Die globalen Windsysteme der Erde – vom Profi erklärt

Wie entsteht das Wetter auf unserem Planeten?

Ein gigantisches, erdumspannendes System von Luftdruck-, Luftströmungs- und Klimazonen prägt den Wind und das Wetter auf unserem Planeten. Dabei sind diese Zonen nicht regellos über die Erdkugel verteilt. Vielmehr orientieren sie sich grob an den Breitenkreisen. Beispielsweise wehen in der Nähe des Äquators die Passatwinde und an den Polen eher östliche Winde. Die Breitenlage ist ein entscheidender Klimafaktor und wir müssen sie daher näher betrachten.

Die Erwärmungsleistung der Sonne

Während die Rotation der Erde um die eigene Achse und um die Sonne dafür sorgt, dass an dem Wechsel zwischen Tag und Nacht und zwischen Sommer und Winter alle Gebiete auf der Erde teilhaben, hängt die maximale Erwärmungsleistung der Sonne von der Breitenlage ab.

Stetige Winde wehen für gewöhnlich in der Passatwind-Zone.

Um das zu verstehen, hilft ein physikalisches Gesetz von Lambert. Es besagt: Die Erwärmungsleistung der Sonne ist umso stärker, je steiler der Winkel zwischen Sonnenstrahlen und der die Strahlung absorbierenden Oberfläche ist. Mit anderen Worten: Da, wo die Sonne senkrecht über der Erde (im Zenit) steht, ist es am wärmsten.

Die Kugelgestalt der Erde und der Winkel der Erdachse zur Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen führen dazu, dass die Sonnenstrahlen in hohen Breiten mit einem flacheren Einfallswinkel auf die Erdoberfläche treffen als in niederen Breiten. Die gleiche Menge an Strahlungsenergie verteilt sich also in den Polarregionen auf eine viel größere Fläche als in den Tropen.

Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlung hängt von der geografische Breite ab

Für jeden Quadratmeter bleibt deshalb in hohen Breiten nur wenig vom Erwärmungspotenzial der Sonne übrig. Da kann die Sonne am Polartag auch 24 Stunden scheinen. Entscheidend für ihre Kraft, die Luft zu erwärmen, ist nämlich nicht die Dauer der Einstrahlung, sondern ihre Höhe über dem Horizont.

In den Tropen steht die Mittagssonne besonders hoch am Himmel und deshalb ist ihre Kraft, die Luft zu erwärmen groß – auch wenn der lichte Tag dort nur selten länger als 13 Stunden dauert.

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Die Entstehung von Klimazonen

Infolge der Kugelgestalt der Erde entscheidet die geografische Breite über den Einfallswinkel der Strahlung und damit über die Erwärmungskraft der Sonne. Mit der Kugelgestalt der Erde, ihrer Orientierung zur Sonne und dem Lambert'schen Gesetz zur Erwärmungskraft der Sonne erklärt sich die an der geografischen Breite orientierte Lage vieler Klimazonen.

Die Sonne ist der Motor der globalen Wettersysteme – Foto: Alexas_Fotos/Pixabay

Generell gilt, dass eine warme Luftmasse ein geringeres spezifisches Gewicht besitzt als eine kalte und deshalb am Grunde dieser Luftmasse ein geringerer Luftdruck herrscht als unter der kalten Luftmasse. So wird die Lage zweier bedeutender Glieder des globalen Luftdrucksystems verständlich: Die innertropische Tiefdruckzone und die Hochdruckgebiete über Arktis und Antarktis.

Die Natur hat den Wind geschaffen, um Luftdruckunterschiede auszugleichen und vom höheren zum tieferen Druck zu strömen. So setzt sich die Luft in dem Bereich der Atmosphäre, der uns Wassersportler interessiert, also in den untersten Schichten der Atmosphäre, in den Polarzonen in Richtung niedere Breiten – also zum Äquator – in Bewegung. Allerdings gelangen die Luftmassen auf diesem direkten Weg nicht von den Polen bis in die Tropen. Der Grund dafür ist die ablenkende Kraft der Erdrotation, die sogenannte Corioliskraft. Sie führt zu kreisförmigen Bahnen der Luftbewegung.

Die mittleren Breiten sind eine unbeständige Zone

Auf diese Weise bilden sich zwischen Polarhochs und innertropischer Tiefdruckzone zwei weitere große, erdumspannende Wind- und Wetterzonen: in subpolaren und mittleren Breiten eine unbeständige Zone, in der sich wandernde Tiefs und Zwischenhochs quasi die Klinke in die Hand geben, und in den Subtropen eine Hochdruckzone. Zu diesen beiden Zonen gehören zwei Druckgebilde, die ganz wesentlich unsere nordatlantische Wetterküche prägen: das Islandtief und das Azorenhoch.

