Wie funktioniert der Passatkreislauf?

Inhaltsverzeichnis:

1. Wie funktioniert der Passatkreislauf?
2. Ist ITC und Passatkreislauf das gleiche?
3. Was ist die Passatzirkulation einfach erklärt?
4. Wie funktionieren die Passatwinde?
5. Warum bewegt sich die ITC?
6. Wie entsteht der ITC?
7. Wieso ITC nicht gerade?
8. Warum regnet es in der ITC?
9. Wie verlaufen die Passatwinde?
10. Was für Passatwinde gibt es?
11. In welche Richtung weht der Passatwind?
12. Was ist die Abkürzung für ITC?
13. Welche Passatwinde gibt es?
14. Wie weit wandert ITC?
15. Ist die ITC ein Tiefdruckgebiet?

Wie funktioniert der Passatkreislauf?

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(00:13)

Die Passatzirkulation ist ein Windsystem, das im Bereich des Äquators seinen Ursprung hat. Dort steht die Sonne ganzjährig sehr steil über der Erde und kann somit die Luft stark aufheizen. Die warme Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen und steigt nach oben. Dadurch bilden sich am Himmel Wolken und am Boden ein Tiefdruckgebiet. In großen Höhen strömt die Luft Richtung der Pole, also Richtung Nord- oder Südpol. Die Luftströmungen nennst du Antipassate.

Ist ITC und Passatkreislauf das gleiche?

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Was ist die Passatzirkulation einfach erklärt?

In den Tropen regnet es bei Sonnenhochstand (Zenitalregen). Diese Regenfälle sind außergewönlich ergiebig. Das Hauptregengebiet wandert mit dem Sonnenhöchststand mit zweimonatiger Verspätung zu den Wendekreisen und wieder zurück zum Äquator. In Afrika werden die Wendekreise vom Regengebiet aber nicht erreicht. An den Wendekreisen liegen die großen Wüsten der Erde: Sahara, Namib und Kalahari. Hier handelt es sich um tropische Wüsten, deren Existenz das Passat-Modell auch erklären muss. Das Problem des Energietransports von den Tropen (Energieüberschuss) in die gemäßigten Breiten interessiert vor allem die Klimaforscher.

Das Modell der Passatzirkulation hat zwei Teile:

Wie funktionieren die Passatwinde?

In Afrika wehen andere Winde als bei uns. Während wir den meisten Wind aus Westen bekommen, kommt er – vor allem zwischen Sahara und Äquator – vor allem aus Nordosten. Das sind die berühmten Passatwinde.

Um die Passatwinde zu verstehen, fängt man am besten beim Äquator an: Am Äquator ist die Sonneneinstrahlung besonders groß, die Sonne steht fast senkrecht und heizt die Erdoberfläche entsprechend stark auf. Dadurch wird die Luft am Boden sehr schnell sehr heiß. Heiße Luft steigt bekanntlich auf. Diese aufsteigende Luft aber hinterlässt kein Vakuum, sondern wird ersetzt durch nachströmende Luft aus der Nachbarschaft des Äquators, also von Norden oder von Süden. Nordafrika liegt nördlich des Äquators, also strömt dort zunächst Luft von Norden nach Süden. Das ist der Passatwind.

Warum bewegt sich die ITC?

Die innertropische Konvergenzzone (ITCZ, engl.: Intertropical Convergence Zone) oder äquatoriale Tiefdruckrinne ist die am Äquator um den ganzen Erdball verlaufende Zone tiefen Drucks, in der die Passatwinde der Nord- und der Südhalbkugel zusammenströmen, d.h. konvergieren. Diese nur wenige hundert Kilometer breite, windarme Region wird auch Doldrums oder Kalmenzone genannt. Die ITCZ wird begrenzt durch die Passatwind-Zonen auf den beiden Erdhalbkugeln. Sie ist durch immense Konvektionserscheinungen sowie starke Quellbewölkung gekennzeichnet und treibt die Windsysteme der Erde an. Feucht-heißes Wetter bestimmt diese Region, in der auch die tropischen Regenwälder lokalisiert sind. In der ITCZ fallen täglich ergiebige Niederschläge.

