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Atmosphärische Zirkulation einfach erklärt
Die atmosphärische Zirkulation ist das weltweite System großräumiger Luftbewegungen. Sie verteilt Wärme zwischen Äquator und Polen und erzeugt typische Druck- und Windgürtel. Auf jeder Halbkugel beschreibt das vereinfachte Modell drei Zellen: Hadley-, Ferrel- und Polarzelle.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Warum bewegt sich die Luft weltweit?
Am Äquator treffen die Sonnenstrahlen steiler auf die Erdoberfläche als in Richtung der Pole. Dadurch erhalten äquatornahe Gebiete mehr Sonnenenergie und erwärmen sich stärker. Zu den Polen hin fällt der Einfallswinkel flacher aus und die Erwärmung wird geringer.
Warme Luft dehnt sich aus, wird leichter und steigt auf. Kalte Luft ist dichter und sinkt eher ab. So entstehen Unterschiede bei Temperatur und Luftdruck. Luft strömt zum Druckausgleich und transportiert dabei Energie.
Atmosphärische Zirkulation
Die atmosphärische Zirkulation umfasst die großräumigen horizontalen und vertikalen Luftbewegungen der Erde einschließlich der globalen Windsysteme.
Am Äquator erwärmen sich Erdoberfläche und Luft besonders stark. Die warme Luft steigt auf. Am Boden fehlt dadurch Luftmasse: Es bildet sich die äquatoriale Tiefdruckrinne. In der Höhe strömt Luft in Richtung höherer Breiten. Bei ungefähr 30° sinkt ein Teil der Luft wieder ab und erhöht dort den Bodendruck. So entsteht der subtropische Hochdruckgürtel.
Ungleiche Erwärmung führt zu Temperatur- und Druckunterschieden. Diese Unterschiede setzen Luft in Bewegung.
Wie funktionieren die drei Zirkulationszellen?
Das Drei-Zellen-Modell teilt jede Halbkugel in drei schematische Zirkulationsbereiche. Die angegebenen Breitengrade sind ungefähre Modellgrenzen und keine überall starren Linien.
| Zelle | Ungefährer Breitenbereich | Bodennahe Grundströmung |
|---|---|---|
| Hadley-Zelle | 0–30° | zum Äquator |
| Ferrel-Zelle | 30–60° | polwärts |
| Polarzelle | 60–90° | vom Pol äquatorwärts |
Hadley-Zelle
Am Äquator steigt stark erwärmte Luft auf. In der Höhe strömt sie polwärts und sinkt ungefähr bei 30° Breite ab. Bodennah fließt sie zurück zum äquatorialen Tief. Dieser Kreislauf heißt Hadley-Zelle.
Ferrel-Zelle
Zwischen etwa 30° und 60° liegt die Ferrel-Zelle. Bodennah bewegt sich Luft vom subtropischen Hoch in Richtung der subpolaren Tiefdruckzone. In der Höhe erfolgt die Gegenströmung. Die Ferrel-Zelle dreht im Modell entgegengesetzt zu den beiden benachbarten Zellen.
Polarzelle
Über den kalten Polen sinkt Luft ab und bildet bodennahe Kältehochs. Von dort strömt sie äquatorwärts. Im Bereich um 60° steigt Luft auf; in der Höhe fließt sie zurück zu den Polen. Das ist die Polarzelle.
Die Atmosphäre verhält sich komplexer als dieses Schema. Die drei Zellen sind ein Modell, mit dem du grundlegende Druck- und Windgürtel erklären kannst.
Wie entstehen die globalen Windgürtel?
Luft strömt nicht geradlinig zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten. Durch die Erdrotation erscheint ihre Bewegungsrichtung abgelenkt. Diese scheinbare Wirkung heißt Corioliskraft.
Bezogen auf ihre Bewegungsrichtung wird Luft
- auf der Nordhalbkugel nach rechts und
- auf der Südhalbkugel nach links
abgelenkt. Die Ablenkung nimmt mit wachsender Entfernung vom Äquator zu.
Dadurch entstehen drei große bodennahe Windsysteme:
| Breitenbereich | Vorherrschendes Windsystem |
|---|---|
| Äquatornahe Breiten | Nordost- und Südostpassat |
| Gemäßigte Breiten | Westwindzonen |
| Polare Breiten | Polare Ostwinde |
Die Passate strömen aus den subtropischen Hochdruckgebieten zur äquatorialen Tiefdruckrinne. In der innertropischen Konvergenzzone (ITC) treffen Nordost- und Südostpassat zusammen. Konvergenz bedeutet hier: Luftströmungen laufen zusammen.
Auf der Nordhalbkugel fließt Luft bodennah vom subtropischen Hoch zum Äquator. Die Corioliskraft lenkt sie nach rechts ab. So entsteht der Nordostpassat, der aus nordöstlicher Richtung weht.
Die Druckunterschiede setzen die Luft in Bewegung; die Erdrotation lenkt diese Bewegung ab.
Wie prägt die Zirkulation Klima und Wetter?
Wo feuchte Luft aufsteigt, kühlt sie ab. Wasserdampf kondensiert, Wolken bilden sich und starke Niederschläge werden begünstigt. Das geschieht besonders nahe der ITC am Äquator.
Bei ungefähr 30° Breite sinkt Luft ab und erwärmt sich. Wolkentröpfchen können verdunsten; Niederschläge werden dadurch weniger wahrscheinlich. Dieser Zusammenhang begünstigt trockene subtropische Gebiete und große Wüsten wie die Sahara.
In den mittleren Breiten treffen wärmere Westwinde und kalte polare Luftmassen aufeinander. Der Übergangsbereich heißt Polarfront. Dort entstehen häufig Tiefdruckgebiete, die das Wetter der mittleren Breiten prägen.
Vertiefung: Jetstreams
Wo in der Höhe besonders große Druckgegensätze bestehen, können schmale Zonen sehr schneller Höhenwinde entstehen. Dazu zählen der Subtropenjet und der Polarfrontjet. Der Polarfrontjet steht mit den dynamischen Tiefdruckgebieten der mittleren Breiten in Verbindung.
Zwei Orte liegen in ähnlicher Höhe: Ort A befindet sich nahe am Äquator in einer Aufstiegszone, Ort B ungefähr bei 30° in einem Absinkbereich. Für Ort A sind Wolken und starke Niederschläge wahrscheinlicher. Für Ort B ist trockenes Wetter wahrscheinlicher, weil die absinkende Luft sich erwärmt.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Atmosphärische Zirkulation
- Antrieb: ungleiche Sonneneinstrahlung und Erwärmung
- Druckausgleich: aufsteigende, absinkende und horizontal strömende Luft
- Zellen: Hadley-, Ferrel- und Polarzelle
- Ablenkung: Corioliskraft durch Erdrotation
- Windgürtel: Passate, Westwinde und polare Ostwinde
- Klimawirkung: feuchte Aufstiegs- und trockene Absinkbereiche
- Energieaustausch: Verringerung des Temperaturgegensatzes zwischen Äquator und Polen