Segeln unterm Azorenhoch

Aus der unterschiedlichen Erwärmungskraft der Sonne, die abhängig von der Breitenlage ist, resultierten also die großen Klimazonen und die erdumspannenden, großen Luftdruckgürtel.

Die globalen Wettersysteme

Von der Luftdruckverteilung ist es nur noch ein kleiner Schritt zum Verständnis der großen Windsysteme der Erde. Die Winde dienen wie beschrieben dem Luftdruckausgleich, sie wehen von Hochdruck zu Tiefdruck. Wegen der Corioliskraft erfolgt dieser Ausgleich nur langsam und auch nur im untersten Atmosphärenstockwerk, der sogenannten Reibungsschicht. Deshalb sind Hochs und Tiefs mitunter sehr langlebige Gebilde.

Vorgänge in höheren Luftschichten: Hochs und Tiefs regenerieren sich hier.

Außerdem sorgen dynamische Vorgänge in höheren Luftschichten dafür, dass sich die Hochs und Tiefs immer wieder regenerieren können – in subpolaren Breiten besonders die Tiefs, in subtropischen Breiten besonders die Hochs. Unsere gemäßigte Klimazone befindet sich dazwischen und ist deshalb oft von einem sehr unbeständigen Wetterablauf geprägt, bei dem sich Hochdruck- und Tiefdruckphasen abwechseln. Ebenso unstet sind hier die Wind- und Temperaturverhältnisse: Mal finden subtropische Luftmassen, ein anderes Mal Polarluft ihren Weg ins Revier.

Das Schema der globalen Windzonen besteht aus folgenden Gliedern:

Polare Ostwinde

Relativ beständige, kalte Winde aus Nordost bis Ost (Nordhalbkugel) bzw. Südost bis Ost (Südhalbkugel) zwischen Polarhoch (arktische und antarktische Polarregionen) und tieferem Luftdruck in subpolaren Breiten.

Westwindzone der gemäßigten Breiten

Unbeständige, mal warme, mal kalte Winde, vorherrschend aus West bis Südwest (Nordhalbkugel) bzw. West bis Nordwest (Südhalbkugel), zwischen der subpolaren Zone lebhafter Tiefdrucktätigkeit und dem subtropischen Hochdruckgürtel.

Einfaches Schema der globalen Luftdruck- und Windgürtel

Tropische Ostwinde (Passatwinde)

Sehr beständige, warme Winde aus Nordost (Nordhalbkugel) bzw. Südost (Südhalbkugel) zwischen dem subtropischen Hochdruckgürtel und der äquatorialen Tiefdruckrinne. Das sind die typischen Passatwinde, nach denen eigens ein Segel benannt wurde.

Das hier beschriebene Bild von erdumspannenden Luftdruckbändern und Zirkulationssystemen ist nur eine vereinfachte und die durchschnittlichen Bedingungen wiedergebende Darstellung für eine idealisierte Erde. Sie hilft, die Entstehung der Winde und die Anordnung der Luftströmungen besser zu verstehen. Tatsächlich können Druck und Winde tagtäglich, jahreszeitlich und auch geografisch größeren Schwankungen unterworfen sein, die von diesem Muster abweichen.

Rekordsommer 2018. Hier: Hochsommer in Norwegen

Dies betrifft einmal die normalerweise sehr unbeständige Klimazone der mittleren Breiten, die mitunter auch sehr beständige Wetterlagen erleben kann – wie der lange Sommer 2018 zeigte. In anderen Regionen der Erde trifft dieses Schema nur in einigen Monaten im Jahr zu, zu denen vor allem die Monsungebiete mit ihren jahreszeitlich wechselnden Winden, besonders in Südasien, zählen.

Aus diesem Grund lohnt sich ein Blick auf die jahreszeitlichen Unterschiede im Muster der globalen Luftdruck- und Windgürtel.

Jahrezeitliche Schwankugen der globalen Wettersysteme

Wetterlage im Januar

Im Januar wird die subpolare Tiefdruckzone von zwei großen Tiefdruckschwerpunkten beherrscht: Der eine befindet sich über dem nördlichen Nordatlantik zwischen Grönland und Island (Nordatlantiktief). Der andere befindet sich über dem nördlichen Nordpazifik im Bereich der Alëuten (NAME DES TIEFS).