Auf dem Satelittenbild rechts ist die starke Bewölkung der ITCZ gut zu erkennen.

Wie entsteht der ITC?

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Die Passatzirkulation ist ein Windsystem, das im Bereich des Äquators seinen Ursprung hat. Dort steht die Sonne ganzjährig sehr steil über der Erde und kann somit die Luft stark aufheizen. Die warme Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen und steigt nach oben. Dadurch bilden sich am Himmel Wolken und am Boden ein Tiefdruckgebiet. In großen Höhen strömt die Luft Richtung der Pole, also Richtung Nord- oder Südpol. Die Luftströmungen nennst du Antipassate.

Wieso ITC nicht gerade?

Die ITC entsteht in den Tropen, wo der Zenitstand der Sonne zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis wandert. Die Sonneneinstrahlung ist in den Tropen durch den steilen Einstrahlungswinkel generell sehr hoch. Dort wo die Sonne gerade im Zenit steht, ist die Einstrahlung jedoch am höchsten. Hier wird die Erdoberfläche bzw. Wasseroberfläche am stärksten erwärmt. Erwärmte Oberflächen geben die Energie als Strahlungswärme an die Luft ab. Dadurch dehnen sich die Luftmassen aus (Wärmeausdehnung), werden dabei leichter und steigen auf. Durch den vertikalen Aufstieg entsteht in Bodennähe ein „Sog“, ein Gebiet mit geringerem „tieferem“ Luftdruck. Daher spricht man von einem Hitzetief (T). Dort, wo der Zenitstand sich gerade befindet, wird mit einer Zeitverzögerung von 3 bis 4 Wochen aufgrund der relativ stärksten Erwärmung ein ausgedehntes Hitzetief (i. w. S.) ausgebildet und zwar nahezu breitenkreisparallel um die ganze Erde herum. Das ist die äquatoriale Tiefdruckrinne, oberhalb derer man auf Satellitenbildern das Wolkenband der ITC erkennen kann.

Die erwärmte Luft steigt aufgrund ihrer geringeren Dichte auf (Konvektion). Aufgrund des mit zunehmender Höhe abnehmenden Luftdrucks dehnt sie sich hierbei adiabatisch aus und kühlt dabei ab. Mit der Unterschreitung der Taupunkttemperatur bilden sich infolge der dabei sinkenden Wasserdampfkapazität der Luft und der meist hohen Luftfeuchtigkeit hochreichende und massive Wolkenformationen. Stark ausgeprägte Zenitalniederschläge sind die Folge. Bei der Kondensation in der Höhe wird die eingespeicherte Energie wieder freigesetzt, die der Luft unten bei der Verdunstung durch Strahlungswärme zugeführt wurde. Da beim Verdunstungsvorgang Wärmeenergie in die Veränderung des Aggregatzustandes investiert wird (siehe Verdunstungskälte) und die Luft sich deshalb nicht so stark erwärmt, wie sie sich ohne Aufnahme von Wasserdampf erwärmen würde, spricht man bei der in wasserdampfgesättigter Luft enthaltenen und mit dem Thermometer nicht messbaren Energie von „Verdampfungsenthalpie“.

Während Luftmassen parallel zur Erdoberfläche durch lokale Druckunterschiede in Bewegung gesetzt werden und entsprechend immer von einem Hochdruck- zu einem Tiefdruckgebiet strömen, wird der vertikale Transport der Luftmassen durch temperaturbedingte Unterschiede in der Dichte angetrieben. Die von der aufgeheizten Erdoberfläche erwärmten Luftmassen werden also nicht von einem Hochdruckgebiet verdrängt und angetrieben, sondern haben selber das Bestreben aufzusteigen und hinterlassen dabei ein Tiefdruckgebiet an der Erdoberfläche, welches wiederum oberflächennahe Luft aus anderen Regionen nachsaugt.

