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Wind

Wind ist die ungefähr horizontale Bewegung von Luft (im Gegensatz zu einem Luftstrom), der durch eine ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche verursacht wird. Es tritt in allen Größenordnungen auf, von lokalen Brisen, die durch die Erwärmung von Landoberflächen erzeugt werden und mehrere zehn Minuten dauern global Winde resultierend aus der Solarheizung des Erde . Die zwei Haupteinflüsse auf die atmosphärische Zirkulation sind die unterschiedliche Erwärmung zwischen dem Äquator und den Polen und die Rotation des Planeten (Coriolis-Effekt).

Bei einem Unterschied im barometrischen Druck zwischen zwei Luftmassen entsteht zwischen den beiden ein Wind, der dazu neigt, vom Hochdruckgebiet zum Tiefdruckgebiet zu strömen, bis die beiden Luftmassen den gleichen Druck haben, obwohl diese Strömungen sein werden modifiziert durch den Coriolis-Effekt in den Extratropen.

Winde können entweder nach ihrem Ausmaß, den Arten von Kräften, die sie verursachen (gemäß den atmosphärischen Bewegungsgleichungen), oder den geografischen Regionen, in denen sie vorkommen, klassifiziert werden. Es gibt globale Winde, wie die Windgürtel, die zwischen den atmosphärischen Zirkulationszellen existieren. Es gibt Winde der oberen Ebene, wie die Jetstreams. Es gibt Winde im synoptischen Maßstab, die aus Druckunterschieden in den Luftmassen an der Oberfläche in den mittleren Breiten resultieren, und es gibt Winde, die als Folge davon entstehen geographisch Merkmale wie die Meeresbrise. Mesoskalige Winde sind solche, die auf lokaler Ebene wirken, wie z. B. Böenfronten. Im kleinsten Maßstab sind die Winde im Mikromaßstab, die in einer Größenordnung von nur zehn bis hundert Metern wehen und im Wesentlichen unvorhersehbar sind, wie z. B. Staubteufel und Mikroexplosionen.

Winde können durch eine Vielzahl von äolischen Prozessen auch Landformen formen.

Winde nach räumlicher Skala

Vorherrschende Winde – die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre

Bild:Global Wind Systems.jpgGlobale Windsysteme

Vorherrschende Winde sind Winde, die als Folge globaler Zirkulationsmuster entstehen. Dazu gehören die Passatwinde, die Westwinde, die polaren Ostwinde und die Jetstreams.

Aufgrund der unterschiedlichen Erwärmung und der Tatsache, dass warme Luft aufsteigt und kühle Luft abfällt, entstehen Zirkulationen, die (auf einem nicht rotierenden Planeten) zu einer Äquator-zu-Pol-Strömung in der oberen Atmosphäre und einer Pol-zu-Äquator-Strömung führen würden auf niedrigeren Ebenen. Aufgrund der Erdrotation wird diese einfache Situation in der realen Atmosphäre stark verändert. Unter fast allen Umständen ist die horizontale Komponente des Windes viel größer als die vertikale – mit Ausnahme von heftiger Konvektion.

Das Passatwinde sind die bekanntesten beständigen und zuverlässigsten Winde auf dem Planeten, die an Konstanz nur von den katabatischen Winden der Major übertroffen werden Eisplatten von Antarktis und Grönland . Auf diese Winde verließen sich die frühen Seefahrer, um ihre Schiffe von Europa nach Nord- und Südamerika voranzutreiben. Ihr Name leitet sich aus dem Mittelhochdeutschen ab handeln , ähnlich dem Altenglischen getreten bedeutet 'Pfad' oder 'Spur', und daher der Ausdruck 'der Wind weht Handel', dh auf der Spur.

Die Trades bilden sich unter der Hadley-Zirkulationszelle und sind Teil des Rückflusses für diese Zelle. Der Hadley trägt Luft am Äquator in die Höhe und transportiert sie polwärts nach Norden und Süden. Bei etwa 30° N/S Breite kühlt die Luft ab und sinkt ab. Dann beginnt sie ihre Reise zurück zum Äquator, jedoch mit einer merklichen Verschiebung nach Westen infolge der Wirkung der Coriolis-Kraft.

Entlang der Ostküste Nordamerikas verdreht die Reibung den Fluss der Trades noch weiter im Uhrzeigersinn. Das Ergebnis ist, dass die Trades in die Westwinde einspeisen und somit eine kontinuierliche Windzone für Schiffe bieten, die zwischen Europa und Amerika reisen.

Das Westwinde , die in den mittleren Breiten unterhalb der Ferrel-Zirkulationszelle zu finden sind, entstehen ebenfalls durch die Tendenz der Winde, sich auf einem rotierenden Planeten auf einer gekrümmten Bahn zu bewegen. Zusammen mit der Luftströmung in der Ferrel-Zelle, die am Boden polwärts und in der Höhe zum Äquator tendiert (wenn auch nicht klar definiert, insbesondere im Winter), prädisponiert dies die Bildung von Wirbelströmen, die einen mehr oder weniger kontinuierlichen Fluss westlicher Luft aufrechterhalten . Der polare Jetstream der oberen Ebene hilft, indem er einen Weg des geringsten Widerstands bereitstellt, unter dem sich Tiefdruckgebiete bewegen können.

Das Polare Ostwinde resultieren aus dem Ausströmen des Polarhochs, einem permanenten Körper absteigender kalter Luft, der das polwärts gerichtete Ende der Polarzirkulationszelle bildet. Diese Winde sind zwar anhaltend, aber nicht tief. Sie sind jedoch kühl und stark und können sich mit warmer, feuchter Luft des Golfstroms verbinden, die von Wettersystemen nach Norden transportiert wird, um heftige zu erzeugen Gewitter und Tornados bis 60°N auf dem nordamerikanischen Kontinent.

Aufzeichnungen über Tornados in nördlichen Breiten sind aufgrund der großen Menge an unbewohntem Gelände und mangelnder Überwachung lückenhaft und unvollständig, und es ist sicher, dass Tornados ungesehen und nicht gemeldet wurden. Der tödliche Edmonton-Tornado von 1987, der auf der Fujita-Skala als F4 eingestuft wurde und 27 Menschen tötete, ist ein Beweis dafür, dass mächtige Tornados nördlich des 50. Breitengrads auftreten können.

  Der Tornado in Edmonton, Kanada, von 1987 ist ein Beweis dafür, dass sich in hohen Breitengraden mächtige Tornados entwickeln können.   Vergrößern Der Tornado in Edmonton, Kanada, von 1987 ist ein Beweis dafür, dass sich in hohen Breiten mächtige Tornados entwickeln können.

Das Jetstreams sind sich schnell bewegende Strömungen der oberen Ebene. Die Polarjets, die sich in der Tropopause im Allgemeinen nach Osten bewegen, befinden sich an der Verbindungsstelle der Ferrel-Zelle und der Polarzelle und markieren den Ort der polaren Kaltfront. Im Winter bildet sich aufgrund des Temperaturkontrasts zwischen tropischer Luft und kontinentaler Polarluft etwa am 30. Breitengrad an der Schnittstelle der Hadley- und Ferrel-Zellen ein zweiter Jetstream.

Die Jetstreams sind nicht kontinuierlich und verblassen entlang ihrer Bahnen, wenn sie schneller und langsamer werden. Obwohl sie sich im Allgemeinen nach Osten bewegen, können sie sich erheblich nach Norden und Süden erstrecken. Der polare Jetstream markiert auch das Vorhandensein von Rossby-Wellen, langskaligen (4000 - 6000 km Wellenlänge) harmonischen Wellen, die sich rund um den Globus fortsetzen.

Saisonale Winde

Saisonale Winde sind Winde, die nur zu bestimmten Jahreszeiten auftreten, z indisch Monsun.

Synoptische Winde

Synoptische Winde sind Winde, die mit großräumigen Ereignissen wie Warm- und Kaltfronten in Verbindung gebracht werden und Teil dessen sind, was das alltägliche Wetter ausmacht. Dazu gehören der geostrophische Wind, der Gradientenwind und der zyklostrophische Wind.

Als Folge der Coriolis-Kraft strömen Winde auf der Nordhalbkugel immer im Uhrzeigersinn (von oben gesehen) um ein Hochdruckgebiet und gegen den Uhrzeigersinn um ein Tiefdruckgebiet (auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt). Gleichzeitig strömen Winde immer von Hochdruckgebieten zu Tiefdruckgebieten. Diese beiden Kräfte sind entgegengesetzt, aber nicht gleich, und der Pfad, der sich ergibt, wenn sich die beiden Kräfte gegenseitig aufheben, verläuft parallel zu den Isobaren. Wind, der diesem Weg folgt, wird als geostrophischer Wind bezeichnet. Winde werden nur dann als wirklich geostrophisch bezeichnet, wenn andere auf die Luft einwirkende Kräfte (z. B. Reibung) vernachlässigbar sind, eine Situation, die oft eine gute Annäherung an die großräumige Abströmung ist Tropen .

Unter bestimmten Umständen kann die auf bewegte Luft wirkende Corioliskraft fast oder vollständig von der Zentripetalkraft überwältigt werden. So ein Wind soll es sein zyklostrophisch , und zeichnet sich durch eine schnelle Rotation über einen relativ kleinen Bereich aus. Hurrikane , Tornados , und Taifune sind Beispiele für diese Art von Wind.

Mesoskalige Winde

Synoptische Winde besetzen die untere Grenze dessen, was als 'vorhersehbarer' Wind angesehen wird. Winde der nächstniedrigeren Größenordnung treten typischerweise auf und schwinden über Zeiträume, die zu kurz sind, und über geografische Regionen, die zu eng sind, um sie mit großer Genauigkeit vorherzusagen. Diese mesoskalige Winde Dazu gehören Phänomene wie der kalte Windabfluss Gewitter . Dieser Wind bewegt sich häufig vor intensiveren Gewittern und kann ausreichend energisch sein, um ein eigenes lokales Wetter zu erzeugen. Viele der „besonderen“ Winde, die im letzten Abschnitt dieses Artikels angesprochen werden, sind mesoskalige Winde.

Mikroskalige Winde

Winde im Mikromaßstab treten über sehr kurze Zeiträume auf – Sekunden bis Minuten – und räumlich nur über zehn bis hundert Meter. Die Turbulenz, die dem Durchgang einer aktiven Front folgt, besteht aus Winden im Mikromaßstab, und es ist Wind im Mikromaßstab, der konvektive Ereignisse wie Staubteufel erzeugt. Obwohl klein im Umfang, können Winde im Mikromaßstab eine wichtige Rolle in menschlichen Angelegenheiten spielen. Es war der Absturz einer voll beladenen Lockheed L-1011 auf dem Dallas-Fort Worth International Airport im Sommer 1985 und der anschließende Verlust von 133 Menschenleben, der vielen Menschen den Begriff „Mikroburst“ einbrachte, und das war ein Faktor die Installation von Doppler-Radar in Flughäfen und Wetteranlagen weltweit.

Winde durch Wirkung

In klassischer Terminologie Äolische Winde , oder Winde produzieren Äolische Aktion , sind Winde, die geologische Veränderungen hervorrufen. Moderne Tornados und Hurrikane könnten manchmal als solche Veränderungen angesehen werden.

Großflächige Erosion, Dünenbildung und andere durch Wind beeinflusste geologische und topografische Effekte werden immer noch als bezeichnet äolische Aktivität .

Lokale Winde, die an bestimmte Temperaturverteilungen gebunden sind

Einige lokale Winde wehen nur unter bestimmten Umständen, d. h. sie erfordern eine bestimmte Temperaturverteilung.

Differenzielle Erwärmung ist die treibende Kraft dahinter Landbrise und Meeresbrise (oder bei größeren Seen Seebrisen), auch bekannt als On- oder Off-Shore-Winde. Land ist ein schneller Absorber/Strahler von Wärme, während Wasser Wärme langsamer aufnimmt, sie aber auch über einen längeren Zeitraum abgibt. Das Ergebnis ist, dass an Orten, an denen Meer und Land zusammentreffen, die tagsüber aufgenommene Wärme nachts schneller vom Land abgestrahlt wird, wodurch die Luft gekühlt wird. Über dem Meer wird nachts noch Wärme an die Luft abgegeben, die aufsteigt. Diese konvektive Bewegung zieht die kühle Landluft ein, um die aufsteigende Luft zu ersetzen, was in der späten Nacht und am frühen Morgen zu einer Landbrise führt. Tagsüber sind die Rollen vertauscht. Warme Luft über dem Land steigt auf, zieht kühle Luft aus dem Meer an, um sie zu ersetzen, und erzeugt nachmittags und abends eine Meeresbrise.

