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Wind

Bestehen zwischen Bereichen in der Lufthülle Unterschiede im Luftdruck, erfolgt relativ zur Erdoberfläche eine Ausgleichströmung in der Luft. Luft strömt von Bereichen mit höherem Druck (Hochdruckgebiet) zu Bereichen mit niedrigem Druck (Tiefdruckgebiete). Solche Druckunterschiede können durch die unterschiedliche Erwärmung auf der Erdoberfläche durch die Strahlung der Sonne entstehen. Diese Luftbewegungen werden durch geographische Faktoren stark beeinflusst (Gebirge, Ebenen, …).

Wie durch unterschiedliche Erwärmung ein horizontaler Luftdruckunterschied entsteht, der zu einem Wind parallel zur Erdoberfläche führt, soll anhand des sogenannten Land- und Seewindes erläutert werden, der an Küsten auftritt.

Zunächst stellen wir uns eine am Erdboden beginnenden und nach oben gerichtete Luftsäule vor. Eine Luftschicht in der Höhe h1 bildet gedanklich einen Deckel (s. Abb. 2). Der Luftdruck dort betrage p1. Diese Luftdruckfläche ist bestimmt durch die Last der darüber liegenden Luftsäule. Wird die Luft in diesem Quader erwärmt, dann dehnt sie sich aus, und dies kann nur nach oben hin geschehen. Der Deckel, die Druckschicht mit p1, verschiebt sich nach oben bis zur Höhe H1‘, aber der Druck ist dort noch immer p1 (die auf den Deckel lastende Luftsäule hat noch immer die gleiche Masse). Die Fläche mit dem Luftdruck p1 hat sich nach oben verschoben. Entsprechend verschiebt sich eine darüber liegende Druckfläche p2 noch oben.

 


Abb. 2: Heben der Druckfläche bei Volumenvergrößerung (übertrieben dargestellt)

 

Nun betrachten wir zwei solche Säulen, die neben einander liegen. Eine befinde sich über Wasser, die andere über dem Sand an der Küste (Abb. 3a). Am Tag scheint die Sonne auf den Sand und auf das Wasser. Über dem Sand wird die Luft stärker erwärmt als über dem Wasser, also dehnt sie sich dort wie eben beschrieben nach oben aus, die Druckflächen verschieben sich nach oben (s. Abb. 3b). In der ursprünglichen Höhe H2 ist jetzt der Druck über dem Sand größer als vorher (der Luftdruck nimmt von unten nach oben hin ab). In der Höhe entsteht also ein horizontales Druckgefälle Δp in Richtung Wasser. Es beginnt Luft dorthin zu strömen. Damit haben wir über dem Wasser mehr Luftteilchen, die Luftsäule wird schwerer und der Druck in der Luft direkt über der Wasseroberfläche wird größer, er wird größer als der Luftdruck direkt über dem Land. Deshalb strömt Luft vom Wasser zum Land. Es hat sich eine Zirkulation ausgebildet mit einem Wind in Bodennähe vom Wasser zum Land, dem sogenannten Seewind. Über dem Land ist ein lokales Tiefdruckgebiet, über dem Wasser ein lokales Hochdruckgebiet entstanden.

In der Nacht ist es umgekehrt. Der Sand kühlt sich stärker ab und damit die über ihm befindliche Luftschicht. Die Fläche mit dem Druck p2 sinkt und damit fällt der Druck in der ursprünglichen Höhe H2. Hoch oben über dem Wasser beginnt Luft in Richtung Land zu strömen, dadurch steigt der Druck direkt über dem Land und es beginnt eine Ausgleichsströmung vom Land zum Wasser hin. Wieder entsteht eine lokal begrenzte Zirkulation mit einem Landwind in Bodennähe.

 


Abb. 3a: Druckflächen über Land und Wasser bei den Höhen H1 und H2

 


Abb. 3b: Durch Erwärmung um ΔT heben sich die Druckflächen über dem Land

 


Abb. 3c: Zirkulation mit dem Seewind in Bodennähe

(Abbn. nach C. Flemisch, S. 60)


Ähnlich entstehen globale Hoch- und Tiefdruckgebiete.

Die Stärke des Windes hängt von der Geschwindigkeit der Luftströmung ab. In Wetterberichten hat sich die sogenannte 12-stufige Beaufort-Skala bewährt. Die Windstärke 0 entspricht dabei Windstille, die Stärke 12 einem Orkan.

 

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