Der Zenit der Sonne verläuft breitenkreisparallel und verlagert sich im Jahresgang. Nur in den Tropen kann die Sonne während ihres mittäglichen Höchststandes genau senkrecht über einem stehen (im Zenit) und das auch nur zu bestimmten Zeiten des Jahres. Da sich die Erde auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt und ihre Rotationsachse in einem Winkel von 23,5° geneigt ist, verändert sich die Position des Zenitstandes fortlaufend. Während der Tagundnachtgleiche um den 19. bis 21. März steht die Sonne über dem gesamten Äquator im Zenit. Während der nördlichen Sommersonnenwende am 21. Juni steht sie über dem nördlichen Wendekreis im Zenit. Während der zweiten Tagundnachtgleiche um den 22. bis 24 September befindet sich der Zenitstand ein zweites Mal im selben Jahr über dem Äquator. Während der Wintersonnenwende am 21. Dezember erreicht er den südlichen Wendekreis. Dieses Wandern des Zenitstands der Sonne hat weitreichende Auswirkungen auf die thermische Luftzirkulation und die Verlagerung des gesamten Passatkreislaufs im Jahresgang.[5]

• Ursachen der Verlagerung der ITC

• Die Wanderung des Zenitstandes der Sonne im Jahresgang

• Stark überhöhtes Schema: Passatkreislauf und die Lage der ITC etwa Ende April und Ende August

• Stark überhöhtes Schema: Passatkreislauf und die Lage der ITC etwa Ende Oktober und Ende Februar. Siehe auch Regenzeiten.[6]

Landflächen werden durch die Sonneneinstrahlung stärker erwärmt als Meeresflächen und geben daher in den Monaten, in denen der Zenitstand der Sonne über sie hinweg wandert, wesentlich mehr Wärmeenergie an die Luft ab. Die unterschiedliche Erwärmung von Land- und Meeresflächen beeinflusst das Ausmaß der Verlagerung der ITC im Jahresverlauf stark. Die ungleiche Verteilung der Landflächen auf der Erde bewirkt, dass die mittlere Lage der ITC sich bei ungefähr 5° nördlicher Breite befindet. Über dem atlantischen Ozean verschiebt sie sich im Jahresverlauf nur um wenige Grade, über Südamerika jedoch vor allem im Südsommer deutlich, wegen der südwärts gelegenen größeren Landmasse[7] und entsprechend liegen dort die Regenzeiten. Da der indische Ozean auf drei Seiten von großen Landmassen umgeben ist, ist die Verschiebung über dem sich daraus ergebenden asiatisch-afrikanischen Monsungebiet besonders ausgeprägt. Nördlich von Indien wird wegen der Wirkung des Himalaya und des Hochlands von Tibet nach Norden hin sogar der nördliche Wendekreis überschritten.[8] Der Verlauf der ITC und seine jahreszeitliche Änderung beeinflussen somit auch die Klimazonierung. Ohne den Einfluss der Landmassen würde die Zonierung der Klimazonen deutlich stärker einem breitenkreisparallelen globalen Gürtelmuster ähneln.

Warum regnet es in der ITC?

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Die Sahara hat eine durchschnittlichen Niederschlag von 45mm, manchmal regnet es aber in weiten Teilen fuer Jahre nicht. Die Sahara ist eine Wendekreiswueste, d.h. sie liegt innerhalb der ITC die durch stetig sinkende Luftmassen die Wolkenbildung verhindert. Ausserdem liegt die Sahara innerhalb der Passatwinde, die ihrerseits nur sehr wenig Niederschlag mitsichfuehren. Durch die enorme Sonneneinstrahlung und fehlende Vegetation heizt sich die Wueste am Tage auf bis zu 60 C auf, die Hitze faellt in der Nacht aber rapide ab, z.T. sogar unter 0 C...

