Globale atmosphärische Zirkulation

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1 Globale atmosphärische Zirkulation Die Sonne erwärmt durch ihre kurzwellige Strahlung die Erde Die Verteilung der Nettostrahlungsbilanz ist abgesehen von den rein geometrisch bedingten Unterschieden durch die annähernde Kugelform nicht uniform. Äquatoriale und tropische Regionen absorbieren weit mehr Energie als sie selbst emittieren können, während die polaren Regionen mehr Energie abstrahlen als sie absorbieren.

2 Daher müßten ohne Energieaustausch über Atmosphäre Ozeane ozeanisches Eis die Tropen deutlich heißer und die Polarregionen noch kälter sein. Dieses Nichtgleichgewicht treibt die Zirkulationen von Atmosphäre (60%) Ozeanen (40%) über welche der Energieaustausch im geschlossenen System Erde abläuft.

3 Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Trivialfall: nichtrotierende Erde) Die einfachste Form des Energietransfers vom Äquator zu den Polen: eine Zirkulationszelle pro Hemisphäre Aufstieg am Äquator polwärtsgerichtete Höhenströmung Abwärtsströmung an jedem Pol äquatorwärts fließende Oberflächenströmung. Dies entspricht dem ursprünglich von Hadley im 18. Jhd. vorgeschlagenen Zirkulationsmodel.

4 Da die Erde rotiert( = 24:00 h) Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Die Realität: rotierende Erde mit Achsenneigung) die Rotationsachse geneigt ist ( = 23.5 ) sich auf der nördlichen Hemisphäre bedeutend mehr Landmasse befindet ergeben sich in der Realität wesentlich kompliziertere Zirkulationsmuster. Anstelle einer einzelligen Zirkulation baut sich die globale Zirkulation aus jeweils drei Zellen auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre auf.

5 Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Die Realität: rotierende Erde mit Achsenneigung) Da die Erde Diese drei Zellen sind rotiert( = 24:00 h) (1) die die Rotationsachse tropische Zelle geneigt (auch Hadley Zelle) ist (2) ( = die 23.5 ) Zelle mittlerer Breiten sich (auch auf der Ferrell Zelle) nördlichen Hemisphäre (3) bedeutend die Polarzelle. mehr Landmasse befindet ergeben sich in der Realität wesentlich kompliziertere Zirkulationsmuster. Anstelle einer einzelligen Zirkulation baut sich die globale Zirkulation aus jeweils drei Zellen auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre auf.

6 Die Hadley Zelle (1): Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Hadley Zelle) (a) Luft strömt an Oberfläche äquatorwärts, wird westwärts abgelenkt (tropical easterlies) (b) erwärmt sich und nimmt Feuchtigkeit auf (c) steigt am Äquator auf 1 (d) kühlt sich dabei ab (e) regnet ab. Die meteorologischen und klimatologischen Bedingungen erlauben Tropischen Regenwald am Äquator (feuchtadiabatische Entspannung).

7 Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Ferrel Zelle) Die Ferrel Zelle (2): (a) Luft strömt an Oberfläche polwärts, wird ostwärts abgelenkt (mid westerlies) (b) reitet auf Polarzelle auf und regnet ab (c) sinkt an der Hadley Zelle ab (d) erwärmt sich dabei (e) erreicht sehr trocken die Oberfläche. 2 Die meteorologischen und klimatologischen Bedingungen bedingen Wüstenklima oberhalb des Äquators (trockenadiabatische Verdichtung).

8 Die Zellenstruktur der Atmosphäre (Polar Zelle) Die Polar Zelle (3): (a) Luft strömt an Oberfläche äquatorwärts, wird westwärts abgelenkt (polar easterlies) (b) erwärmt sich und nimmt Feuchtigkeit auf (c) bildet mit der Ferrel Zelle die Polarfront (d) strömt kalt und trocken zum Pol (e) sinkt am Pol bei Erwärmung ab. 3 Die meteorologischen und klimatologischen Bedingungen ergeben trockenes Polarklima in Polnähe (trockenadiabatische Verdichtung).

9 Zellenstruktur der Atmosphäre Auf Grund der Achsneigung wandern die Hadley- und Ferrellzellen nord- und südwärts und besitzen eine unterschiedliche Ausdehnung in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Sommer oder Winter? Sommer

10 Die Oberflächenwinde in der Atmosphäre Daraus ergeben sich die folgenden dominierenden Zirkulationsmuster: Für eine homogene (a) und die nicht homogene (b) Oberfläche

11 Typisches Zirkulationsmuster (Tief) über Europa (Zyklonale Wetterlage)

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