Entstehung des Windes
Normalerweise würde die Luft immer direkt vom hohen zum tiefen Luftdruck strömen. Nun gibt es aber auf der Erde eine Kraft die man Corioliskraft nennt. Diese entsteht durch die rotierende Erde und lenkt Luftströmung auf der Nordhalbkugel immer nach rechts ab; auf der Südhalbkugel nach links. Weiterhin gibt es die Gradientkraft, die durch den Druckunterschied zwischen Hoch und Tief entsteht und die Luftmassen immer in Richtung zum tiefen Druck hin zieht.
Ohne Corioliskraft
würde die Luft direkt vom hohen zum tiefen Luftdruck strömen
© Mario Lehwald
Genau zwischen Hoch und Tief halten sich beide Kräfte die Waage und daher strömt die Luft hier parallel zwischen beiden Druckgebilden. Näher zum tiefen Druck hin wird die Gradientkraft stärker und überwiegt die Corioliskraft. Die Corioliskraft ist zwar immer noch vorhanden und daher strömt die Luft nicht direkt in den Kern des Tiefs hinein, sondern in einem weiten Bogen gegen den Uhrzeigersinn.
Stärke der Coriolis- und Gradientkraft bei Hoch und Tief
auf der Nordhalbkugel der Erde
© Mario Lehwald
Je stärker der Druckunterschied zwischen Hoch und Tief, desto stärker weht hier auch der Wind. Diesen Wind nennt man geostrophischen Wind. Er weht immer parallel zu den Isobaren und auf der Nordhalbkugel im Hoch im Uhrzeigersinn und im Tief gegen den Uhrzeigersinn.
Aber es treten auch noch andere Effekte auf: Die Druckfelder verlagern und ändern sich ständig; Isobaren sind meist gekrümmt und in den bodennahen Schicht herrscht Reibung. Diese Einflüsse erzeugen Richtungsänderungen, die zum tiefen Druck hin wirken. Mit anderen Worten: Der Wind weht fast parallel zu den Isobaren, mit einer kleinen Komponente zum tiefen Druck hin. Damit strömt die Luft im Uhrzeigersinn aus dem Hoch heraus und gegen den Uhrzeigersinn in das Tief hinein. Auf der Südhalbkugel ist das genau umgekehrt.
Wovon die Windstärke abhängt
1. Die Krümmung der Isobaren
Bei gekrümmten Isobaren kommt neben der Corioliskraft und der Gradientkraft noch eine dritte Kraft hinzu, nämlich die Zentrifugalkraft, die die Luftströmung immer aus der Kurve hinaus tragen will. Bei zyklonaler Isobarenkrümmung, wie wir sie im Tief im Bereich von Fronten oder Trögen haben, ist die Windstärke bei gleichem Isobarenabstand geringer als bei gradlinigen. Bei antizyklonaler Krümmung, wie wir sie im Bereich von Hochdruckgebieten und Hochkeilen haben, ist die Windstärke größer als bei gradlinigen Isobaren. Oder anders ausgedrückt: Bei gleichem Isobarenabstand weht im Hoch ein deutlich stärkerer Wind als im Tief!
2. Der Breitengrad
Die Windstärke hängt auch noch vom Breitengrad ab. Bei gleichem Isobarenabstand ist die Windstärke am Äquator ca. 6 mal größer als am Pol!
3. Die Bodenreibung
Wie schon erwähnt, treten in Bodennähe Reibungskräfte des Windes mit der Erdoberfläche auf. Diese schwächen den Wind ab und ändern seine Richtung etwas. Je rauher die Erdoberfläche ist, desto größer ist dieser Effekt. Ein reibungsfreier Wind weht erst ab 500 bis 1000 Metern Höhe. Dieser Wind entspricht dann dem Gradientwind. Der Gradientwind wird durch die Bodenreibung um folgende Werte reduziert:
- über See: 10 Prozent
- an Küstenregionen: 10 - 20 Prozent
- über Land: 20 - 30 Prozent
In einer Warmluftmasse ist die Windgeschwindigkeit außerdem um etwa 20 Prozent geringer als in einer vergleichbaren Kaltluftmasse. In einer Kaltluftmasse entspricht die Böenstärke dem Gradientwind; sie kann aber auch darüber liegen.
