Die Sonne erwärmt durch ihre kurzwellige Strahlung die Erde

Globale atmosphärische Zirkulation

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. 

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.

Die einfachste Form des Energietransfers vom Äquator zu den Polen:

• eine Zirkulationszelle proHemisphäre 

• Aufstieg am Äquator

• polwärts gerichtete Höhenströmung 

• Abwärtsströmung an jedem Pol 

• äquatorwärts fließendeOberflächenströmung.  

Dies entspricht dem ursprünglich von Hadley im 18. Jhd. vorgeschlagenen Zirkulationsmodel.

Die Zellenstruktur der Atmosphäre(Trivialfall: nichtrotierende Erde)

Die Zellenstruktur der Atmosphäre

Da die Erde

ergeben sich in der Realität wesentlich kompliziertere Zirkulationsmuster.

(Die Realität: rotierende Erde mit Achsenneigung)

• rotiert ( = 24:00 h)• die Rotationsachse geneigt ist ( = 23.5°)

• sich auf der nördlichen Hemisphärebedeutend mehr Landmasse befindet

Anstelle einer einzelligen Zirkulation baut sich die globale Zirkulation aus jeweils drei Zellen auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre auf. 

Die Zellenstruktur der Atmosphäre

Da die Erde

ergeben sich in der Realität wesentlich kompliziertere Zirkulationsmuster.

(Die Realität: rotierende Erde mit Achsenneigung)

• rotiert ( = 24:00 h)• die Rotationsachse geneigt ist ( = 23.5°)

• sich auf der nördlichen Hemisphärebedeutend mehr Landmasse befindet

Anstelle einer einzelligen Zirkulation baut sich die globale Zirkulation aus jeweils drei Zellen auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre auf. 

Diese drei Zellen sind

(1)(2)  die Zelle mittlerer Breiten 

(auch Ferrell‐Zelle)(3)  die Polarzelle. 1

2

3

(1)  die tropische Zelle (auch Hadley‐Zelle)

Die Zellenstruktur der Atmosphäre

Die Hadley‐Zelle (1):

(Hadley‐Zelle)

(b) erwärmt sich und nimmt Feuchtigkeit auf(c) steigt am Äquator auf 1

(a) Luft strömt an Oberfläche äquatorwärts, wird westwärts abgelenkt (tropical easterlies)

(d) kühlt sich dabei ab(e) regnet ab.

Die meteorologischen und klima‐tologischen Bedingungen erlauben „Tropischen Regenwald“ am Äquator(feuchtadiabatische Entspannung).

Die Zellenstruktur der Atmosphäre

Die Ferrel‐Zelle (2):

(Ferrel‐Zelle)

(b) reitet auf Polarzelle auf und regnet ab(c) sinkt an der Hadley‐Zelle ab

2

(a) Luft strömt an Oberfläche polwärts, wird ostwärts abgelenkt (mid westerlies)

(d) erwärmt sich dabei(e) erreicht sehr trocken die Oberfläche.

Die meteorologischen und klima‐tologischen Bedingungen bedingen „Wüstenklima“ oberhalb des Äquators (trockenadiabatische Verdichtung).

Die Zellenstruktur der Atmosphäre

Die Polar‐Zelle (3):

(Polar‐Zelle)

(b) erwärmt sich und nimmt Feuchtigkeit auf(c) bildet mit der Ferrel‐Zelle die Polarfront

3(a) Luft strömt an Oberfläche äquatorwärts, 

wird westwärts abgelenkt (polar easterlies)

(d) strömt kalt und trocken zum Pol(e) sinkt am Pol bei Erwärmung ab.

Die meteorologischen und klima‐tologischen Bedingungen ergeben „trockenes Polarklima“ in Polnähe (trockenadiabatische Verdichtung).

Zellenstrukturder Atmosphäre

Auf Grund der Achsneigung

wandern die Hadley- und Ferrellzellen

nord- und südwärts

und besitzen eineunterschiedliche Ausdehnung

in Abhängigkeit von der Jahreszeit.

Sommer oder Winter?Sommer

Daraus ergeben sich die folgenden dominierenden Zirkulationsmuster:

Für eine homogene (a)           und         die nicht homogene (b) Oberfläche

Die Oberflächenwinde in der Atmosphäre

Typisches Zirkulationsmuster (Tief) über Europa(Zyklonale Wetterlage)