Windsysteme

Einführung und Definition

Wir möchten Dir in diesem Kapitel eine Zusammenfassung zum Wind geben, welche Dir die Theorie Deines für den Yachtsport wichtigen Motors näher bringen soll.

 

Der Begriff Wind und dessen Erscheinung wird vielfältig und auch sehr unterschiedlich verwendet. Zudem ist der Wind nicht nur auf unsere Erde beschränkt, sondern auch auf anderen planetarischen Systemen zu finden.

 

So findet der Begriff und / oder dessen Erscheinungen auch auf Planeten und Monden mit einer Atmosphäre Anwendung, welche Winde aufweisen, dessen Gesetze und Ströme in der Astronomie beschrieben werden.

Zudem sind Luftbewegungen, welche wir landläufig als Wind bezeichnen, aber die Entstehung einen anderen Grund hat, der Fahrtwind und der vor allem im Yachtsport oft erwähnte und damit verbundene Scheinbare Wind. Sie beide zählen ebenfalls nicht zu den meteorologischen Winden. Bewegungen von Luft in geschlossenen Systemen, respektive in technischen Anlagen werden ebenfalls nicht als Wind, sondern als Luftzug bezeichnet. Zu guter Letzt spricht man auch noch von Winden, welche mit einer Bewegung von Luft, respektive Atmosphäre, überhaupt nichts zu tun haben. Als Beispiele hierfür sind der Sonnenwind oder der elektrische Wind aufzuzählen.

 

Alle diese Winde, respektive Luftbewegungen sind nicht Gegenstand dieser Zusammenfassung. Wir möchten Dir also im Weiteren den Wind näher bringen, welchen Du für Deinen Yachtsport brauchst und welcher auch mit dem Klima und den einzelnen Klimazonen in direkter Wechselwirkung steht.

 

Als Wind im meteorologischen Sinne wird definiert als eine Luftbewegung in unserer Atmosphäre mit einer bestimmten Richtung. Die Her-kunft, seine Phenomene und dessen Beschreibung sind Gegenstand der folgenden Zusammenfassung.

 

Die Planetarische Zirkulation

Die planetarische Zirkulation ist die Beschreibung für die atmosphärischen Zirkulationssysteme, die grosse Teile unsere Planeten und dessen Atmosphäre umfassen und im Zusammenhang mit dem Klima für die Wettersituationen und deren Auswirkung verantwortlich sind. Wichtig dabei ist, dass es sich um eine Modellbeschreibung handelt, was der Wirklichkeit zwar sehr nahe kommt, aber keineswegs die volle Erklärung aller Phenomene beschreiben kann. Als wesentliche Energiequelle für das Auftreten der Zirkulation wird die Sonne und deren Wärme herangezogen.

 

Auf unserem Planeten sind mehrere grosse Windströmungen vorhanden. Sie sind verantwortlich, dass sich der Äquator durch seine direkte und ständige Aufheizung durch die Sonneneinstrahlung nicht weiter aufheizt. Im Gegenzug, und damit verbunden, sind die gleichen Strö-mungen verantwortlich dafür, dass sich die Pole nicht weiter abkühlen. Diese globalen Winde, respektive Windsysteme werden als plane-tarische Zirkulation bezeichnet. Die planetarische Zirkulation entsteht durch das Aufsteigen von Luft am Äquator durch die Erwärmung, was in der Höhe zu einem Hochdruck- und in Boden-nähe zu einem Tiefdruckgebiet als Ausgleich führt und die sogenannte äquatoriale Tief-druckrinne bildet. Auf der anderen Seite sinkt die kalte Luft an den Polen, was in Boden-nähe zu einem Hochdruckgebiet führt und in der Höhe logischerweise zu einem Höhentief führt. Dies führt in beiden Höhenlagen zu einem Druckgradienten, einhergehend mit einem Temperaturgefälle, was in Folge Wind mit sich bringt.

 

Die verantwortliche Kraft für dessen Entstehung ist die Druckgradientenkraft. Das zugrunde liegende Gesetz ist der Zweite Satz der Ther-modynamik, welcher den Strom von Luftmassen von einem Hochdruckgebiet in ein Tiefdruckgebiet beschreibt, bis Druckausglich erreicht wird. Somit geht auch klar hervor, dass bei hohen Druckunterschieden die Winde stärker sind, als bei einer kleinen Differenz, da weniger Masse bewegt wird, was direkt mit der Windstärke korreliert.

 

Da die Ausgleichsströmung in der Höhe von warmer Luft vom Äquator weg zu den Polen nicht genau über dem Pol sinkt, sondern schon ab circa 30° Breite genügend kühl sind für das Absinken, respektive die tiefe Strömung der Luft vom Pol in Richtung Äquator sich schon ab circa 60° Breite genügend aufgeheizt hat, um aufzusteigen, entstehen nicht nur 1 sondern 3 Windsysteme pro Hemisphäre.

 

Diese werden im Allgemeinen mit den dazugehörenden Zellen beschrieben, welche unter dem Namen Hadley-Zellen (oder Nordost-, respektive Südostpassatzone), Ferrel-Zellen mit der Westwinddrift und den Polarzellen mit den zugehörenden Ostpolarwinden. Jede dieser Zellen lässt sich wiederum einzeln als Zirkulation beschreiben.

 

Die Erdrotation seinerseits beeinflusst anhand der Corioliskraft, was zu der sogenannten Westwinddrift führt und die Windrichtungen im Allgemeinen mitbestimmt (siehe auch Barisches Windgesetz). So werden polwärts strömende Luftmassen nach Osten, äquatorwärts strömende Luftmassen nach Westen abgelenkt. Zudem ist die Corioliskraft auch verantwortlich, dass sich 3 Zellen pro Hemisphäre als entsprechende Gürtel über die Erdoberfläche verteilen.

 

Die Zellen der Planetarische Zirkulation

Die Innertropische Konvergenzzone ist die um den Erdball verlaufende Tiefdruckrinne in Äquatornähe, in welcher der südliche und nörd-liche Passatwind zusammenkommen. Die direkte Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung und die unregelmässige Verteilung von Wasser und Land führen dazu, dass die Konvergenzzone nicht mit dem geografischen Äquator zusammenfällt und sich im Jahresverlauf sogar dyna-misch verschiebt. Die zeigt sich beispielsweise bei den jährlich wiederkehrenden südostasiatischen Monsuntiefs auf eindrückliche Weise.

Wichtig für die Zone ist, dass sich die horizontale Luftbewegung in eine vertikale Bewegung verwandelt. Dies hat die Bildung eines wind-armen Gebietes zur Folge, welches als Kalmen bekannt ist.

 

Die Hadley-Zellen, auch bekannt als Passatzonen, stossen südlich, respektive nördlich an die Innertropische Konvergenzzone. Beide daraus entstehenden Gürtel bringen sehr stabile Winde, nämlich den nördlichen Ostpassat, respektive den südlichen Ostpassat hervor. Die Rück-strömungen der Luftmassen in grosser Höhe werden als Antipassat bezeichnet.

 

Die Übergangszonen in der südlichen und nördlichen Hemisphäre von den Hadley- zu den Ferrel-Zellen stellt der subtropische Hochdruck-gürtel dar, welcher auf sinkenden Luftmassen durch die Eigenzirkulation beider aneinanderstossenden Zellen beruht. Die Luft erwärmt sich durch diesen Vorgang, sie kann hierbei mehr Feuchtigkeit aufnehmen, was das Hochdruckgebiet stabil macht und somit mit wenig Wind in diesen Breiten zu rechnen ist. Diese Breiten sind auch als Rossbreiten in die Geschichte eingegangen.

 

Im nördlichen und südlichen Anschluss zum jeweiligen subtropischen Hochdruckgürtel sind die Ferrel-Zellen. Sie zirkulieren gegenläufig zu den Hadley- und Polarzellen und sind die Zellen mit dem grössten Temperaturunterschied und somit natürlich mit dem grössten Energie-unterschied. In den beiden Gürteln wird die boden-nahe Luftmasse polwärts verschoben, woraus unter Einwirkung des Jetstreams West-winde entstehen, was zu dessen weiteren Namen Westwinddrift, respektive Westwindzone geführt hat. Die Zellen zeichnen sich zudem durch eine hohe Instabilität aus, welche darauf beruht, dass auf circa 60° Breite im Süden, wie im Norden feuchtwarme Westwinde auf trockene Polarluft aus dem Osten trifft. Dies hat an der Grenzschicht zur Folge, dass Verwirbelungen auftreten, welche für die Entstehung von Zyklonen, jedoch auch dem Wetter im Allgemeinen in den gemässigten Zonen verantwortlich ist (Polarfront). Diese zunehmende

Instabilität findet sich in den Namen für die Breitengrade wie die Brüllenden Vierziger (ausgeprägte Westwinde auf der Breite 40°), die Rasenden Fünfziger (Winde auf der Breite 50°) und im Übergang zur Polarzelle die Heulenden Sechziger (Winde auf der Breite 60°). Letztere befinden sich in der sogenannten südliche, respektive nördlichen subpolaren Tiefdruckrinne.

 

Den nördlichen, respektive südlichen Abschluss bilden die beiden Polarzellen. Diese beiden Zellen werden auch als polare Hochdruckkappen

bezeichnet, welche mit Ausnahme an den Rändern, als stabil gelten und von den polaren Ostwinden dominiert werden.

 

Die Windarten

Die Winde werden nach den für die Entstehung massgebenden Kräfte in unterschiedliche Klassen eingeteilt. So spricht man von den Euler-Winden, wenn der Druckgradient für die Ausprägung verantwortlich ist (gilt beispielsweise für Gebiete nahe dem Äquator). Die Geostro-phischen Winde hingegen sind Isobaren-parallel und beruhen auf dem Druckgradient und der Corioliskraft. Weiter beschrieben wird der Ageostrophische Wind, auch bekannt unter isallobarischer Wind, welcher zusätzlich zum idealisierten Geostrophischen Wind, reale Aus-gleichskomponenten mitbeinhaltet. Als letzte Klasse ist noch der Gradientwind aufzuzählen, welcher auf einem Gleichgewicht des Druck-gradienten, der Zentrifugalkraft und der Corioliskraft beruht. Als Ausnahme seien noch die Zyklostrophischen Winde genannt. Sie treten nur bei Zyklonen auf mit hohen Windgeschwindigkeiten und bestehen nur aus dem Druckgradienten und der Zentrifugalkraft.

 

Einteilung der Winde nach räumlichen und zeitlichen Grössenordnungen

Auch diese Einteilung der Winde möchten wir hier kurz vorstellen. So besteht diese Einteilung auf 3 Klassen. Zum Ersten gibt es die synoptischen Winde, Winde welche eine grosse Fläche betreffen und im Normalfall längere Zeit anhalten. Die zweite Klasse sind die gerade noch vorhersagbaren, lokalen Winde und die letzte Klasse beschreibt die stark lokalen, und vor allem unvorhersehbaren Winde.

 

Erdoberflächen-nahe Winde

Wie beschrieben ergibt sich die Windrichtung aus der Lage eines Hochdruck- und der Lage eines Tiefdruckgebietes mit der Berücksichtigung der Corioliskraft. Die Hochdruckgebiete drehen aus diesem Grunde in der nördlichen Hemisphäre im Uhrzeigersinn und werden als Zyklone bezeichnet, währenddessen die Tiefdruckgebiete im Gegenuhrzeigersinn drehen und als Antizyklone bezeichnet werden. Auf der südlichen Halbkugel ist die Drehrichtung und damit die Bezeichnung dieser beiden Phenomene genau umgekehrt.

 

Die Oberfläche unseres Planeten übt natürlich auch eine Auswirkung auf die Windsysteme und deren Winde aus. Da auf der südlichen Hemisphäre die Wasseroberfläche deutlich grösser ist, sind die Winde nach dem planetarischen Zirkulationsmodell deutlich ausgeprägter. Auf der Nordhalbkugel jedoch befindet sich mehr Landmasse, welche wiederum durch die Geografie und die damit verbundene Reibung an ihr selbst die Winde beeinflusst. Dies führte dazu, dass man die Windeffekte unterteilt in meridionale Komponenten (Komponente aus der

planetarischen Zirkulation) und der zonale Komponente, welche die Morphologie der Erdoberfläche mitberücksichtigt. Als Beispiele für solche Winde sind die thermischen Winde, der Föhn und Fallwinde zu benennen. Eine ausführliche Liste zu Winden und Windsystemen kannst Du hier finden.

 

Winde im Mittelmeer

Aufgrund der Tatsache, dass das Mittelmeer ein fast geschlossenes Meer ist und vor allem auf dem europäischen Kontinent durch eine ausgeprägte, oft sehr gebirgige Morphologie als Küste und näheres Umland verfügt, bringt für das Mittelmeer die unterschiedlichsten Winde aus verschiedensten Richtungen zu Tage.

 

Wie beschrieben, braucht es für das Auftreten dieser Winde Tief- und Hochdruckgebiete, welche sich entsprechend positionieren müssen (wie beispielsweise das Genua-Tief für den Mistral). Wir möchten aber in diesem Kapitel nur die wichtigsten Winde aufzählen, da ansonsten der Rahmen eindeutig gesprengt würde und verzichten bewusst auf die meteorologischen Voraussetzungen für die jeweiligen Winde.

 

So findet sich im nordwestlichen Mittelmeer der Mistral, ein oft sehr kräftiger Wind aus Norden bis Nordwesten, welcher seinen Ursprung unter anderem in dem engen Rhonetal findet. Die Bora in der Adria gehört zu den stärksten Winden im Mittelmeer und kommt in der Regel aus Nordosten. In der Ägäis bezeichnet man den Wind aus Nordwesten als Etesien, welcher vor allem im Sommer sehr ausgeprägt auf den Kykladen ist. In der zypriotischen See wird der gleiche Wind mit der analogen Ausprägung als Meltemi bezeichnet. Aus dem Süden kommend ist der Scirocco sehr wichtig. Der Scirocco ist ganzjährig aktiv, dafür ist dessen Stärke meist moderat. Im Ionischen Meer tritt der Grecale aus Nordosten auf, welcher als lokal ausgeprägt einzustufen ist. Für einen teilweise hefigen Wetswind im Tyrrhenischen Meer sorgt der Libeccio, ein in Richtung Italien wehender auflandiger Wind. Abschliessend möchten wir die Aufzählung mit dem Levanter, ein Ostwind, welcher für die Düse verantwortlich ist, welche in der Strasse von Gibraltar auftritt.

 

Die Zusammenstellung ist weder erschöpfend noch abschliessend und soll Dir einfach eine grobe Zusammenfassung bieten. In unseren Revierbeschreibungen findest Du teilweise andere, zusätzliche Winde, welche für das entsprechende Revier von Wichtigkeit sind. Zusätzlich findest Du hier eine sehr ausführliche Liste an Winden und Windsystemen.

 

Die Physik des Windes

Die Richtung eines Windes ist immer so beschrieben, dass man ihn nach seiner Herkunft bezeichnet. Das heisst, ein nördlicher Wind kommt aus dem Norden und weht in Richtung Süden. Der Wind und die damit verbundene Stärke wird in Knoten, oder seltener in Metern pro Sekunde angegeben. Zusätzlich existiert eine Beaufort-Skala, welche die Geschwindigkeiten des Windes in 12 Stufen einteilt. Werden Winde mit 2 bis 5 Beaufort als Brisen bezeichnet, so gilt die Bezeichnung Sturm ab einer Windstärke von 9 Beaufort. Die höchste Stufe mit 12 wird als Orkan bezeichnet.

 

Die Kraft, welche der Wind innehat, nennt sich Winddruck. Es gilt zu beachten, dass sich die Kraft im Quadrat zur Geschwindigkeit verhält. Das heisst, dass wenn der Wind auffrischt und dreimal stärker wird, sich die Kraft verneunfacht. Dieser Umstand musst Du für den Yacht-sport immer vor Augen halten, damit Du die Segel rechtzeitig reffen, oder im Extremfall bergen kannst.


Die Zusammenfassung beruht auf unterschiedlicher Literatur und Schulungen. Wir haben sie für Dich als Information zusammengestellt, um Dir die Möglichkeit zu geben, einen Überblick über die Phenomene zu verschaffen. Selbstverständlich ist die Zusammenfassung nicht ab-schliessend, noch ist sie erschöpfend. Falls Du auf eine nicht korrekte Information beim Lesen stösst, wären wir Dir sehr dankbar, wenn Du uns darauf aufmerksam machen würdest, damit wir die Chance haben uns zu verbessern.