Erdoberfläche lenkt sie zu Nordost- und Südostpassaten ab. Mit durchschnittlich 20 km/h treffen die Passate am Äquator aufeinander und vereinigen sich im Bereich der äquatorialen Tiefdruckrinne zur innertropischen Konvergenzzone (ITC). In dieser 100–200 km breiten Zone steigen die Luftmassen nach oben. In der Höhe strömt die Luft nach Norden bzw. nach Süden in Richtung der beiden Wendekreise. Dort sinkt sie, mittlerweile abgekühlt, im subtropischen Hochdruckgürtel zur Erdoberfläche und richtet sich abermals als Passatwind auf den Äquator aus – der Kreislauf beginnt von neuem.

Übrigens: Jahrhundertelang ließen sich die Seefahrer mit den verschiedenen Winden treiben. Besonders beliebt war der Nordostpassat, mit dem die Schiffe von Europa nach Zentral- und Südamerika gelangten. Die Passate wurden zu regelrechten Handelswinden. Auf Englisch heißen die Passate noch heute »trade wind« (Handelswind). Der deutsche Begriff Passat leitet sich dagegen von »Passage« ab. In den gemäßigten Breiten treiben die Westwinde die Seefahrer und ihre Schiffe dagegen schnell von Westen nach Osten.

Warum ist das Wetter bei uns so wechselhaft?

Wir leben in der Zyklonenzone. Zyklonen sind große Luftwirbel, die in den gemäßigten Breiten mit dem Westwind nach Osten wandern. Sie sind für unser unbeständiges Wetter, mal mit Sonnenschein, mal mit Regen, verantwortlich.

Die Luftzirkulation der gemäßigten Breiten wird durch das Luftdruckgefälle zwischen den subtropischen Hochdruckgürteln und den subpolaren Tiefs in Gang gehalten – starke Westwinde versuchen die Luftdruckunterschiede auszugleichen. Doch beim Zusammentreffen der heißen Tropenluft und der kalten Polarluft entsteht in der schmalen Zone höchster Temperaturunterschiede eine Polarfront. Sie bildet keine einheitliche Linie, sondern wird von den großen Luftwirbeln der Zyklonen durchsetzt, die Durchmesser von bis zu 1000 km erreichen. Sie driften mit dem Westwind nach Osten.

Was bringen Warm- und Kaltfront?

Immer Regen. Auf ihrer Vorderseite besteht eine Zyklone aus Warmluft, die gegen die polare Kaltluft vorrückt. Diese sog. Warmfront wird von großflächigem Dauerregen begleitet. Hinter der Warmfront reißt die Bewölkung auf und für einige Zeit ist es trocken. Dann folgt die Kaltfront. Sie entlässt heftige Schauer aus ihren hoch reichenden Wolken. Meistens bilden vier bis sechs Zyklonen, die nacheinander in Richtung Osten jagen, eine sog. Zyklonenfamilie. Für ihren Auf- und Abbau benötigt eine Zyklonenfamilie etwa ein bis zwei Wochen. Besonders häufig treten Zyklonen im Spätherbst auf und werden dann von heftigen Schauern und kräftigen Winden begleitet. Aus einzelnen Zyklonen können sich Sturmzyklonen entwickeln, die mit orkanartigen Winden einhergehen.

Wie ist das Wetter in der Arktis?

Garantiert »schlecht«, denn nach dem gleichen Prinzip wie die Polarfront entsteht in der Arktis die Arktikfront. Allerdings wird es in der Arktis nicht so kalt wie in der Antarktis mit ihren riesigen Eismassen.

Über der Arktis trifft relativ warme Luft, die sich auf ihrer weiten Reise über das Meerwasser der gemäßigten Breiten erwärmt hat, auf die eiskalte Arktisluft. Auch die Arktikfront weist Wellenstörungen wie die Polarfront auf, die sich zu Zyklonen weiterentwickeln. Besonders häufig ziehen sie vom Seegebiet zwischen dem Nordkap und Spitzbergen nach Westsibirien.

Warum regnet es am Mittelmeer im Winter?

Im Winter gerät die Region in den Einflussbereich der Westwindzone mit ihren Niederschlag bringenden Zyklonen. Im Sommer steht das europäische Mittelmeer dagegen unter dem Einfluss des trockenen subtropischen Hochdruckgürtels – es regnet kaum. Der Grund für das unterschiedliche Wetter im Sommer und Winter liegt in der »Wanderung« der verschiedenen Luftdruckgürtel und des Systems der atmosphärischen Zirkulation: Im Nordsommer pendelt es nach Norden und im Südsommer nach Süden.

Ausgelöst wird diese Wanderung durch die Verschiebung der innertropischen Konvergenzzone (ITC), also der Zone des Zusammenfließens der Passate. Die ITC orientiert sich an der Zone der höchsten Sonneneinstrahlung, die im Laufe des Jahres zwischen den beiden Wendekreisen hin und her pendelt. Dabei wandert die ITC nicht ganz so weit, sie schafft es nur wenige Breitengrade über den Äquator hinaus. Mit der Verlagerung der ITC verschiebt sich die gesamte atmosphärische Zirkulation. Das Mittelmeer liegt im Sommer in der subtropischen »Schönwetterzone« und im Winter in der »Wind- und Regenzone« der gemäßigten Breiten. Allerdings wird es auch im Winter am Mittelmeer nicht so kalt wie in Mitteleuropa.

Warum wehen die Westwinde auf der Südhalbkugel so heftig?

Weil durch die riesige Eismasse der Antarktis das Temperaturgefälle zwischen Pol und Äquator sehr ausgeprägt ist. Diese durchgehend beständigen Westwinde bringen die Segelschiffe schnell von West nach Ost und heißen in der Seemannssprache auch die »Braven Westwinde«. Je weiter sich die Seefahrer jedoch nach Süden wagen, desto heftiger wehen die Winde um sie herum. So heißen die Breiten zwischen 40° und 50° Süd die »Roaring Forties« (»Brüllende Vierziger«), die zwischen 50° und 60° die »Furious Fifties« (»Wilde Fünfziger«) und die Zone zwischen 60° und 70° die »Screaming Sixties« (»Heulende Sechziger«).