Bergbrise und Talbrise sind auf eine Kombination aus unterschiedlicher Erwärmung und Geometrie zurückzuführen. Wenn die Sonne aufgeht, erhalten die Gipfel der Berggipfel das erste Licht, und im Laufe des Tages nehmen die Berghänge eine größere Wärmelast auf als die Täler. Dies führt zu einem Temperaturungleichgewicht zwischen den beiden, und wenn warme Luft von den Hängen aufsteigt, bewegt sich kühle Luft aus den Tälern nach oben, um sie zu ersetzen. Dieser Aufwärtswind wird a genannt Talbrise . Der gegenteilige Effekt tritt am Nachmittag ein, da das Tal Wärme abstrahlt. Die längst erkalteten Gipfel transportieren in einem teils gravitativen, teils konvektiven Prozess Luft ins Tal, der als a bezeichnet wird Bergbrise .

Bergbrisen sind ein Beispiel dafür, was allgemein als katabatischer Wind bekannt ist. Dies sind Winde, die von kalter Luft angetrieben werden, die einen Hang hinunterströmt, und treten im größten Ausmaß in auf Grönland und Antarktis . Am häufigsten bezieht sich dieser Begriff auf Winde, die entstehen, wenn Luft, die über einem hohen, kalten Plateau abgekühlt ist, in Bewegung versetzt wird und unter dem Einfluss der Schwerkraft absinkt. Winde dieser Art sind in Regionen von häufig Mongolei und in vergletscherten Lagen.

Da katabatisch bezieht sich speziell auf die vertikale Bewegung des Windes, diese Gruppe umfasst auch Winde, die sich auf der Leeseite von Bergen bilden, und Hitze als Folge von Kompression. Solche Winde können einen Temperaturanstieg von 20 ° C (36 ° F) oder mehr erfahren, und viele der 'benannten' Winde der Welt (siehe Liste unten) gehören zu dieser Gruppe. Zu den bekanntesten dieser Winde gehören der Chinook Westkanadas und des amerikanischen Nordwestens, der Schweizer Föhn, der berüchtigte kalifornische Santa-Ana-Wind und der französische Mistral.

Das Gegenteil eines katabatischen Windes ist ein anabatischer Wind oder ein sich aufwärts bewegender Wind. Das oben Beschriebene Talbrise ist ein anabatischer Wind.

Ein weit verbreiteter Begriff, obwohl er von Meteorologen nicht offiziell anerkannt wird, ist orographischer Wind . Dies bezieht sich auf Luft, die einem orografischen Heben unterzogen wird. Meistens ist dies im Zusammenhang mit Winden wie dem Chinook oder dem Föhn, die von Gebirgszügen angehoben werden, bevor sie auf der Leeseite absteigen und sich erwärmen.

Winde, die durch ein Gleichgewicht physikalischer Kräfte definiert sind

Diese Winde werden bei der Zerlegung und Analyse von Windprofilen verwendet. Sie sind nützlich, um die atmosphärischen Bewegungsgleichungen zu vereinfachen und um qualitative Argumente über die horizontale und vertikale Verteilung von Winden zu machen. Beispiele sind:

  • Geostrophischer Wind (Wind, der sich aus dem Gleichgewicht zwischen Coriolis-Kraft und Druckgradientenkraft ergibt; fließt parallel zu Isobaren und nähert sich bei geringen Reibungseffekten der Strömung über der atmosphärischen Grenzschicht in den mittleren Breiten an)
  • Thermischer Wind (eigentlich kein Wind, sondern ein Wind Unterschied zwischen zwei Ebenen; existiert nur in einer Atmosphäre mit horizontalen Temperaturgradienten, d.h. Baroklinizität)
  • Ageostropischer Wind (Unterschied zwischen tatsächlichem und geostrophischem Wind; die Windkomponente, die dafür verantwortlich ist, dass Luft Zyklone im Laufe der Zeit 'auffüllt')
  • Gradientenwind (wie geostrophischer Wind, aber auch mit Zentrifugalkraft)

Namen für bestimmte Winde in bestimmten Regionen

Im Alten griechische Mythologie wurden die vier Winde als Götter personifiziert, die Anemoi genannt wurden. Diese enthielten Boreas , Bekannte , Euro , und Zephyros . Die alten Griechen beobachteten auch den jahreszeitlichen Wechsel der Winde, wie der Turm der Winde in beweist Athen .

Im modernen Sprachgebrauch haben viele lokale Windsysteme ihre eigenen Namen. Zum Beispiel:

  • Abroholos (Böe, häufiger Wind, der von Mai bis August zwischen Cabo de Sao Tome und Cabo Frio an der Küste auftritt Brasilien )
  • Alize (nordöstlich über Zentralafrika und die Karibik)
  • Alizé Maritime (ein feuchter, frischer Nordwind über West-Zentralafrika)
  • Norden (Nordostwind über den Philippinen )
  • Bayamo (ein heftiger Wind an Kuba Südküste)
  • Exzellent (nordöstlich von Osteuropa bis Italien)
  • Chinook (warmer, trockener Westen vor den Rocky Mountains)
  • Etesisch (griechischer Name) bzw Meltemi (türkischer Name) (nördlich durch Griechenland und die Türkei)
  • Föhn (warm trocken südlich vor der Alpennordseite und Norditalien)
  • Fremantle Doktor (Nachmittägliche Meeresbrise vom Indischen Ozean, die kühlt Perth, West-Australien während des Sommers)
  • Gilavar (Südwind auf der Halbinsel Absheron)
  • Greg (nordöstlich von Griechenland)
  • Süden (Südwestwind über den Philippinen )
  • Harmattan (trockener Nordwind über Zentralafrika)
  • Halny (in den Nordkarpaten)
  • Chamsin (südöstlich von Nordafrika bis zum östlichen Mittelmeer)
  • Khazri (kalter Nordwind auf der Halbinsel Absheron)
  • Kosava (starker und kalter Südostwind in Serbien)
  • Levante (östlich durch die Straße von Gibraltar )
  • Libeccio (südwestlich Richtung Italien)
  • Marin (südöstlich vom Mittelmeer bis Frankreich)
  • Mistral (kalt nördlich von Zentralfrankreich und den Alpen bis zum Mittelmeer)
  • Nordostern (Osten der Vereinigten Staaten)
  • Nor'wester (Ein Wind, der Regen an die Westküste Neuseelands bringt, und warme, trockene Winde (und für manche schlechte Laune) an die Ostküste Neuseelands.)
  • Santa-Ana-Winde (Süd-Kalifornien)
  • Simom (starker, trockener Wüstenwind, der in der Sahara, Palästina, Jordanien, Syrien und der arabischen Wüste weht)
  • Schirokko (südlich von Nordafrika bis Südeuropa)
  • Solano Dies ist ein anderer Name für den Levanter
  • Südlicher Buster (schnell eintreffende Niederdruckzelle, die Sydney, Australien im Sommer dramatisch abkühlt)
  • Tramuntana (kalt nordwestlich von den Pyrenäen oder nordöstlich von den Alpen bis zum Mittelmeer, ähnlich Mistral)
  • Sturm (westlich durch die Straße von Gibraltar)
  • Zonda-Wind (am Osthang der Anden in Argentinien)

Meteorologische Instrumente zur Messung der Windgeschwindigkeit und/oder -richtung

Die Windrichtung wird durch die Richtung gemeldet, aus der sie stammt. Zum Beispiel ein nördlich Wind weht von Norden nach Süden.

Lokale Erfassungstechniken

  • Anemometer (misst die Windgeschwindigkeit, entweder direkt, z. B. mit rotierenden Bechern, oder indirekt, z. B. über Druckunterschiede oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallsignalen)
  • Rawinsonde (GPS-basierte Windmessung wird von der Sonde durchgeführt)
  • Wetterballon (passive Messung, Ballonposition wird vom Boden aus visuell oder via verfolgt Radar ; Windprofil wird aus Driftrate und der theoretischen Aufstiegsgeschwindigkeit berechnet)
  • Wetterfahne (wird verwendet, um die Windrichtung anzuzeigen)
  • Windsack (hauptsächlich verwendet, um die Windrichtung anzuzeigen, kann auch verwendet werden, um die Windgeschwindigkeit anhand ihres Winkels abzuschätzen)
  • Staurohre

Techniken der Fernerkundung:

  • SPRUDEL
  • Doppler-LIDARs können die Doppler-Verschiebung von Licht messen, das von schwebenden Aerosolen oder Molekülen reflektiert wird. Diese Messung kann direkt auf die Windgeschwindigkeit bezogen werden.
  • Radiometrie kann verwendet werden, um die Oberflächenrauheit aus dem Weltraum zu messen. Diese Messung kann verwendet werden, um die Windgeschwindigkeit nahe der Meeresoberfläche über Ozeanen abzuschätzen.