Windprozesse

 

 

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Windprozesse

Kräfte bei Vergenzen

Hauptursache für den Wind sind also Unterschiede im Luftdruck zwischen verschiedenen Luftmassen. Dabei fließen Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet), bis der Luftdruckunterschied ausgeglichen ist. Bei Wind handelt es sich daher um einen Massenstrom, welcher nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik zur Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit zur maximale Entropie führt. Die zugehörige Kraft bezeichnet man als Druckgradientkraft. Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, um so heftiger strömt die Luft in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und um so stärker ist der daraus resultierende Wind.

Obwohl die Geschwindigkeit großräumiger vertikaler Luftbewegungen im Vergleich zu horizontalen Strömungen um zwei bis drei Größenordnungen kleiner ist, sind gerade diese vertikalen Luftbbewegung von entscheidender Bedeutung für das Wettergeschehen. Vertikale Luftbewegungen werden in der Meteorologie Konvektion genannt. Großräumige dynamische Hebung ist nämlich verbunden mit demgemäßer adiabatischer Abkühlung und bei entsprechendem Feuchtegehalt der Luft mit daraus resultierender Wolken- und Niederschlagsbildung, während ein dementsprechendes Absinken von Luftmassen zu Erwärmung und zur Auflösungstendenz möglicherweise vorhandener Bewölkung führt. Weil die auf- und abwärts gerichteten Luftbewegungen räumlich und zeitlich untrennbar mit der Entstehung, Entwicklung und Verlagerung von Hoch- und Tiefdruckgebieten einhergehen und damit auch mit den darin eingelagerten Fronten in Verbindung stehen, wird die Dynamik dieser Wetterabläufe gerade beim Blick auf die hier wirkenden Kräfte und Prozesse einsichtig. Zieht man in Betracht, daß sowohl am Boden als auch an der Tropopause sich die vertikale Windgeschwindigkeit bis auf Null verringert, während sie in der mittleren Troposphäre ihr Maximum erreicht und berücksichtigt außerdem, daß die Luft als quasi inkompressibel betrachtet werden kann, kommt man unter Beachtung des Gesetzes der Massenerhaltung zu der in Abbildung oben rechts wiedergegebenen räumlichen Verteilung von horizontalen Vergenzen (Konvergenzen und Divergenzen) und Vertikalbewegungen sowie der dabei wirkenden Kräfte.

Die Abbildung rechts oben zeigt die mittlere Verteilung und Stärke von horizontalen Vergenzen (schwarze Pfeile) und die Stärke der Vertikalbewegung in der Troposphäre (rote/grüne Pfeile); links: Absinken mit Konvergenz in der Höhe und Divergenz am Boden; rechts: Hebung mit Konvergenz am Boden und Divergenz in der Höhe. Die in der linken Bildhäfte dargestellten Verhältnisse entsprechen denen bei der Entwicklung eines Hochdruckgebiets (Antizyklogenese), die rechts denen bei der Entwicklung eines Tiefdruckgebiets (Zyklogenese). Man spricht demzufolge von Divergenz der Luft im Zusammenhang mit einer Antizyklone und von Konvergenz bei einer Zyklone. Die Divergenz ist mit einem Absinken der Luft verbunden, währenddem die Konvergenz von einer aufsteigenden Bewegung der Luft begleitet ist.

 

Vergenzen

An bestimmten Stellen der Atmosphäre gibt es Defizite, an anderen Stellen Überschüsse an Luft, d.h. es fließt an diesen Stellen pro Zeiteinheit mehr Luft zu als ab bzw. umgekehrt. Der Begriff der Divergenz steht allgemeinen für die Auseinanderentwicklung zweier Objekte oder Prozesse, ausgehend von einem Ursprung. In der Meteorologie bezeichnet man damit das Auseinanderfließen von Luftmassen in den unteren Schichten der Atmosphäre, in der Regel in Gebieten hohen Luftdrucks. Das Divergieren der Luft beruht auf einem Absinken im Zentrum und begünstigt die Auflösung von Wolken in diesem Bereich oder zum Entstehen einer Inversion in Bodennähe führt. Divergenzlinien bilden insbesondere die Hochdruckrücken. Die Gebiete, in denen die Isobaren oder Isohypsen auseinanderlaufen, stellen im allgemeinen typische Divergenzlinien dar.

Weitere Einzelheiten dazu stehen im Kapitel Divergenz.

Den gegensätzlichen Vorgang dazu bildet das Zusammenströmen, die Konvergenz, bei der Luftmassen in Tiefdruckgebieten oder an sog. Konvergenzlinien zusammenfließen. Tiefdruckgebiete am Boden sind somit i.d.R. Konvergenzgebiete, dort strömt die Luft horizontal zusammen. Eine Konvergenz ist mit aufsteigender Luftbewegung verbunden und es kommt infolge der Abkühlung der aufsteigenden Luft zu Wolken- und Niederschlagsbildung. Typische Konvergenzlinien bilden sich bei Fronten und den sog. Tiefdruckrinnen oder Trögen. Gebiete, in denen die Isobaren oder Isohypsen zusammenlaufen, bilden im allgemeinen Konvergenzzonen.

Weitere Einzelheiten dazu stehen im Kapitel Konvergenz.

Im allgemeinen ist die Konvergenz bzw. Divergenz längs einer bestimmten Linie mit einer Verlagerung des ganzen Systems verbunden. Als Ergebnis entsteht eine Diskontinuitätslinie.

Die Bewegungsrichtung der konvergierenden Luftmassen wird in Wetterkarten durch eine Auswertung des Stromlinienfeldes ermittelt und durch Konvergenzlinien gekennzeichnet. Die der Konvergenzerscheinung zugrunde liegende Kraft bezeichnet man als Gradientkraft, wobei zusätzlich jedoch auch Corioliskraft, Bodenreibung und morphologisch bedingte Einflüsse wie Täler und Berge eine Rolle spielen.

 

Windscherung

Windscherungen sind abrupte, fast übergangslose Änderungen der Windrichtung und/oder der Windgeschwindigkeit zwischen zwei Punkten, die durch das Aneinandervorbeiströmen von zwei unmittelbar benachbarten Luftschichten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften hervorgerufen werden. Als weitere Erscheinung im Zusammenhang mit strömenden Luftmassen soll dieser Windprozeß hier nicht unerwähnt bleiben.

Weitere Einzelheiten dazu stehen im Kapitel Windscherung.

 

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