Warum regnet es oft in den Tropen und warum scheint in der Wüste häufig die Sonne?

Globale Zirkulation

Verantwortlich für die regional unterschiedlichen Witterungen auf der
Erde ist die allgemeine atmosphärische Zirkulation (siehe auch Grafik). Diese basiert auf der unterschiedlichen Einstrahlung
der Sonne auf die Erde.

Durch die Neigung der Erde und ihrer Drehung um die Sonne wird den
äquatornahen Regionen sehr viel Energie in Form von Sonnenstrahlung
zugeführt. Dadurch können sich die bodennahen Schichten stark
aufheizen. Die warme und leichte Luft steigt auf und es entsteht
somit die sogenannte Innertropische Tiefdruckrinne
(Inter-Tropical-Convergence Zone, ITCZ). Am Boden strömt Luft nach,
die aufgrund der Erddrehung auf der Nordhalbkugel nach rechts sowie
auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt wird. Die entstehenden
Winde sind auch als Passatwinde oder im englischen auch als "Trade
Winds" (Handelswinde) bekannt. Diese Bezeichnung beruht auf den
Zeiten, als sich die Segelschiffe auf dem Weg nach Amerika dieses
Phänomen zunutze machten.

In der Höhe stellt sich gleichzeitig eine Ausgleichsströmung zur
Bodenströmung ein. Vom Äquator weg strömt dort die Luft in Richtung
Pole. Sie wird jedoch spätestens bei 30° nördlicher bzw. südlicher
Breite gezwungen, wieder abzusinken. Am Boden entstehen dabei
Hochdruckgebiete, die schließlich den sogenannten subtropischen
Hochdruckgürtel bilden. Durch das Absinken der Luft können sich keine
Wolken bilden, sodass dort die Sonne meist ungehindert scheinen kann.
Durch fehlende Niederschläge können sich in diesen Regionen Wüsten
ausbreiten. Die beschriebene sehr stabile Zirkulation, die sich
sowohl auf der Nordhalbkugel als auch auf der Südhalbkugel finden
lässt, wird als Hadley-Zelle bezeichnet. Wäre die
Rotationsgeschwindigkeit der Erde um ihre Drehachse wesentlich
langsamer, so wäre die Corioliskraft (Rechtsablenkung der Luft)
geringer und die Hadley-Zellen würden sich vom Äquator bis zu den
Polen erstrecken. Die tatsächliche Rotationsgeschwindigkeit der Erde
bewirkt aber die Ausbildung zweier weiterer meridionaler (in
Süd-Nord-Richtung) Zirkulationszellen!

Die sogenannte Polarzelle beschreibt dabei ein der Hadleyzelle
entgegengesetztes Phänomen. Durch die Abflachung der Pole und der
resultierenden sehr geringen Sonneneinstrahlung kühlt es an den Polen
stark aus. Da kalte Luft schwer ist, sinkt sie ab. Am Boden entsteht
daher ein polares Hochdruckgebiet. Die absinkende Luft strömt dort in
Richtung Äquator auseinander. Durch die Erdrotation werden diese
Winde nach rechts abgelenkt (Corioliskraft) und wehen nach Westen.
Haben sich die polaren Ostwinde ausreichend erwärmt, steigt die Luft
wieder auf, um dann in der Höhe wieder zu den Polen zurückzufließen.

Zwischen diesen beiden genannten Zellen stellt sich schließlich eine
dritte indirekte und gegenläufige Zelle ein, die unter dem Namen
Ferrel-Zelle bekannt ist. In dieser weht der Wind am Boden aus der
subtropischen Hochdruckzone kommend nach Nordosten. Die Zone heißt
daher auch Westwindzone oder Westwinddrift der gemäßigten Breiten.
Die Ferrel-Zelle ist im Vergleich zur Polar- oder Hadley-Zelle
wesentlich instabiler, da bei ca. 60° bis 70° geographischer Breite
die feuchtwarmen Westwinde auf kalte polare Ostwinde treffen. Dabei
entsteht die Polarfront, die beide Luftmassen voneinander trennt. An
dieser Front steigt die Luft auf und es entstehen am Boden
Tiefdruckgebiete, die auch unser Wetter in Deutschland mit bestimmen.
In der Höhe strömt die Luft schließlich wieder nach Süden bzw.
Norden.

Alle drei atmosphärischen Zellen sind beim Wärme- und
Energietransport zwischen den Tropen und den Polen von wesentlicher
Bedeutung. Ohne diesen Mechanismus würde es an den Polen immer kälter
und in den Tropen gleichzeitig immer wärmer werden. Da im Nordwinter
insbesondere die Regionen nördlich des Sonnenwendekreises extrem
auskühlen, muss in diesen Monaten besonders viel Wärme nach Norden
transportiert werden. Daher tritt im Winter im Vergleich zu den
Sommermonaten oftmals eine größere Anzahl an Tiefs auf, die häufig
auch stärker ausfallen. In diesem Fall spricht man auch gerne von
den typischen Herbst- und Winterstürmen.

Gerade im Moment sind die westlichen Winde über Mitteleuropa und
somit auch über Deutschland sehr stark. In rascher Abfolge verlagern
sich kleine Tiefdruckgebiete vom Atlantik kommend über Großbritannien
und die Nordsee nach Osten. Damit verbunden herrscht in vielen
Regionen Deutschlands derzeit windiges, teils auch stürmisches Wetter
vor. Den bisherigen Höhepunkt bildete das Orkantief Christian mit
Spitzenwindgeschwindigkeiten von bis zu 172 km/h (St. Peter Ording).
Das nächste kleine Sturmtief mit Windgeschwindigkeiten in Sturm-, auf
den exponierten Bergen auch Orkanstärke, erwarten wir nun in der
Nacht auf Samstag.

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 08.11.2013

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