Luftdruck und Wind & Windsysteme

= Gewicht einer Luftsäule auf einer Einheitsfläche von 1 cm²

• in Hektopascal (hPa) angegeben (1000 mbar = 1000 hPa)

• Normaldruck: in 45° Geogr.Br., in 0 m NHN, +15° C = 1013,25 hPa = 1 atm, 1013 bar, 1kg/cm²

• Flüssigkeiten & Gase  -> allseitiger Druck

• wegen großer Molekülanzahl wirkt Druckkraft allseitig gleich

• Moleküle von Gasen in ständiger Bewegung ... ständige Zusammenstöße untereinander und mit begrenzenden Wänden

Hochdruckgebiet (H):

• Luftdruck über 1013 hPa

• Charakterisiert durch absinkende Luftbewegungen → stabiles, trockenes Wetter

• Auf Wetterkarten dargestellt durch eng geschlossene Isobaren

Tiefdruckgebiete (T):

• Luftdruck unter 1013 hPa

• Charakterisiert durch aufsteigende Luftbewegungen → oft bewölktes, regnerisches Wetter

• Auf Wetterkarten durch eng geschlossene Isobaren gekennzeichnet

Isobaren (auf Wetterkarte):

• Orte gleichen Luftdrucks werden durch Linie miteinander verbunden

• Abstand der Isobaren: Je enger die Linien, desto stärker der Druckgradient → höhere Windgeschwindigkeit

• Beispiel:100 km Abstand zwischen Isobaren → Sturm (Windstärke 9 Beaufort)

Einfluss von Temperatur, Volumen und Höhe

• Temperaturerhöhung -> Erhöhung der kinetischen Energie/Kraft der Stöße -> Druck steigt. Luft komprimiert, Temperatur steigt

• Volumenvergrößerung ->  weniger Moleküle pro Volumeneinheit/ weniger Stöße -> Druck fällt, Temperatur fällt  (Temperaturabnahme 0,65 K/100 m = 6,5 K/km

• mit zunehmender Höhe -> Heizflächen zur Absorption kleiner -> Luftdruck sinkt -> Volumenvergrößerung sinkt auch die Temperatur (Gebirgshöhen schmilzt der Schnee im Sommer nicht ab: schneebedeckte Gipfel am Äquator)

Abweichung von der Standardatmosphäre:

• je höher die Lufttemperatur, desto geringer die Luftdichte, desto leichter ist die Luft, Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe in warmer Luft langsamer ab

• je kleiner die Lufttemperatur, desto größer die Luftdichte, desto schwerer ist die Luft (polare Luftmassen). Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe in kalter Luft schneller ab

• wegen Vergleichbarkeit werden alle Luftdruckwerte auf Meeresniveau reduziert, da die Daten von Stationen aus unterschiedlicher Höhenlage stammen = reduzierter Barometerstand (Abnahme Bodennähe 1hPa / 8m)

Luftdruck und Wind:

• Hochdruckgebiet: von Isobaren umgeben, die nach allen Seiten einen tieferen Druck anzeigen -> Tiefdruckgebiet umgekehrt

• Gradientkraft: ist proportional zum Druckunterschied (Druckgefälle), Wind = Ausgleichsströmung zwischen Hoch und Tief

Abstand der Isobaren zueinander -> Maß für die Windgeschwindigkeit:

• geringe Distanz, dann Druckunterschied groß: turbulentes bzw. stürmisches Wettergeschehen

• große Distanz, dann Druckunterschied gering: ruhiges, windarmes Wettergeschehen.

Druckgradienten und Wetterkarten:

• Höhenwetterkarte zeigen „Absolute Topographien“

• Isohypsenkarten von Hauptisobarenflächen

• Funktion der Temperatur (vertikale & horizontale Dynamik )

Luftdruck Abbildung

Windstärke und Windrichtung (aus Richtung Wind kommt):

• Nordwind: kommt aus Norden und weht nach Süden

• Seewind: kommt von der See und weht aufs Land

• Talwind: kommt aus dem Tal und weht die Hänge hinauf

Windgeschwindigkeit

= bewegte Luft in der Zeiteinheit

Umrechnung:

• Knoten

• durch Bodenreibung wird Wind abgebremst

• mit zunehmender Höhe nimmt dadurch Windgeschwindigkeit zu

• Einteilung Windstärken in 12 Stufen

Windentstehung

• Wind = horizontal bewegte Luft zum Ausgleich von Luftdruckunterschieden bei ungleicher Erwärmung der Erdoberfläche

• Auf kleinem Raum:Luft strömt auf direktem Wege vom hohen zum tieferen Druck -> Zirkulation entsteht

Stadtklimaanalyse:

• Starke Erwärmung der Stadt durch dichte Bebauung, hoher Versiegelungsgrad, dunkler Asphalt (Absorption), Abgase