Schema der globalen Luftdruck- und Windgürtel im Januar

Diese beiden Tiefs prägen Wind und Wetter auch in weiten Teilen der angrenzenden Gebiete. Das Nordatlantiktief, mit lebhaften, vorherrschend südwestlichen Winden, beeinflusst zum Beispiel auch den Westen, die Mitte und den Norden Europas.

Weiter südwärts liegt der subtropische Hochdruckgürtel. Ein besonders starker Hochdruckschwerpunkt ist in dieser Zone über dem Tibetischen Hochplateau ausgebildet.

Weiter südlich der Hochdruckachse weht es meist aus Nordost. Über Südasien wird dieser Nordostwind Wintermonsun oder Nordostmonsun genannt. Die Nordostwinde streben der innertropischen Tiefdruckzone zu, die ein wellenförmiges Band bildet und sich über den Kontinenten relativ weit vom Äquator südwärts entfernt hat.

Französisch Polynesien im Pazifik am Rande der subtropischen Hochdruckzone

Weitaus gleichmäßiger und nahezu parallel zu den Breitengraden sieht das Luftdruck- und Windmuster auf der Südhalbkugel aus. Die Zentren der subtropischen Hochdruckzone liegen auf den Ozeanen in 35 bis 45 Grad südlicher Breite. Nördlich dieser Zone weht der Südostpassat, und südlich weht es stark bis stürmisch aus westlichen Richtungen. Die subpolare Zone mit ausgeprägter Tiefdrucktätigkeit befindet sich im Januar am Rande des antarktischen Kontinents in der Nähe des Polarkreises.

Wetterlage im Juli

Im Juli ist die subpolare Tiefdruckzone der Nordhalbkugel deutlich schwächer als im Januar ausgeprägt. Die südlich angrenzende Hochdruckzone ist dafür kräftiger und liegt weiter nördlich als im Winter. Dafür fehlt ihr südasiatischer Vertreter. An seine Stelle ist eine Tiefdruckzone getreten, die nichts anderes darstellt als das Band der innertropischen Tiefdruckrinne, das sich in dieser Erdregion besonders weit vom Äquator entfernt. Das hat zur Folge, dass über Südasien bis in Teile des tropischen Afrikas hinein nun Winde wehen, die den winterlichen entgegengesetzt sind: der Südwestmonsun.

Schema der globalen Luftdruck- und Windgürtel im Juli

Nur wenig verändert gegenüber Januar erscheint hingegen der subtropische Hochdruckgürtel der Südhalbkugel. Damit sind in dieser Hemisphäre auch die angrenzenden Windgürtel des Südostpassats und des starken Westwindes außerordentlich stabil.

Das Gleiche gilt für die subpolare Zone mit ausgeprägter Tiefdrucktätigkeit, die sich sommers wie winters am Rande des antarktischen Kontinents in der Nähe des Polarkreises befindet.

Wetterlage im Mittelmeer

Diese jahreszeitlichen Nord-Süd-Verlagerungen der Luftdruck- und Windgürtel führen in ihren Randbereichen zu wechselnden Windregimen. So kommen weite Teile des Mittelmeerraums im Sommer unter die Fittiche des Hochdruckgürtels mit viel Flaute, im Winter hingegen zieht sich die Hochdruckzone nach Süden zurück und überlässt wechselhaften Westwinden das Regime im Mittelmeer.

Typisches Mittelmeer-Wetter im Sommer

Die Kalmen

Im Kernbereich der großen Subtropenhochs sind die Winde schwach und unstet. Nicht selten halten sich auch hartnäckige Windstillen, die Kalmen. Gerieten in frühen Zeiten der Segelschifffahrt die Großsegler-Flotten, die mit vielen Pferden auf ihrem Weg nach Mittelamerika waren, in eine solche Kalmen-Zone, kamen sie mitunter wochenlang nicht von der Stelle. Sie mussten die mitgebrachten Pferde schlachten, welche mit ihnen ums Trinkwasser konkurrierten.

Die See voll treibender Pferdekadaver – ein Anblick, der damals typisch für diese Kalmenzone war. Er verlieh der subtropischen Hochdruckzone den noch heute gebräuchlichen Namen: Rossbreiten.

Wenig Wind und dicke Wolkentürme – die Kalmen

Innertropische Konvergenzzone

Nur wenig Wind gibt es auch in der Tiefdruckzone in der Nähe des Äquators, in der die Passate beider Hemisphären konvergieren, also aufeinanderprallen. Innertropische Konvergenz heißt der Fachbegriff für diese Zone, die seemännischen Bezeichnungen lauten Mallungen (deutsch) bzw. Doldrums (englisch).

Innertropische Konvergenzzone – wechselhaftes tropisches Wetter

Passatwindzone

Beliebter bei den Seefahrern und Blauwasserseglern sind die tropischen Ostwinde, die Passate. Sie sind durch eine große Beständigkeit, eine moderate Stärke im Bereich 4 bis 6 Windstärken und durch vorherrschend schönes Wetter gekennzeichnet.

Segeln in der Passatwindzone

Die Passatwinde förderten in früheren Jahrhunderten ganz wesentlich den Handel und die Entdeckungsfahrten auf See – ebenso wie die wind-, aber nicht ganz so wetterbeständigen Monsune des Indischen Ozeans.

Die spanischen Seeleute zu Zeiten Christoph Kolumbus schufen für die atlantische Passatzone den Namen „el golfo de las damas“ – so leicht ließ sich im Passat navigieren, dass in deren Augen sogar eine Frau das Ruder hätte übernehmen können. Heutzutage sind die Passate besonders das Dorado der Blauwassersegler. Viele Windsurfer bevorzugen ebenfalls diese Windzone – die Passatküsten machen etwa 30 Prozent aller Küstenzonen der Erde aus.

Die Westwindzone

Genug Wind für den Wassersport bietet auch die Westwindzone, allerdings sind Wind und Wetter hier unbeständiger. Und auf der Südhalbkugel gibt es in dieser Zone oft zu viel des guten Windes. Dort bremst kaum ein Land Wind und Welle.

Unter den alten Seefahrern waren die Westwinde der Südhalbkugel gefürchtet. In Anspielung auf die Windgeräusche in der Takelage und die jeweiligen Breitengrade hießen sie Roaring Forties („brüllende Vierziger“), Furious Fifties („wilde Fünfziger“) und Shrieking Sixties („kreischende Sechziger“). Auch Wellington auf Neuseeland liegt in dieser Starkwindzone und verdankt ihr den Ruf als windigste Hauptstadt der Welt.

Fazit

Wie dargestellt, hängt das Wettergeschehen global zusammen. Für ein grobes Verständnis lässt es sich aber ganz gut in vier Zonen eingliedern, die in beiden Hemisphären gleichermaßen auftreten. In der Nähe der Pole herrschen die polaren Ostwinde vor. Dann kommt die Westwindzone der gemäßigten Breiten. In Richtung Äquator folgt die tropische Ostwindzone (Passatwinde), die schließlich am Äquator in die Äquatoriale Tiefdruckrinne mündet (Innertropische Konvergenz).

Grundlage für diese Aufteilung ist die Sonne bzw. der Winkel der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche. Dieser Winkel bestimmt die Erwärmung und bildet damit die Grundlage und den Nährboden für die globalen Wettersysteme.

So soll es sein: entspanntes Segeln.

Bei aller Vereinfachung muss jedoch klar sein, dass das hier beschriebene Bild von erdumspannenden Luftdruckbändern und Zirkulationssystemen nur eine vereinfachte und die durchschnittlichen Bedingungen wiedergebende Darstellung für eine idealisierte Erde ist. Es hilft, die Entstehung der Winde und die Anordnung der Luftströmungen besser zu verstehen. Tatsächlich können Druck und Winde tagtäglich, jahreszeitlich und auch geografisch größeren Schwankungen unterworfen sein, die von diesem Muster abweichen. So ist das Wetter nun mal …

Tipp der Redaktion: Das Buch zum Thema von Michael Sachweh

Dieser Text stammt in abgeänderter Form aus dem lesenswerten Fachbuch „Wetterkunde für Wassersportler“. Die entscheidende Frage aller Segler ist doch: „Kann ich morgen die Segel setzen oder bleibe ich besser an Land?“ Oder: „Wann ist ein guter Zeitpunkt für meinen Wassersport-Urlaub?“ Antworten auf solche Fragen erhoffen sich Segler von Wetter-Apps und den Wettervorhersagen professioneller Meteorologen. Dabei sind die Grundlagen der Wetterkunde für jeden Wassersportler leicht zu erlernen. Zum praktischen Verständnis von Wellen, Wind und Wolken, von Seegang und Gezeiten werden vor allem fundierte Grundlagenkenntnisse benötigt. Michael Sachweh erläutert ausführlich in seinem Ratgeber, wie sie gefunden werden.