Kleine Synoptikkunde (6) - Der geostrophische Wind

Der Wind weht vom Hoch zum Tief - so wird es gelehrt. Das ist auch
richtig so, aber die Realität ist wie so oft etwas komplizierter. Wie
es sich tatsächlich mit dem Wind verhält, erklären wir im heutigen
Thema des Tages.

Grundlage des Windes sind Druckunterschiede in der Atmosphäre. Diese
Druckunterschiede wollen ausgeglichen werden, und das geschieht durch
Wind, der vom hohen zum tiefen Druck weht. An dieser Stelle könnte
die Geschichte schon zu Ende sein - wenn die Erde eine einfache,
bewegungslose Fläche wäre. Tatsächlich haben wir es aber mit einer
kugelähnlichen Gestalt zu tun, die sich auch noch um sich selber
dreht. Das verkompliziert die ganze Angelegenheit dahingehend, dass
dadurch noch weitere Kräfte ins Spiel kommen, die auf den Wind
einwirken. Die antreibende Kraft vom Hoch zum Tief wird durch den
Druckunterschied verursacht, und heißt "Druckgradientkraft". Ohne
Druckgebiete gäbe es keine Druckgradientkraft und somit zunächst
einmal auch überhaupt keinen Wind. Je größer der Druckunterschied,
desto größer ist auch die Druckgradientkraft, und desto stärker weht
der Wind.

Gleichzeitig dreht sich die Erde aber quasi unter dem Wind hinweg
weiter. Für einen sich mit der Erde mitdrehenden Beobachter sieht es
dabei so aus, als würde das Luftpaket zur Seite abgelenkt werden. Die
Kraft, die das bewirkt, heißt "Corioliskraft". Die Corioliskraft ist
dabei eine sogenannte "Scheinkraft", denn sie tritt nur abhängig vom
Standpunkt des Beobachters auf. Ein Beobachter, der im Weltraum auf
die rotierende Erde schaut, würde z.B. keine solche Ablenkung
wahrnehmen. Beide Kräfte, die Druckgradientkraft und die
Corioliskraft, "zerren" nun solange an einem Luftpaket, bis sich
beide Kräfte im Gleichgewicht befinden. Den daraus resultierenden
Wind nennt man "geostrophischen Wind". In der unten gezeigten
Abbildung (https://t1p.de/ja3u) ist dieses Prinzip auch nochmal
grafisch dargestellt.

In der Wirklichkeit wirken aber noch mehr als nur die zwei
betrachteten Kräfte auf das Luftpaket. Daher ist der geostrophische
Wind auch ein vorwiegend theoretisches Konzept. Wenn er wirklich so
wie beschrieben aufträte, würden sich z.B. Druckgebiete niemals
auffüllen können, da der Wind ausschließlich parallel zu ihnen wehen
würde. Echter geostrophischer Wind tritt nur unter den Bedingungen
auf, dass die Isobaren geradlinig und nicht gekrümmt verlaufen, und
dass die Strömung komplett reibungsfrei ist. Im Falle gekrümmter
Isobaren wirkt zusätzlich noch die "Zentrifugalkraft" auf ein
Luftpaket. Das Gleichgewicht aus Druckgradient-, Coriolis-, und
Zentrifugalkraft nennt man "Gradientwind". In der Realität ist eine
Strömung natürlich auch niemals reibungsfrei, sondern wird vor allem
am Boden immer durch Hindernisse gestört und abgelenkt. Diesen Betrag
der Abweichung nennt man "ageostrophischen Wind". Die Summe aus
geostrophischem und ageostrophischem Wind ist dann der tatsächlich
wehende Wind. Die ageostrophische Windkomponente sorgt letzten Endes
dafür, dass sich Hochdruckgebiete wieder abbauen und Tiefdruckgebiete
wieder auffüllen. Die Tatsache, dass die Reibung und damit der
ageostrophische Wind über dem Meer viel kleiner sind als über Land,
sorgt zum Beispiel dafür, dass sich Druckgebiete über dem Ozean sehr
viel stärker entwickeln können. Als Beispiel seien sehr starke
Orkantiefs über dem Atlantik genannt. Unter anderem aus dem gleichen
Grund zerfallen tropische Stürme sehr rasch, sobald sie auf Land
treffen.

M.Sc. Felix Dietzsch
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 16.11.2020

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst