Geographie · Klasse 7–13 · aktualisiert
Atmosphärische Zirkulation einfach erklärt
Warum weht Wind rund um die Erde? Du lernst die drei Luftzellen, die Corioliskraft, Passate und Westwinde und den Regen am Äquator kennen.
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Kurz gesagt
Die Sonne erwärmt den Äquator pro Fläche stärker als die Pole. Warme Luft steigt dort auf, am Boden entsteht ein Tief und Luft strömt nach. Auf jeder Halbkugel gibt es drei Zellen: Hadley-, Ferrel- und Polarzelle. Die Corioliskraft lenkt die Luft ab, so entstehen Passate und Westwinde. Das ist ein vereinfachtes Modell.
Warum regnet es nahe dem Äquator so oft, während es woanders Wüsten gibt? Ein Teil der Antwort steckt im Wind. Die Passatwinde wehen ganzjährig sehr zuverlässig und wurden früher genutzt, um den Ozean schnell zu überqueren. Wie entstehen solche Winde?
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Die wichtigste Energiequelle für die Bewegungen der Luft ist die Sonne. Sie führt den Gebieten nahe dem Äquator viel Energie pro Fläche zu, den Polargebieten wenig. Am Äquator steht die Sonne mittags fast senkrecht über uns. Diesen Stand nennt man Zenit.
Deshalb erwärmt sich die Luft über dem Boden am Äquator sehr stark. Warme Luft verliert an Dichte und steigt auf. Dadurch entsteht am Boden ein Tief, die Tiefdruckrinne. An den Polen setzt sich dagegen kalte Luft über der Erdoberfläche ab. Dort entsteht das Polarhoch.
Das Temperaturgefälle zwischen Tropen und Polarregionen bedeutet also grundsätzlich ein Luftdruckgefälle. Luftdruckunterschiede gleichen sich durch strömende Luft aus. So kommt Bewegung in die Atmosphäre.
Achtung: Das ist ein Modell. Es nähert sich der wirklichen Atmosphäre nur an.
Definition
Wind
Horizontale Luftbewegungen nennt man Wind. Er entsteht, weil sich Luftdruckunterschiede durch strömende Luft ausgleichen.
Beispiel: Vom Äquator zum Pol
- 1Am Äquator steht die Sonne mittags fast senkrecht, die Luft über dem Boden erwärmt sich stark.
- 2Die warme Luft verliert an Dichte und steigt auf.
- 3Am Boden entsteht dadurch eine Tiefdruckrinne.
- 4An den Polen setzt sich kalte Luft ab, dort entsteht das Polarhoch.
Merke: Ungleiche Erwärmung führt zu einem Temperaturgefälle. Das bedeutet grundsätzlich ein Luftdruckgefälle, und strömende Luft gleicht es aus.
Teste dich
Auf jeder Halbkugel gibt es drei große Luftkreisläufe. Man nennt sie Zellen. Vom Äquator zum Pol folgen aufeinander: Hadley-Zelle, Ferrel-Zelle und Polarzelle.
Hadley-Zelle: Sie liegt zwischen dem Äquator und dem subtropischen Hochdruckgürtel. Am Äquator steigt die Luft auf und strömt in der Höhe polwärts, also zum Pol hin. Ein Großteil sinkt im Bereich um ca. 30° Breite wieder ab. Dort entsteht ein Hochdruckgebiet. Am Boden strömt die Luft zurück zum Äquator.
Polarzelle: Luft, die vom Pol äquatorwärts strömt, erwärmt sich und steigt ab rund 60° Breite in die Höhe. Am Boden wehen hier polare Ostwinde.
Ferrel-Zelle: Sie passt als drittes, gegenläufiges System dazwischen, ähnlich wie ineinandergreifende Zahnräder. Sie liegt in den gemäßigten oder mittleren Breiten. Auf rund 60° bis 70° Breite treffen feuchtwarme Westwinde auf kalte polare Ostwinde (Polarfront). Die Grenze zur Hadley-Zelle liegt bei rund 30° bis 35° Breite.
Die Breiten sind nur grobe Näherungswerte, denn das Ganze ist ein Modell.
Definition
Zelle
Eine Zelle ist ein großer Luftkreislauf: Luft steigt irgendwo auf, strömt in der Höhe weg, sinkt anderswo ab und strömt am Boden zurück.
| Zelle | Lage (ungefähr) | Bodenwind |
|---|---|---|
| Hadley-Zelle | Äquator bis rund 30° Breite | Passate |
| Ferrel-Zelle | rund 30°–35° bis rund 60°–70° | Westwinde |
| Polarzelle | ab rund 60° bis zum Pol | polare Ostwinde |
Merke: Reihenfolge auf einer Halbkugel vom Äquator zum Pol: Hadley, Ferrel, Polar. Die mittlere Zelle läuft gegenläufig zu ihren Nachbarn.
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Die Erde dreht sich nach Osten. Weiter am Äquator bewegt sich die Erdoberfläche schneller nach Osten als weiter im Norden. Luft ist träge: Sie behält ihre Geschwindigkeit eine Zeit lang bei. Wenn sich Luft über die Erde bewegt, dreht sich die Erde deshalb unter ihr weg. Aus der Sicht der Luft sieht es so aus, als würde sie zur Seite abgelenkt. Diese Wirkung nennt man Corioliskraft.
Auf der Nordhalbkugel werden alle Objekte nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel nach links.
Passate: Am Boden strömt die Luft vom Hochdruckgürtel bei rund 30° Breite zurück zum Äquator. Die Erddrehung lenkt sie zu leicht östlichen Winden ab, also zu Winden, die aus Osten kommen. So entstehen der Nordostpassat auf der Nordhalbkugel und der Südostpassat auf der Südhalbkugel. Ein Wind bekommt seinen Namen nach der Richtung, aus der er weht.