Wie verlaufen die Passatwinde?

An der Küste weht oft ein frischer Wind. Bläst er besonders kräftig, ist auch von einer steifen Brise die Rede. Aber nicht nur am Meer – überall auf der Erde ist Luft in Bewegung. Nur an wenigen Orten der Erde weht nicht das leiseste Lüftchen, wie in der Kalmenzone am Äquator – benannt nach dem französischen Wort für Flaute: „calme“. Diese windstille Gegend war früher von Seefahrern gefürchtet, denn die Segelschiffe kamen dort wochenlang nicht vom Fleck. Doch woran liegt es, dass manchmal Flaute herrscht und manchmal ein heftiger Sturm übers Land fegt?

Wind entsteht vor allem durch die Kraft der Sonne. Wenn die Sonnenstrahlen den Erdboden aufheizen, erwärmt sich darüber auch die Luft. Die Warmluft dehnt sich aus und wird dadurch dünner und leichter: die Luftmasse steigt nach oben. In Bodennähe entsteht so Tiefdruck. Wo es kalt ist, sinkt die Luft dagegen ab und am Boden bildet sich Hochdruck. Um den Druckunterschied zwischen benachbarten Luftmassen auszugleichen, strömt kältere Luft dorthin, wo warme Luft aufsteigt. Das geschieht umso schneller, je größer der Temperaturunterschied zwischen den Luftschichten ist. So gerät die Luft in Aktion – es weht ein mehr oder weniger starker Wind.

Besonders gut lässt sich die Entstehung von Wind am Meer beobachten. Tagsüber erwärmt sich die Luft über dem Land schneller als über dem Wasser. Die warmen Luftmassen steigen nach oben und saugen die kühle und schwere Luft über der See an: Der Wind weht vom Meer zum Land. Nachts ändert der Wind seine Richtung. Weil das Wasser die Wärme länger speichert als das Land, ist auch die Luft darüber noch wärmer und steigt auf. Dann bläst der Wind vom Land zum Meer.

Flugzeuge, die von New York nach Frankfurt fliegen, haben ordentlich Rückenwind. Der Wind, der sie antreibt, bläst in etwa 10 Kilometern Höhe von West nach Ost. Jetstream heißt diese starke Luftströmung, die bis zu 500 km/h schnell sein kann. Ihre Richtung ist das Ergebnis der so genannten Corioliskraft.

Sie ist benannt nach dem französischen Wissenschaftler Gaspard Gustave de Coriolis, der sie im Jahr 1835 als erster mathematisch untersuchte. Ursache für die Corioliskraft ist die Drehung der Erde um die eigene Achse: Am Äquator dreht sich die Erde mit 1670 Kilometern pro Stunde nach Osten, in Richtung der Pole nimmt die Geschwindigkeit immer weiter ab. Strömen Luftmassen vom Äquator zum Nordpol, nehmen sie den Schwung nach Osten mit und bewegen sich dann schneller als die Erdoberfläche. Von der Erdoberfläche aus betrachtet, sieht es so aus, dass sie von ihrem Nordkurs nach Osten – also nach rechts – abgelenkt werden. Umkehrt werden Luftmassen, die vom Pol zum Äquator strömen, von der Erdoberfläche überholt, werden also auf ihrem Südkurs nach Westen – ebenfalls nach rechts – abgelenkt.

Auf dem Weg zum Südpol sind die Richtungen umgekehrt: Luftmassen auf dem Weg zum Pol werden von ihrem Südkurs nach Osten, also nach links abgelenkt – ebenso wie die Luftmassen auf Nordkurs Richtung Äquator, die nach Westen abgelenkt werden. So führt also die Corioliskraft auf der Nordhalbkugel zu einer Rechtsablenkung, auf der Südhalbkugel zu einer Linksablenkung, und zwar um so stärker, je näher man den Polen kommt.

Was für Passatwinde gibt es?

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(00:13)

Die Passatzirkulation ist ein Windsystem, das im Bereich des Äquators seinen Ursprung hat. Dort steht die Sonne ganzjährig sehr steil über der Erde und kann somit die Luft stark aufheizen. Die warme Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen und steigt nach oben. Dadurch bilden sich am Himmel Wolken und am Boden ein Tiefdruckgebiet. In großen Höhen strömt die Luft Richtung der Pole, also Richtung Nord- oder Südpol. Die Luftströmungen nennst du Antipassate.

In welche Richtung weht der Passatwind?

Passatwinde sind mäßig starke und beständige Winde im Bereich der Tropen und teilweise auch der Subtropen, die rund um den Erdball auftreten.

Bei den Passatwinden wird zwischen dem Südost Passat auf der Südhalbkugel und dem Nordost Passat unterschieden.

Der Ort, an dem Passatwinde aufeinandertreffen, ist am Äquator und in Äquatornähe, wo die Sonne bekanntermaßen am stärksten scheint.Der Vorgang, der sich bei den Passatwinden vollzieht, ist grob gesagt der, dass die ausgedehnte Luft aufsteigt und ungefähr ab dem 30. Breitengrad wieder absinkt und zurück zum Äquator strömt. Die Wehrichtung der Winde ist immer von Westen nach Osten in Richtung des Äquators. Deswegen nennt man die Passatwinde auf der Nordhalbkugel „Nordpassate“ und auf der Südhalbkugel im Gegenzug „Südpassate“.

Eine zentrale Rolle für die Entstehung von Passatwinden spielt warme Luft. Da die Sonne am Äquator durch die Kugelgestalt und die Rotation der Erde nahezu das ganze Jahr über im Zenit, das bedeutet senkrecht zur Erdachse steht, erwärmt sich die Erde dort besonders.

Diese warme Luft ist im Vergleich zu kalter Luft leichter und kann somit schneller in die Höhe steigen. Bei diesem Prozess kühlt sich die aufsteigende Luft immer weiter ab, was dazu führt, dass sich Wolken bilden und es teilweise zu kräftigen Niederschlägen kommt. Das Ergebnis dieses Prozesses sind vermehrte Bodentiefdruckgebiete rund um den Globus.

In manchen Fällen muss die Luft jedoch nach Norden oder Süden vom Äquator weg ausweichen, da die Luft ab 16 km Höhenmeter nicht weiter aufsteigen kann. Grund dafür ist eine horizontale Barriere, die sogenannte Tropopause.

Was ist die Abkürzung für ITC?

Passatwinde sind mäßig starke und beständige Winde im Bereich der Tropen und teilweise auch der Subtropen, die rund um den Erdball auftreten.

Bei den Passatwinden wird zwischen dem Südost Passat auf der Südhalbkugel und dem Nordost Passat unterschieden.

Der Ort, an dem Passatwinde aufeinandertreffen, ist am Äquator und in Äquatornähe, wo die Sonne bekanntermaßen am stärksten scheint.Der Vorgang, der sich bei den Passatwinden vollzieht, ist grob gesagt der, dass die ausgedehnte Luft aufsteigt und ungefähr ab dem 30. Breitengrad wieder absinkt und zurück zum Äquator strömt. Die Wehrichtung der Winde ist immer von Westen nach Osten in Richtung des Äquators. Deswegen nennt man die Passatwinde auf der Nordhalbkugel „Nordpassate“ und auf der Südhalbkugel im Gegenzug „Südpassate“.

Eine zentrale Rolle für die Entstehung von Passatwinden spielt warme Luft. Da die Sonne am Äquator durch die Kugelgestalt und die Rotation der Erde nahezu das ganze Jahr über im Zenit, das bedeutet senkrecht zur Erdachse steht, erwärmt sich die Erde dort besonders.

