Innertropische Konvergenzzone (äquatoriale Tiefdruckrinne)

Die innertropische Konvergenzzone (ITCZ, engl.: Intertropical Convergence Zone) oder äquatoriale Tiefdruckrinne ist die am Äquator um den ganzen Erdball verlaufende Zone tiefen Drucks, in der die Passatwinde der Nord- und der Südhalbkugel zusammenströmen, d.h. konvergieren. Diese nur wenige hundert Kilometer breite, windarme Region wird auch Doldrums oder Kalmenzone genannt. Die ITCZ wird begrenzt durch die Passatwind-Zonen auf den beiden Erdhalbkugeln. Sie ist durch immense Konvektionserscheinungen sowie starke Quellbewölkung gekennzeichnet und treibt die Windsysteme der Erde an. Feucht-heißes Wetter bestimmt diese Region, in der auch die tropischen Regenwälder lokalisiert sind. In der ITCZ fallen täglich ergiebige Niederschläge.

Auf dem Satelittenbild rechts ist die starke Bewölkung der ITCZ gut zu erkennen.

Gewitter über Brasilien

Rund um den Globus findet so entlang des Äquators ein Transport gewaltiger Luftmassen statt. In der ITCZ erwärmen sich die Oberflächen von Land und Wasser mehr als sonstwo auf der Erde, da hier die Sonneneinstrahlung am stärksten ist. Warme Luft steigt rasch auf und zieht “Nachschub” von der Nord- und Südhalbkugel hinter sich her. So entstehen unter anderem,die Nordost- und Südostpassatwinde, die auch für den Monsunregen z.B. in Indien sorgen. Die Passatwinde geraten in der ITCZ gleichsam ins Stocken, da hier ihre horizontale Luftrichtung aufgrund der starken Erwärmung in eine vertikale Strömung übergeht. Das hat einerseits eine Flautenhäufigkeit zur Folge. Das Gebiet ist somit eine Kalmenzone, weshalb sie auch als äquatorialer Kalmengürtel bezeichnet wird. Das Passieren der äquatorialen Tiefdruckrinne war für die segelnden Seefahrer früherer Zeiten wegen der häufigen Windstille dieses Kalmengürtels oft problematisch. Andererseits führt die starke Sonneneinstrahlung am Äquator zu einer kräftigen Konvektion (einer Aufwärtsbewegung der Luftmassen). Das Aufsteigen von feuchtwarmen Luftmassen mit der Bildung von Cumulonimbuswolken führt zu häufigen tropischen Gewittern.

In und entlang der ITCZ gibt es daher die höchsten Gewitterwolken auf unserer Erde. Sie erreichen eine Höhe von bis zu 17 Kilometern.

Ursachen

In der Nähe des Äquators, wo die Sonne mittags senkrecht im Zenit steht, wird die Luft durch die starke Sonneneinstrahlung erhitzt, worauf diese expandiert. Die erwärmte und expandierende Luft konvektiert, d.h. sie steigt auf und muß dabei Arbeit leisten, weshalb sie mit zunehmender Höhe abkühlt. Mit der Unterschreitung der Taupunkttemperatur bilden sich wegen der dabei sinkenden Wasserdampfkapazität der Luft, im Verbund mit der in ihr enthaltenen meist hohen Luftfeuchtigkeit, hochreichende und massive Wolkenformationen, vornehmlich Cumulonimbuswolken: Es regnet kräftig. Tropisches, feucht-heißes Wetter ist die Folge, weshalb in dieser Region auch die tropischen Regenwälder beheimatet sind.

Bei der Kondensation wird in der Höhe die Wärme wieder frei, welche die Luft bei der Verdunstung am Boden als „latente Wärme“ aufgenommen hat. Die Konvektion ist entsprechend stark und reicht sehr hoch. Daher liegt die Tropopause in der ITCZ bei ca. 10 - 16 km und damit höher als in unseren Breiten.

Infolge des Ausdehnens und Aufsteigens der Luft sinken am Äquator sowohl die Luftdichte als auch der Luftdruck am Boden stark ab. Es bildet sich also am Boden eine den gesamten Globus umspannende Zone stabiler Tiefdruckgebiete sehr großen Ausmaßes, die äquatoriale Tiefdruckrinne oder ITCZ.

Schema der ITCZ

Auswirkungen auf Wetter und Klima

In der Höhe bildet sich durch die permanent aufsteigende Luft ein höherer Druck. Da sich Luftdruckunterschiede durch Massenströme ausgleichen und in der Tiefdruckrinne am Boden kein Vakuum entstehen kann, fließt am Boden horizontal von Norden und Süden Luft nach: Das ist die Konvergenz der Luftströme, welche der Zone ihren Namen gibt. In der Höhe bewirkt der herrschende höhere Druck ein seitliches Abfließen der Luft nach Norden und Süden.

Auf ihrem Weg nach Norden kühlt sich die Luft ab, wird dichter und daher schwerer und sinkt zum Boden. Damit bildet sich hier wieder ein Bereich tieferen Drucks. Dort, wo die absinkende Luft in Bodennähe kommt, bildet sich ein Hochdruckgebiet.

