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Die Konvektion ist der Hauptgenerator der atmosphärischen Zirkulation. Dies ist auf die Temperaturdifferenz zurückzuführen, die beispielsweise am Äquator auftritt, wo die Strahlung maximal ist. Diese Bewegung erzeugt ein Muster verschiedener Strömungen, sowohl oberflächennah als auch in der Höhe, die für das Verständnis der Strömungen im Ozean von entscheidender Bedeutung sind.

>Modell

ID:(1581, 0)

Beschreibung

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Der Hauptantrieb für die atmosphärische Bewegung ist das Phänomen der Konvektion. Dies tritt auf, wenn die Luft an der Erdoberfläche durch die Einstrahlung von Sonnenlicht auf den Boden erwärmt wird. Durch die Erwärmung dehnt sich die Luft aus, wird weniger dicht als die umgebende Luft und steigt auf oder "schwimmt" auf. Beim Aufsteigen entsteht ein Vakuum, das zu Oberflächenwinden führt, die die fehlende Luftmasse ausgleichen und einen Raum schaffen, der schließlich die aufgestiegene Luftmasse mit sich zieht. Sobald diese Luftmasse abkühlt, sinkt sie wieder ab und bildet so eine kreisförmige Bewegung.

Diese Art von Bewegung tritt nicht nur in der Atmosphäre auf, sondern auch in einem Haushalt und ist Teil des Mechanismus zur Verteilung der von einem Heizkörper erzeugten Wärme.

ID:(11737, 0)

Beschreibung

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Auf dem Planeten erwärmen sich die Gebiete, die mehr Sonnenstrahlung erhalten, stärker und erzeugen entlang des Äquators eine verstärkte Konvektion. Die Luft steigt auf und verteilt sich in der Troposphäre nach Norden und Süden, was eine Zirkulation mit oberflächennahen Winden zum Äquator hin und in größeren Höhen von diesem weg bewirkt.

Die Luft in höheren Höhen kühlt sich ab und beginnt dann abzusinken, um wieder zur Erdoberfläche zum Äquator hin transportiert zu werden. Auf diese Weise entsteht ein Art Zirkulationsgürtel um den Planeten, der als Hadley-Zellen in der Nord- und Südhalbkugel bezeichnet wird. Diese Zellen wiederum erzeugen ein entgegengesetztes Zirkulationsmuster, das Oberflächenströmungen nach Norden und Höhenströmungen nach Süden aufweist. Diese zweiten Zellen werden Ferrel-Zellen genannt. Schließlich gibt es eine dritte Zelle, die als Polarzelle bezeichnet wird.

ID:(11738, 0)

Beschreibung

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Die Konvektion, die am Äquator beobachtet wird, führt dazu, dass Luft an der Oberfläche erwärmt wird, eine große Menge Wasserdampf aufnimmt, aufsteigt und schließlich durch die Kondensation des Wasserdampfes Wolken bildet. Diese Kondensation zeigt sich in den Wolken, die sich entlang dieser Zone bilden, in der die Oberflächenwinde beider Hemisphären zusammenkommen, bekannt als die tropische Konvergenzzone.

Die Vermischung und Konvektion der Luftströmungen ist äußerst instabil und führt zu häufigen Stürmen und Turbulenzen. Wenn man häufig zwischen Südamerika und Europa fliegt, durchquert man oft während der Nacht diese Zone und erlebt etwa eine Stunde lang häufige Turbulenzen. Gelegentlich kann man sogar Blitze von den Stürmen beobachten, die in den unteren Schichten der Atmosphäre stattfinden.

ID:(11740, 0)

Beschreibung

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Wenn wir uns auf die Oberflächenströmungen konzentrieren, können wir drei Arten von Winden identifizieren:

- In der Hadley-Zelle, die sich vom Äquator bis zu den Breitengraden $\pm$ 30 Grad erstreckt, neigen die Winde dazu, sich "vorwärts" zu bewegen, da sie von einer Zone mit hoher Tangentialgeschwindigkeit zu einer Zone mit niedriger Tangentialgeschwindigkeit übergehen (Passatwinde).
- In der Ferrel-Zelle, die sich von den Breitengraden $\pm$ 30 Grad bis zu den Breitengraden $\pm$ 60 Grad erstreckt, neigen die Winde dazu, sich "zurückzuziehen", da sie von einer Zone mit niedriger Tangentialgeschwindigkeit zu einer Zone mit hoher Tangentialgeschwindigkeit übergehen (Westwinde).
- In der Polarzelle, die sich von den Breitengraden $\pm$ 60 Grad bis zu den jeweiligen Polen erstreckt, neigen die Winde dazu, sich "vorwärts" zu bewegen, da sie von einer Zone mit hoher Tangentialgeschwindigkeit zu einer Zone mit niedriger Tangentialgeschwindigkeit übergehen (Ostwinde).