Diese warme Luft ist im Vergleich zu kalter Luft leichter und kann somit schneller in die Höhe steigen. Bei diesem Prozess kühlt sich die aufsteigende Luft immer weiter ab, was dazu führt, dass sich Wolken bilden und es teilweise zu kräftigen Niederschlägen kommt. Das Ergebnis dieses Prozesses sind vermehrte Bodentiefdruckgebiete rund um den Globus.

In manchen Fällen muss die Luft jedoch nach Norden oder Süden vom Äquator weg ausweichen, da die Luft ab 16 km Höhenmeter nicht weiter aufsteigen kann. Grund dafür ist eine horizontale Barriere, die sogenannte Tropopause.

Welche Passatwinde gibt es?

Passatwinde wehen stets in derselben Richtung.[1] Im Atlantik erstrecken sie sich bis zum 28°, im Pazifik bis zum 25° Grad nördlicher Breite. Wenn er nicht durch Gebirgsmassive abgelenkt wird, ist seine Richtung auf der Nordhalbkugel stets nordöstlich und auf der Südhalbkugel südöstlich. In Äquatornähe dreht er auf eine rein östliche Richtung und vermindert sich.

Aufgrund der Lage zum Äquator besitzt der Passatwind unterschiedliche Richtungen:

• Nordost-Passat auf der Nordhalbkugel
• Südost-Passat auf der Südhalbkugel

Die Richtung, aus der ein Wind weht, verleiht ihm den Namen. Der Nordost-Passat weht also aus nordöstlicher, der Südost-Passat aus südöstlicher Richtung.

Wie weit wandert ITC?

Das ist die Abkürzung für die innertropische Konvergenzzone. In der ITC fließen Luftströmungen in Bodennähe zusammen (konvergieren), werden so zum Aufsteigen gezwungen und führen zu Wolkenbildung und Niederschlägen. Die ITC ist eine Tiefdruckrinne in Äquatornähe im Bereich der von Norden und Süden aufeinander treffenden Passatwinde. Im Umfeld dieser Zone kommt es zu Konvektionserscheinungen, die in der Regel eine starke Quellbewölkung mit sich bringen. Es kann zu kräftigen Niederschlägen kommen. Die ITC schwankt mit den Jahreszeiten und folgt dem Zenitstand der Sonne. Im Sommer der Nordhalbkugel ist die ITC deshalb nach Norden verschoben und im Winter nach Süden. Ihre Lage wird zudem sehr stark durch die Kontinente modifiziert, da sich hier die Luft schneller erwärmt als über Wasseroberflächen. Vor allem über dem asiatischen Kontinent ist die ITC im Sommer der Nordhalbkugel sehr weit nach Norden verschoben und reicht bis zum Himalaja und nach Südchina. Durch die sehr starke Konvektion liegt die Tropopause in der ITC bei einer Höhe von 18 Kilometern.

Bildquelle: Grischa Georgiew / AdobeStock

Ist die ITC ein Tiefdruckgebiet?

Die Zone, in der die Winde (Passate) aus Nord und Süd zusammenlaufen, wird Innertropische Konvergenzzone (ITC) genannt. Sie liegt überwiegend nah am Äquator. In dem äquatornahen Bereich, in dem die Sonneneinstrahlung auf der Erde am größten ist, wird der Boden und die darüber liegende Luft stark erwärmt, die Luft dehnt sich aus und steigt auf. Am Boden ist weniger Luft, als "normal" wäre, es entsteht ein Tiefdruckgebiet (der Luftdruck ist tiefer als gewöhnlich).

Die aufsteigende feuchte Luft kühlt sich ab, Wolken entstehen, es regnet kräftig. Die Luft strömt in der Höhe (ca. 10-16 km), wo relativ viele Luftteilchen sind, also relativ hoher Luftdruck, nach Norden und Süden von der ITC weg, beginnt langsam abzusinken und erwärmt sich dabei.