Warum der Wind so weht, wie er weht...

Der Wind ist ein Ausgleich für die bestehenden Luftdruckunterschiede auf unserem Planeten. Der Wind entsteht nun durch verschiedene Kräfte, die hierbei zum Tragen kommen. Eine der wesentlichsten Kräfte ist die Druckgradientkraft. Sie ist bedingt durch die Luftdruckunterschiede zwischen Hochdruckgebieten und Tiefdruckgebieten. Die Druckgradientkraft ist gerichtet vom hohen Druck zum niedrigen Druck, also vom Hoch zum Tief. Würde man alle anderen Kräfte außen vor lassen und nur diesen Druckausgleichwind beschreiben, spricht man vom "Eulerschen Wind".

Nun wirken aber auch noch andere Kräfte. Da ist beispielsweise die "Corioliskraft". Sie ist bedingt durch die Drehung der Erde. Nehmen wir mal an, die Erde würde sich nicht drehen und still stehen. Dann würde ein Luftpaket sich bedingt durch die Luftdruckunterschiede von Stuttgart nach Hamburg bewegen. Ganz ungestört und fromm. Man könnte dem Luftpaket hinterherwinken. Aber so einfach ist es nicht, denn die Erde dreht sich ja. Und zwar von West nach Ost. Grad deswegen sehen wir morgens am Osthimmel die Sonne aufgehen.

Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft. Würde die Erde sich nicht drehen, gäbe es diesen "Coriolis-Effekt" nicht. Dieser wirkt senkrecht zur Druckgradientkraft und lenkt den wehenden Wind auf der Nordhalbkugel nach rechts ab, auf der Südhalbkugel nach links. Hier eine unterstützende Grafik, Quelle:  http://www.geographie.uni-muenchen.de 

Man sieht also, dass die Corioliskraft ein durch die Druckgradientkraft bewegtes Luftpaket so lange nach rechts ablenkt, bis es senkrecht zu ihr fließt. Dieser dabei entstandene Wind fließt parallel zu den Isohypsen oberhalb der planetarischen Grundschicht. Man nennt ihn "Geostrophischen Wind". Die planetare Grundschicht ist die Schicht etwa unterhalb 1000 bis 1500 Metern, oberhalb derer keine Reibungskräfte herrschen und der Geostrophische Wind ungestört wehen kann. Isohypsen sind übrigens auf den Höhen-Wetterkarten die Linien gleichen Geopotenzials. Entlang einer Linie liegt beispielsweise die 500 hPa-Fläche auf 5520 Metern über NN.

Nun haben wir also zusammenfassend gelernt, dass der durch die bloße Druckgradientktaft entsehende Eulersche Wind durch die Corioliskraft auf der Nordhalbkugel eine Rechtsdrehung erfährt, bis er parallel zu den Isohypsen weht. Hier eine entsprechende absolute Topografie (500 hPa) mit aus Radiosondendaten gewonnenen Windfiedern, die das ganze eben erläutertet veranschaulicht:

Nun haben wir also den Eulerschen Wind und den Geostrophischen Wind kennen gelernt. Jetzt müssen wir uns klar machen, dass unterhalb der planetarischen Grundschicht noch eine weitere Kraft wirkt: die Reibungskraft. Sie ist als Kraft dem Wind entgegengerichtet und bremst ihn nahe der Erdoberfläche. Reibungskräfte entstehen durch Gebirge, Bodenrauhigkeiten, Häuser etc. Die Reibung ist eine ageostrophische Windkomponente. Wegen der herrschenden Druckgradientkraft, die ja ihren Betrag nicht ändert, erfährt der Wind nun unterhalb der planetarischen Grundschicht eine Eindrehung des Windes in Richtung Tiefdruckgebiet. Hier dazu eine entsprechende Grafik, Quelle:  http://www.geographie.uni-muenchen.de 

Unterhalb der Reibungsschicht, bodennahe Verhältnisse:

An der Bodenwetterkarte kann man dies immer wieder gut erkennen. Ich habe hier ein Beispiel, bei dem ich die entsprechenden Windfiedern, an denen man dies gut erkennen kann, rot markiert:

Ein weiteres wichtiges Element, welches ich in diesem Rahmen beschreiben möchte, ist die Zentrifugalkraft, also die Fliehkraft. Sie wirkt in Druckgebilden nach außen. Die Fliehkraft merkt man beispielsweise im Alltag, wenn man mit dem Auto schnell in einer Kurve fährt. Es drückt einen nach außen, vom Drehzentrum weg. Kommt nun die vorhin angesprochene Druckgradientkraft ins Spiel, so kommen wir zu dem Schluss, dass die Zentrifugalkraft im Tiefdruckgebiet der Druckgradientkraft entgegenwirkt, im Hochdruckgebiet wirkt sie zusammen mit der Druckgradientkraft in eine Richtung, weil ja die Druckgradientkraft vom Hoch zum Tief gerichtet ist. Darum herrscht im Hoch bei gleichem Druckgradienten und gleicher Reibung der stärkere Wind als im Tief. Das nennt man den "Supergeostrophischen Effekt", bzw. den Supergeostrophischen Wind. In der Praxis hat man solch einen Effekt zum Beispiel an Hochdruckrandlagen, wenn wir ein Skandinavienhoch haben und ein doch recht munterer Ostwind weht.

Ich habe nun die wichtigsten Windkomponenten möglichst einfach erläutert, nämlich die Druckgradientkraft, die Corioliskraft, die Reibungskraft und die Zentrifugalkraft. Dies gilt natürlich nur für die großangelegten Drucksysteme auf unserer Erde. Bei Gewittersystemen, Mesozylonen, Tornados oder auch Squall lines sind natürlich noch andere Dinge zu beachten wie die Physik der Auf- und Abwindsysteme. In diesem Beitrag soll jedoch das Zusammenwirken der verschiedenen Kräfte in großen Hochs und Tiefs erläutert werden. Ich hoffe, das Lesen hat Spass gemacht und die Erklärungen waren einleuchtend.

Marco Puckert, 23.08.2006