ID:(11739, 0)

Beschreibung

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An den Punkten, an denen sich die Hadley- und Ferrel-Zellen sowie die Ferrel- und Polar-Zellen in der Troposphäre treffen, entsteht ein Strom, der um den Planeten zirkuliert. Diese Strömungen werden als Jetstreams bezeichnet, nämlich der subtropische Jetstream und der polare Jetstream. Sie bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit und werden von der Luftfahrt genutzt, um Reisezeiten von West nach Ost zu verkürzen:

ID:(11745, 0)

Beschreibung

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Im Allgemeinen hängt die Anzahl der Zellen auf dem Planeten von der Stabilität des Flusses vom Äquator zur Oberfläche oder von Äquator zur Höhe ab. Theoretisch könnte der Planet eine einzige Zelle haben, die sich vom Äquator zu den Polen erstreckt. Derzeit haben wir jedoch drei solcher Zellen, die Gürtel um den Planeten bilden, in denen die Strömungen zwischen den Hadley-Zellen und zwischen den Ferrel- und Polarzellen konvergieren. Die Konvergenz der atmosphärischen Strömungen in diesen Regionen weist auf Bereiche mit niedrigem Druck hin. Ähnlich sollten zwischen den Hadley- und Ferrel-Zellen sowie an den Polen Gebiete mit hohem Druck existieren. Diese Druckgürtel neigen jedoch dazu, instabil zu sein, sich zu fragmentieren und Zonen mit hohem und niedrigem Druck zu erzeugen, die sich mit den Oberflächenströmungen bewegen:

ID:(11744, 0)

Bild

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Die Gebiete mit niedrigem Druck (Äquator und 60 Grad Breitengrad) und hohem Druck (30 Grad Breitengrad und Pole) sind nicht nur segmentiert und bilden Zentren, die sich mit den Strömungen bewegen, sondern sie schlängeln sich auch um verschiedene Orte herum (Äquator, 30 Grad Breitengrad, 60 Grad Breitengrad), beeinflusst von den saisonalen Temperaturen in jedem Hemisphäre.

Die rote Linie auf dem Diagramm zeigt die Position dessen, was die tropische Konvergenzzone sein würde, die zwischen beiden Hemisphären schlängelt.

ID:(11743, 0)

Beschreibung

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Da die Atmosphäre die Bewegung der Meeresoberfläche antreibt, lassen sich entsprechende Zirkulationsmuster beobachten, die verschiedene Winde erzeugen. Dadurch können wir die großräumigen Zirkulationsbewegungen in folgenden Gebieten verstehen:

- Nordatlantik
- Südatlantik
- Nordpazifik
- Südpazifik
- Indischer Ozean

ID:(11741, 0)

Beschreibung

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Die Ozeanzirkulationen weisen feinere Strukturen an den Rändern der fünf Hauptzirkulationszonen auf. Aufgrund der Trägheit bleiben diese Zirkulationen trotz der starken Schwankungen im Luftstrom weitgehend stabil.

Neben der allgemeinen Zirkulation gibt es spezifische Strömungen nördlich von Europa, um Indien herum und in Ozeanien. Diese Strömungen sind kleiner und weisen nicht dieselbe Trägheit wie die größeren Zirkulationen auf. Sie unterliegen auch den zufälligeren Bewegungen der atmosphärischen Zirkulation.

ID:(11742, 0)

Beschreibung

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Eine andere Art von geringfügiger Zirkulation tritt entlang der Küste auf. Sie beeinflusst nicht das "Makroklima", sondern nur das lokale Klima. Während des Tages absorbiert das Land viel Energie und überträgt einen Teil davon auf die Luftmassen, die sich erwärmen und Konvektion durchlaufen, was zu Auftrieb führt. Dadurch wird die Luft vom Meer nach außen gezogen und erzeugt den Küstenwind, der am Strand beobachtet werden kann. Dieser Wind von Meer zu Land zieht auch das Wasser des Meeres mit sich und fördert die Bildung von Wellen.

ID:(11746, 0)

Beschreibung

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Jedoch kehrt sich der Fluss während der Nacht um. Aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers überträgt nun der Ozean Energie auf die Luft, was zu Konvektion über dem Ozean führt und Luft von der Küste heranzieht. Dadurch entsteht ein Wind, der von der Küste hinaus auf das Meer weht und tendenziell die Wellen beruhigt, da er das Wasser vom Ufer wegzieht.

ID:(11747, 0)