Land Seewindsystem

Tag:

1. Landfläche erhitzt sich schneller als Meer

2. Luft steigt auf

3. Hoch oben tief am Boden

4. Abkühlung durch Aufsteigen kann zu Wolkenbildung führen

5. Luft strömt zu mehr, kühlt ab, sinkt nach unten

6. T am Meer

7. Seewind sehnt zum hohen zum tiefen Druckm Ausgleichbewegung Boden

Nacht:

1. Meer speichert Wärme länger als Land

2. Waren Luft steigt auf: Bodennahm T, oben Meer H

3. Luft strömt zum Land: kühlt ab -> wird dichter-> sinkt ab

4. Bosennah H oben T

5. Landweht weht vom Hohen zu tiefen Druck

Siehe Lernblatt :

Weitere Fallwinde:

• Mistral

• Gletscherwind

• Bora

Welche Konsequenzen hat dies für äquatornahe Regionen ?

• Wind weht direkt aus Gebieten hohen Drucks in Gebiete tiefen Drucks -> in den inneren Tropen können keine Druckgegensätze lange andauern

• durch fehlende Corioliskraft ruft gleiche Luftdruckunterschied in inneren Tropen (5° Breite) einen ca. 10-mal stärkeren Wind hervor als in 60° Breite

• äquatorferner: Corioliskraft bewirkt Ablenkung der Luftströmung

• Coriolisbeschleunigung bei höheren Windgeschwindigkeiten größer als bei niedrigen Windgeschwindigkeiten

Luftdruck und Wind bei gekrümmten Isobaren:

• auf Nordhalbkugel Bewegung um ein Tief = Zyklone, isobarenparallel = gegen Uhrzeigersinn = zyklonal

• um ein Hoch = Antizyklone, isobarenparallel = im Uhrzeigersinn = antizyklonal

• auf Südhalbkugel genau umgekehrt

• bei gekrümmtem Isobarenverlauf = geostrophisch- zyklostrophische Bewegung = umkreisende Windbewegung, kein Druckausgleich

• Luftströmung vom Hoch zum Tief in Bodennähe (Reibung).      = geotriptisch-zyklostrophisch

• aus Hochdruckgebiet strömt spiralförmig Luft wieder spiral- förmig in Tiefdruckgebiet hinein: Winddrehung rechts aus Hochdruck- gebiet raus und links ins Tiefdruck- gebiet rein = Luftmassenausgleich am Boden

• im Tiefdruckgebiet strömt Luft nach oben, gerät so unter niedrigeren Druck, kühlt ab. Kondensationserscheinungen, Wolken, Regen

• Zentrifugalkraft führt Luft nach außen. Resultat: Luftwirbel, mit kreisförmigen Bahnen um Mittelpunkt des Tiefs. Luftwirbel, mit senkrechten Achsen können zum Orkan anwachsen

• im Hochdruckgebiet spiralförmiges Ausströmen im Uhrzeigersinn = antizyklonal -> Luft strömt nach unten, höherer Druck, Erwärmung.

• Luft kann dadurch mehr Wasserdampf aufnehmen, Wolkenauflösung, Aufklaren des Himmels, schönes Wetter

Luftdruck Konvergenz und Divergenz

Luftdruck und Wind: Zusammenfassung - Konsequenzen

• Wind ist umso stärker, je stärker das Luftdruckgefälle ist

• Corioliskraft führt zu einer Ablenkung der Winde: NHK>> nach rechts SHK >> nach links

• Ablenkung ist in Äquatornähe (Tropen) klein am Äquator = 0 und in den Mittelbreiten groß

• geostrophische (und geostrophisch-zyklostrophische) Luftbewegungen führen keinen Druckausgleich herbei = Höhenwinde

• geotriptisch-zyklostrophische Luftbewegungen führen zu Druckausgleich durch Reibung am Boden = bodennahe Winde

• wegen abnehmender Reibung nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zu. Gleichzeitig dreht die Windrichtung etwas mit der Höhe: ->NHK >> nach rechts SHK >> nach links

• (antizyklonale) Hochdruckgebiete sind mit Winddivergenz, (zyklonale) Tiefdruckgebiete mit Windkonvergenz verbunden

• Divergenz bzw. Konvergenz des Bodenwindfelds erfordert vertikale Ausgleichsströmungen im Inneren von Antizyklonen bzw. Zyklonen

• im Hoch >> abwärts im Tief >> aufwärts (mit vielfältigen thermodynamischen Konsequenzen...)

• Druckunterschiede in Tropen schneller ausgeglichen als in Mittelbreiten

• über längere Zeiträume treten in den Tropen deutlich geringere Druckdifferenzen auf als weiter polwärts

Barometrische Höhenformel:

• Exponentielle Abnahme des Schweredrucks in der Luftsäule