Meteorologische Grundlagen: Niederschlag, Druck & globale Zirkulation

Arten von Niederschlag

Niederschlag ist ein wesentlicher Bestandteil des Wasserkreislaufs und tritt in verschiedenen Formen auf:

• Regen

  Regen besteht aus flüssigen Wassertröpfchen, die durch die Kondensation von Wasserdampf in der Atmosphäre entstehen. Er kann auch aus schmelzenden Eiskristallen resultieren, die während ihres Falls schmelzen. Außer in tropischen Gebieten entsteht der meiste Regen durch diesen Prozess.

• Schnee

  Schnee entsteht durch das Wachstum von Eiskristallen, die sich mit anderen kleineren Kristallen verbinden. Schneeflocken sind stark verzweigte Aggregate von Kristallen, wodurch ihre Fallgeschwindigkeit sehr gering ist. Schneematsch kann teilweise geschmolzener Schnee oder gefrorene Regentropfen sein.

• Hagel

  Hagel besteht aus festen Eiskugeln, die nur in großen konvektiven Stürmen entstehen. Aufwinde sind stark genug, um große Regentropfen bis in die Spitze der Wolke zu ziehen, wo sie gefrieren. Dieses Phänomen wiederholt sich oft, weshalb Hagelkörner häufig einen konzentrischen Schichtaufbau aufweisen.

Der vertikale Temperaturgradient

Die Temperatur in der Troposphäre sinkt im Allgemeinen mit der Höhe. Der vertikale Temperaturgradient (VTG) beträgt im Durchschnitt 6,5 °C/km. Der tatsächliche Verlauf kann jedoch an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit sehr unterschiedlich und oft nicht einheitlich sein.

Antizyklon (Hochdruckgebiet)

Antizyklone sind Hochdruckgebiete und werden oft mit einem 'H' (für Hoch) symbolisiert. In einem Hochdruckgebiet sinkt kalte Luft ab, und der Wind strömt vom Zentrum nach außen.

Zyklon (Tiefdruckgebiet)

Ein Zyklon ist ein Tiefdruckgebiet, oft auch als Sturm oder Hurrikan bezeichnet. Es wird oft mit einem 'T' (für Tief) symbolisiert. Bei einem Zyklon steigt warme Luft auf. An ihre Stelle strömt kalte Luft aus der Umgebung nach, wodurch Winde entstehen, die in das Zentrum des Sturms wehen.

Der Wind in Zyklonen ist konvergent (strömt zum Zentrum), während er in Antizyklonen divergent ist (strömt vom Zentrum weg). Nahe der Oberfläche weht der Wind daher von einem Hochdruckgebiet zu einem Tiefdruckgebiet. In höheren Atmosphärenschichten kann sich dies umkehren. Der Windweg ist aufgrund von Topographie und dem Coriolis-Effekt selten geradlinig.

Der Coriolis-Effekt

Der Coriolis-Effekt ist eine Scheinkraft, die durch die Erdrotation entsteht und bewegte Objekte (wie Luft- und Wassermassen) ablenkt. Er ist an den Polen am stärksten und am Äquator am schwächsten. Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist am Äquator am höchsten und nimmt zu den Polen hin ab. In der nördlichen Hemisphäre werden bewegte Luftmassen nach rechts abgelenkt, während sie in der südlichen Hemisphäre nach links abgelenkt werden.

Globale atmosphärische Zirkulation

Die globale atmosphärische Zirkulation wird durch Temperaturunterschiede und den Coriolis-Effekt angetrieben. Am Äquator entstehen durch die intensive Sonneneinstrahlung und Erwärmung äquatoriale Tiefdruckgebiete. In den Polarregionen führt die starke Kälte zu polaren Hochdruckgebieten. Theoretisch würde der Oberflächenwind direkt von den polaren Hochdruckgebieten zu den äquatorialen Tiefdruckgebieten strömen. Der Coriolis-Effekt bewirkt jedoch, dass der Transport in drei Hauptzellen erfolgt:

• Die Hadley-Zelle

  Die Hadley-Zelle ist die energiereichste Zelle, angetrieben durch die intensive Sonneneinstrahlung am Äquator. Hier steigt erwärmte Luft in äquatorialen Tiefdruckgebieten auf bis zur Tropopause und strömt dann horizontal in Richtung der Pole. Durch den Coriolis-Effekt werden diese Winde abgelenkt, und die Luft sinkt in den subtropischen Hochdruckgebieten (etwa 30° Breite) wieder ab, was zur Entstehung von Wüsten führt. Beispiele hierfür sind das Azorenhoch (verantwortlich für die Passatwinde) und das kontinentale Saharahoch, die das Klima der Kanarischen Inseln beeinflussen. Am Äquator entsteht durch die Konvergenz der Passatwinde die Intertropische Konvergenzzone (ITCZ).

• Die Polarzelle

  In der Polarzelle strömt kalte Oberflächenluft von den polaren Hochdruckgebieten in Richtung des 60. Breitengrades. Dort steigt sie in den subpolaren Tiefdruckgebieten auf und strömt in der Höhe zurück zu den Polen. Im Winter kann diese Zirkulation bis zu 30-40 Grad nördlicher oder südlicher Breite reichen.

• Die Ferrel-Zelle

  Die Ferrel-Zelle liegt zwischen der Hadley-Zelle und der Polarzelle. Sie ist eine indirekte Zirkulationszelle, die durch die anderen beiden Zellen angetrieben wird. An der Oberfläche wehen hier die Westwinde (Westerlies), die von den subtropischen Hochdruckgebieten in Richtung der Polarregionen strömen.