Westwinde: In der Ferrel-Zelle der gemäßigten Breiten wird in Bodennähe Luft polwärts verlagert. Polwärts strömende Luftmassen ergeben wegen der Corioliskraft westliche Winde. Man spricht deshalb von der Westwindzone oder Westwinddrift.
Definition
Corioliskraft
Wegen der Erddrehung werden bewegte Dinge, auch Luft, auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt.
Beispiel: Ein Luftteilchen in Deutschland (Gedankenbeispiel)
- 1Ein Luftteilchen soll von Hamburg gerade nach Süden fliegen, nach München.
- 2Während es fliegt, dreht sich die Erde nach Osten weiter.
- 3Stuttgart ist in dieser Zeit dort angekommen, wo München zuvor war.
- 4Das Teilchen landet daher in Stuttgart. Es wurde nach rechts abgelenkt.
Merke: Nordhalbkugel: rechts. Südhalbkugel: links. Der Name eines Windes nennt die Richtung, aus der er kommt.
Teste dich
Die Innertropische Konvergenzzone, kurz ITC, ist eine wenige hundert Kilometer breite Tiefdruckrinne in Äquatornähe. Konvergenz heißt: Etwas strömt zusammen. Hier treffen von Norden und Süden Passatwinde aufeinander. Die Luft wird zum Aufstieg gezwungen.
Aufsteigende feuchte Luft kühlt ab. Kühlere Luft kann weniger Wasserdampf halten. Wird es so kalt, dass die Luft den Wasserdampf nicht mehr halten kann (man sagt: der Taupunkt wird unterschritten), kondensiert er: Er wird zu Wassertropfen. Es bilden sich mächtige Wolken, dazu kommen wolkenbruchartige Schauer und Gewitter. Am Boden sind die Winde in der ITC meist nur schwach.
In der Höhe strömt die Luft polwärts, kühlt weiter ab und sinkt bei rund 30° Breite größtenteils ab. Beim Absinken erwärmt sie sich. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen. Deshalb sinkt die relative Luftfeuchtigkeit, die Luft ist im Verhältnis trockener.
Der Passat, der von dort zurück zum Äquator weht, besteht aus Luft, die in der ITC aufgestiegen und wieder abgesunken ist. Überstreicht er Landmassen, bleibt seine Luft feuchtigkeitsarm. In weiten Regionen verursacht das trockenes Klima, auch Wüstenklima. Ein Beispiel für eine Küstenwüste, die durch trockene Passatwinde hervorgerufen wird, ist die Atacamawüste im Norden Chiles. Weht der Passat dagegen über Wasserflächen, nimmt er Feuchtigkeit auf und bringt Küstengebieten regelmäßige Niederschläge.
| Ort | Was passiert mit der Luft? | Folge |
|---|---|---|
| ITC | feuchte Luft steigt auf, kühlt ab | Wolken, Regen, Gewitter |
| rund 30° Breite | Luft sinkt ab, erwärmt sich | Hochdruck, relativ trockenere Luft |
| Passat über Land | Luft ist getrocknet | in weiten Regionen trockenes Klima |
Merke: Aufsteigende Luft kühlt ab: Wolken und Regen entstehen. Absinkende Luft erwärmt sich und ist relativ trockener. Über dem Meer nimmt der Passat aber wieder Feuchtigkeit auf.
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Alles auf einen Blick
Atmosphärische Zirkulation
Antrieb
Die Sonne erwärmt den Äquator pro Fläche stärker als die Pole. Das Temperaturgefälle bedeutet grundsätzlich ein Luftdruckgefälle.
Zellen
Vom Äquator zum Pol folgen Hadley-, Ferrel- und Polarzelle. Die Ferrel-Zelle läuft gegenläufig zu den beiden anderen.
Breiten
Die Hadley-Zelle reicht bis rund 30° Breite, die Polarzelle beginnt ab rund 60°. Dazwischen liegt die Ferrel-Zelle.
Corioliskraft
Sie lenkt Luft im Norden nach rechts und im Süden nach links ab. So entstehen Nordost- und Südostpassat.
ITC
Aufsteigende feuchte Luft kühlt ab, Wasserdampf kondensiert, und es gibt Wolken, Regen und Gewitter.
Passate
Ihre Luft ist durch Aufstieg und Wiederabstieg getrocknet. Über Land entsteht in weiten Regionen trockenes Klima.
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Einen Wind der Südhalbkugel bestimmen
- 1Aufgabe (erfundenes Beispiel): Auf der Südhalbkugel strömt Luft am Boden vom Hochdruckgürtel bei rund 30° Breite zur Tiefdruckrinne am Äquator. Wie heißt der entstehende Wind?
- 2Schritt 1: Die Luft bewegt sich auf den Äquator zu, also nach Norden.
- 3Schritt 2: Auf der Südhalbkugel wird alles nach links abgelenkt.
- 4Schritt 3: Durch die Ablenkung wird daraus ein leicht östlicher Wind, der aus Osten kommt. Er kommt aber auch von Süden her.
- 5Schritt 4: Ein Wind heißt nach der Richtung, aus der er weht. Es ist ein Südostpassat.
Fehler finden
Prüfe die Aussagen zum Bodenwind der Nordhalbkugel In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 4Der Name eines Windes nennt die Richtung, aus der er weht, nicht die Richtung, in die er weht. Richtig: Der Nordostpassat weht aus Nordosten.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Warme Luft am Äquator , deshalb entsteht am Boden ein Tief. Auf der Nordhalbkugel lenkt die Corioliskraft Bewegungen nach ab. Luft, die bei rund 30° Breite , erwärmt sich und wird relativ trockener.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback