Heiter bis Stürmisch

HBS014 Der Wind

22 September 2020

Der Wind hat viele Erscheinungsformen. Mal weht er als erfrischende Sommerbrise, verdünnt Verunreinigungen in der Luft oder trägt Pollen von einem zum anderen Ort. Aber er hat auch eine zerstörerische Seite. Als Sturm oder kräftige Windböen, kann er Bäume entwurzeln, Hausdächer abdecken oder Sturmfluten vor sich hertreiben.

Alle Windereignissen, sei es eine leichte Sommerbrise oder ein heftiger Herbsturm, teilen sich die gleiche Ursache: Einen Luftdruckunterschied. Wie es zu Hoch- und Tiefdruckgebieten und damit Druckunterschieden kommt, habe ich schon in Folge sechs erzählt. Diesmal soll es nur um deren Auswirkungen gehen.

Ein Grundprinzip der Physik ist es, dass überall Gleichgewichte erstellt und Extreme ausgeglichen werden. So wie ein warmer Kochtopf seine Wärmeenergie an die Umgebung abgibt, fließt zwischen zwei unterschiedlichen elektrischen Ladungen ein Strom, um diese wieder auszugleichen. Genau so ist es mit dem Druck in der Atmosphäre. Gibt es ein Gebiet mit höherem Druck und ein Gebiet mit niedrigerem Druck, dann wirkt eine Kraft, die dem Druckgefälle, in der Wissenschaft auch Gradient genannt, entspricht.

Die Druckgradientkraft sorgt dafür, das die Luft von Regionen höheren Drucks zu Regionen tieferen Drucks transportiert wird, ähnlich wie bei einem Luftballon. Bläst man einen Luftballon auf und erzeugt so einen Druckgradienten zwischen dem Inneren des Ballons und dem Äußeren, dann strömt die Luft sofort wieder hinaus. Natürlich nur, wenn man in die Öffnung keinen Knoten gemacht hat. Ist nun die ganze Luft aus dem Luftballon entwichen und der Luftballon wieder schlaff, ist der Druck komplett ausgeglichen und unsere Miniatmosphäre hat sich wieder beruhigt.

In der echten Atmosphäre passiert das alles natürlich in sehr viel größerem Maßstab und das macht es leider auch komplizierter, denn aufgrund der Erddrehung kommt auf diesen sehr großen Skalen noch eine andere Kraft ins Spiel: Die Corioliskraft. Während sich ein Luftteilchen zum Beispiel auf der Nordhalbkugel von Süden nach Norden bewegt, rotiert die Erdoberfläche unter ihm weg. Relativ zu uns, da wir ja zusammen mit Häusern, Städten und Gebirgen auf der Erdoberfläche fest stehen, wird das Luftteilchen also abgelenkt. Auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links.

Der Wind kann also nicht direkt vom hohen zum niedrigen Druck wehen, sondern eher genau zwischen dem Hoch- und Tiefdruckgebiet. Dieser Wind, der aufgrund der Druckgradientkraft und der Corioliskraft weht, wird geostrophischer Wind genannt. In der Meteorologie wird er oft zuhilfe genommen, um die Windverhältnisse in etwa 5,5 km Höhe darzustellen. Er wird oft auch als "wahrer Wind" bezeichnet, da er hier in der sogenannten freien Atmosphäre ungehindert wehen kann. In Wirklichkeit spielt noch eine weitere Kraft, die Zentrifugalkraft also die Fliehkraft, eine wichtige Rolle, da Hoch- und Tiefdruckgebiete eine Drehbewegung haben. Aber das ignoriere ich hier einfach mal.

Die Lage der Hochs und Tiefs auf den Wetterkarten geben einen ersten Eindruck über die Windverhältnisse. Sowohl über die Windstärke als auch über die generelle Windrichtung. Denn der Wind weht in etwa entlang der Isobaren, den Linien gleichen Luftdrucks, die auf den meisten Wetterkarten mit schwarzen Strichen eingezeichnet werden, die in vielen Ringen ein Tief- oder Hochdruckgebiet umschließen. Ein geübter Betrachter kann also anhand der Isobaren nicht nur die Windrichtung, sondern auch die Windstärke näherungsweise bestimmen, denn je dichter die Isobaren an einander liegen, desto höher ist der Druckunterschied und dementsprechend stärker der Wind.

Dadurch kann zum Beispiel abgeschätzt werden ob der Wind aus Südwesten kommt und eher warme Luft mit sich bringt oder zum Beispiel aus Norden und eher kühlere Luftmassen transportiert. Auch Aristoteles wusste das schon. In seinen meteorologischen Abhandlungen hat er vier Haupt- und vier Zwischenhimmelsrichtungen beschrieben. Zu jeden dieser Richtungen gab es einen entsprechenden Gott, denen zu Ehren im Jahr 80 v. Chr. in Athen am Fuß der Akropolis der achteckige "Turm der Winde" errichtet wurde. So symbolisiert der bärtige Gott Boreas ausgestattet mit einem Mantel auf der Nordseite des Turms einen kalten Nordwind.

Der Wind mit seinen Komponenten kann aber noch einmal erweitert werden. Nämlich um die Reibungskraft. Ist euch schon mal aufgefallen, dass wenn ihr im Sommer draußen auf einem Handtuch liegt weniger Wind weht, als wenn ihr steht? Woran liegt das? Die Antwort darauf liefert die Reibung. Denn der Wind wird durch Hindernisse wie Bäume, Häuser, Gebirge oder auch einfach nur dem Boden abgebremst. Umso tiefer sich die Luft befindet, desto größer wird der Einfluss der Reibung. Ganz am Boden hat die Reibung die Luft soweit abgebremst, dass dort kein Wind mehr gemessen werden kann. Denn ganz nah am Erdboden oder am Erdboden selbst, weht kein Wind mehr. In diesen bodennahen Schichten wird der Wind als Reibungswind bezeichnet.

Es gibt also einige Kräfte, die den Wind beeinflussen. Nicht alle sind immer von Bedeutung. Manchmal können einige auch vernachlässigt werden. Zum Beispiel spielt die Corioliskraft bei kleinräumigen Ereignissen wie dem Föhn keine Rolle. Was der Föhnwind ist und wie er entsteht, ist aber Thema für eine andere Folge.

Episode: Download (mp3) | Download (opus)