äquatoriale Tiefdruckrinne

Die Luft strömt vom Hochdruckgebiet weg in Richtung des tieferen Drucks, nämlich zur ITCZ. Die ganzjährig gleichmäßig wehenden Passate entstehen. Dieser Massenstrom, der Wind, ist in Richtung und Stärke relativ konstant. Er wird durch die Corioliskraft, eine Scheinkraft, auf der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung des Windes nach rechts und auf der Südhalbkugel in Bewegungsrichtung nach links abgelenkt, weshalb die resultierenden Winde, die Passate, eine Ostkomponente besitzen.

Dieser Kreislauf bildet die Hadley-Zelle.

Die ITCZ ist von subtropischen Hochdruckgürteln umgeben, die dadurch entstehen, daß die polwärts strömenden Luftmassen zum Absinken gezwungen werden, weil sie dort unter der tiefer gelegenen Tropopause keinen Platz mehr finden. Die absinkende Luft ist schon relativ trocken, nachdem sie durch den Regen viel Feuchtigkeit verloren hat. Infolge des Absinkens erwärmt sich die Luft. Die sich erwärmende Luft kann relativ viel Wasser aufnehmen, ohne daß Wolken entstehen können. Im Bereich der absinkenden Luftmassen bilden sich folglich die Wüstenregionen der Erde.

Tropischer Regen auf Wanderschaft

Die Sonne wandert im Jahreslauf zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis bei 23,5° hin und her. Da die innertropische Konvergenzzone von der Sonneneinstrahlung abhängt, folgt sie tendenziell dem Zenitstand der Sonne und verlagert sie sich mit den Jahreszeiten, aber nur bis ca. 10° nördlicher bzw. südlicher Breite. Dies geschieht mit einer Verzögerung von etwa einem Monat. Im Nord-Sommer liegt sie nördlich des Äquators, im Süd-Sommer südlich des Äquators. Wenn die ITCZ sich nach dem 21. März nach Norden sowie nach dem 23. September vom Äquator nach Süden verlagert, entsteht am Äquator eine sekundäre ITCZ.

Die jahreszeitlichen Lageänderungen bewegen sich in der Größenordnung von 10 - 15° Breite, sie erreichen aber im Bereich Asiens über dem indischen Ozean rund 50° Breite (Monsun). Daraus ist zu folgern, daß der interhemisphärische Energie- und Massenhaushalt durch die Prozesse in diesem Bereich entscheidend bestimmt wird.

Außerdem wird die Lage der ITCZ stark von der unterschiedlichen Erwärmung von Land- und Meeresflächen beeinflußt. Die ungleiche Verteilung der Landflächen bewirkt, daß die mittlere Lage der ITCZ sich im Normalfall bei ungefähr 5° nördl. Breite befindet. Über dem Pazifik und dem Atlantik verschiebt sie sich im Jahresverlauf nur um wenige Grade, über Südamerika aber wegen der südlich gelegenen größeren Landmasse vor allem im Südsommer deutlich mehr. Infolge des dreiseitigen Landeinschlusses des Indischen Ozeans ist die Verschiebung über dem sich daraus ergebenden asiatisch-afrikanischen Monsungebiet besonders ausgeprägt. Hier wird der Wendekreis wegen der Wirkung des Himalaya nach Norden teilweise sogar knapp überschritten.

Im Bereich der Hochdruckgebiete, von denen die Passate ausgehen, herrscht heißes, trockenes Wetter. Entlang der ITCZ regnet es täglich. Um den Äquator herum gibt es nahezu keine Trockenzeit. Bei 10° Nord und Süd gibt es jeweils eine Regenzeit. Den Regen, der dem Sonnenhöchststand (Zenit) folgt, nennt man Zenitalregen. Der Verlauf der ITC und seine jahreszeitliche Änderung beeinflußt somit auch die Klimazonierung. Ohne den Einfluß der Landmassen würde die Zonierung der Klimazonen deutlich stärker einem globalen Gürtelmuster ähneln. Auch die mittlere Lage der ITC wird für Januar und Juli durch die maximalen ITC-Häufigkeiten nachgezeichnet.

Außerdem haben auch die periodisch wiederkehrenden Phänomene wie El Niño Einfluß auf die Lage der ITCZ und damit auch auf die Lage der anschließenden Zirkulationszellen.

Auf diese Weise ist die ITCZ mit den anderen globalen Windsystemen verzahnt und eine Änderung oder gar andauernde Verschiebung ihrer Lage könnte folglich auf lange Sicht erhebliche Auswirkungen haben. Tatsächlich wurde anhand von Bodenproben nachgewiesen, daß die innertropischen Konvergenzzone bereits seit geraumer Zeit auf Wanderschaft ist und das sogar in der Pazifikgegend, wo die Konvergenzzone bislang als besonders starr und unverrückbar galt. Nach diesen Untersuchungen bewegt sich die ITCZ schon seit mehr als 300 Jahren jedes Jahr um knapp 1,4 km Richtung Norden. Die innertropische Konvergenzzone ist zurzeit vermutlich von einer früheren Südverlagerung wieder auf dem Rückweg. Diese Südverlagerung hat während der “kleinen Eiszeit” stattgefunden, die zwischen 1400 und 1850 das Klima der Nordhalbkugel deutlich abkühlte. Ein Zusammenhang mit dem derzeit feststellbaren Klimawandel besteht jedenfalls insoweit, als diese Rückverlagerung offensichtlich unabhängig von der heute diskutierten CO₂-Problematik begonnen hat.