Die Reibung führt auch noch zu einem weiteren Effekt, sie verändert die Richtung des Windes etwas zum tiefen Druck hin. Dadurch weht der Wind nicht ganz genau parallel zu den Isobaren, sondern immer mit einem kleinen Winkel zum tiefen Druck hin. Die Luft strömt also immer in ein Tiefdruckgebiet hinein und aus einem Hochdruckgebiet heraus. Diese Richtungsänderung ist über Land deutlich größer als über der See, wo die Reibung ja auch geringer ist. Die genauen Abweichung sind etwa folgende:
- über Land: 30 Grad
- über der Küste: 15 bis 20 Grad
- über See: 10 Grad
Ein Windlineal enthält die geografische Breite und dem Isobarenabstand. Es gilt aber immer nur für einen bestimmten Kartenmaßstab. Die Faxkarten von Meteo Bracknell enthalten schon ein Windlineal. Da es speziell für diese Karten gemacht ist, stimmt der Maßstab auch gleich.
Und so arbeitet man mit dem Windlineal
Zunächst nimmt man einen Zirkel und greift in dem gewünschten Gebiet den Isobarenabstand mit dem Zirkel ab. Dann muß die geografische Breite für dieses Gebiet auf der Karte abgelesen werden. Dann nimmt man den Zirkel und legt ihn horizontal bei der gerade ermittelten geografischen Breite des oberen Diagramms an. Von oben nach unten verlaufen im Windlineal Linien. Sie stehen für bestimmte Windgeschwindigkeiten. Der Abstand des Zirkels ergibt dann die Windstärke. Ein Beispiel dafür findet man auf der folgenden Grafik:
Beispiel bei einer Bracknellkarte
Der Isobarenabstand wurde auf in einem Gebiet auf 50 Grad Breite mit dem Zirkel abgegriffen. Dieser wird dann horizontal bei 50 Grad Breite angesetzt. Die Windgeschwindigkeit liest man anhand der vertikal laufenden Linien ab; sie beträgt hier 10 Knoten. Das sind 19 km/h oder Bft. 3.
Korrektur des Wertes
Der so ermittelte Wert ist dann der reine geostrophische Wind für gradlinige Isobaren. Dieser Wert muß daher noch korrigiert werden:
- Isobarenkrümmung: Hoch oder Tief?
- Bodenreibung: über See 10 Prozent, über Land 20-30 Prozent abziehen
- Bei Warmluft etwa 20 Prozent abziehen, bei Kaltluft ist der Gradientwind gleich der Böenstärke
Bei maritimen Monatsübersichten werden die mittleren Winddaten von einem Gebiet häufig in Form von Windsternen dargestellt. Die Zahl im Kreis nennt die Häufigkeit der Windstillen oder schwachen umlaufenden Winde in von Hundert aller Beobachtungen. Die Häufigkeit der Windrichtungen wird durch die Länge von Pfeilen angegeben, die auf die acht Hauptwindrichtungen verteilt sind. In jeder Monatsübersicht befindet sich dazu ein Maßstab in Prozenten. In vielen Darstellungen werden auch noch die Häufigkeiten der Windstärken in Prozenten angegeben. Dazu ein Beispiel:
Beispiel eines Windsterns
In dem Beispiel oben ist ein Windstern für das Gebiet der westlichen Ostsee im Sommer dargestellt. Die Skala unten gibt den Maßstab in Prozente an; darüber sind die Darstellungen für die einzelnen Windstärken angegeben. Am häufigsten sind die Westwinde mit gut 25 Prozent, aber auch Ostwinde sind mit ca. 15 Prozent nicht selten. Dann folgen Südwest- und schließlich Nordwestwinde. Winde aus anderen Richtungen sind nur selten. Am häufigsten sind Winde der Stärken 1 bis 3 und 4 bis 5. Windstärken über 8 sind nur sehr selten. Windstille oder sehr schwache, umlaufende Winde sind zu 4 Prozent vorhanden.
