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Hier erfahren Sie etwas über

Wind

Einen kurzen Überblick zur Luftbewegung und zur Entstehung des Windes gibt es im Kapitel Luftbewegung.

Luftbewegungen gibt es in der Atmosphäre in horizontaler und vertikaler Richtung. Horizontale Luftströmungen sind uns als Wind geläufig. Aber es gibt in auch Luftbewegungen in vertikaler Richtung. Diese Vertikalwinde sind für bestimmte atmosphärische Prozesse, wie beispielsweise Wolkenbildung und -auflösung, Niederschlag und Gewitterbildung, von grundlegender Bedeutung und sie haben sogar Auswirkungen auf die horizontale Strömung der Luft. Sie übertragen Wärme und Wasserdampf von der Erdoberfläche in die höheren Schichten der Atmosphäre. Und nicht zuletzt erlauben sie uns in Form von Thermik die Ausübung des Segelflugs. Als Wind wird in der Meteorologie daher allgemein eine gerichtete Luftbewegung in der Atmosphäre bezeichnet. Wind ist also ein Massenstrom der in Bewegung gesetzten Luftmoleküle (Luftteilchen). Es ist ein physikalischer Vorgang.

Grundsätzlich unterschiedet man zwischen einer

  • horizontalen und einer
  • vertikalen Bewegung der Luftmassen.

Einheitliche Luftbewegungen in kontinentalem Maßstab werden dabei als Luftströmungen bezeichnet. Sie verlaufen innerhalb der Atmosphäre aufgrund des Verhältnisses ihrer horizontalen Erstreckung zur Höhe der Atmosphäre und infolge der Entstehungsursachen überwiegend horizontal. Die vertikalen Luftbewegungen (Aufwärtsströmungen und Abwärtsströmungen) sind, sieht man von lokalen Ausnahmen ab, um Dimensionen kleiner, für die Wettergestaltung aber ebenfalls von großer Bedeutung. In Gang gesetzt werden die horizontalen Strömungen durch thermisch bedingte Unterschiede im  Luftdruckfeld.

Näheres zu vertikalen Luftbewegungen steht im Kapitel Adiabasie.

Hier soll auf den Wind als horizontale Luftströmung eingegangen werden.

Wind bezeichnet also die Bewegung der Luftteilchen in der Atmosphäre und ist durch eine bestimmte Geschwindigkeit und eine bestimmte Richtung gekennzeichnet. Wind ist somit ein Vektor, der durch Richtung (Windrichtung in Grad) und Betrag (Windstärke, meist in m/s) beschrieben wird. Wenn man größere Volumen von bewegter Luft beschreiben möchte, spricht man von Luftmassen.
Die Windrichtung gibt an, woher der Wind weht. Dementsprechend gibt es weitere Windbenennungen:

  • Westwind zum Beispiel kommt also von Westen und weht nach Osten.
  • Bergwind kommt vom Berg und weht ins Tal,
  • Talwind vom Tal zum Berg.
  • Seewind kommt von der See und bläst ins Land,
  • Landwind kommt von Land und weht zur See.

Um den Wind vollständig bestimmen zu können, muß außer seiner Richtung auch seine Geschwindigkeit, z.B. in m/s, bekannt sein. Dies wird durch Windmessungen erreicht.
Näheres dazu steht im Kapitel Windmessung. Der Wind gehört also zu der Klasse von physikalischen Größen, die man als Vektoren bezeichnet. Ein Vektor wird gewöhnlich als Pfeil mit der gegebenen Richtung dargestellt, dessen Länge proportional zur Größe des Vektors ist. Hierauf wird unten im Abschnitt Windvektor weiter eingegangen.

Der Wind ändert sich mit der Höhe über dem Erdboden. Daher müssen Windmessungen sowohl nahe der Erdoberfläche (Bodenwind) als auch in höheren Schichten der Atmosphäre (Höhenwind) vorgenommen werden. In den tieferen Schichten wird der Wind hauptsächlich durch die Bodenreibung beeinflußt. In Höhen über 500 - 1.500 m kann die Luftströmung jedoch als reibungslos, d.h. laminar angesehen werden. Über dieser Höhe wird die Windänderung mit der Hohe vor allem von der horizontalen Verteilung der kalten und warmen Luftmassen hervorgerufen.

Die großräumige, zeitlich gemittelte Luftbewegung wird in der Meteorologie als Advektion bezeichnet.

Das Verständnis der Luftströmungen in der Atmosphäre ist eine der Hauptaufgaben der Meteorologie.

Auf Planet Schule gibt es dazu den interessanten Lehrfilm: Ganz schön windig
(http://www.planet-schule.de/sf/php/02_sen01.php?sendung=6559).

 

Zu den horizontalen Luftbewegungen gehört zunächst der eher kleinräumige Wind mit seinen besonderen Erscheinungsformen, wie Land- und Seewind, Berg- und Talwind, Fallwind, aber auch großräumige Winde wie die Passate und Monsune sowie die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre. Letztere kann man sich schematisch im Grunde so vorstellen, daß die erwärmte Luft in der heißen Zone am Äquator aufsteigt und in der Höhe nach Norden und Süden hin abfließt (Äquatorialstrom). Infolge der Erddrehung wird dieser Luftstrom mehr und mehr in östliche Richtung abgelenkt (Corioliskraft) und "staut" sich, da der Erdumfang polwärts abnimmt, schließlich an den Roßbreiten. Hier ist deshalb der Luftdruck höher als weiter nordlich bzw. südlich. Die Luft sinkt teils (abgekühlt) herab und wendet sich als Passat wieder dem Äquator zu, teils strömt sie in der Höhe unter allmählichem Absinken den Polen zu, von wo sie als Polarstrom zu den Tropen zurückkehrt. Diese stark vereinfachte und nur grob schematische Darstellung der atmosphärischen Zirkulation wird aber durch die ungleiche Verteilung von Land und Wasser sowie durch die ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche in vielfacher Hinsicht gestört. Das durch Erwärmung erfolgende Aufsteigen der Luft darf man sich aber nicht so vorstellen, daß sich dabei ganze Luftschichten heben, vielmehr erfolgt das Aufsteigen in einem fortwährenden Spiel größerer und kleinerer sich drehender Luftsäulen oder Luftwirbel mit darin aufsteigender wärmerer und absinkender kälterer Luft.

Eingehend wird dies im Abschnitt Zirkulation beschrieben.

Luftmassenzirkulation

unterschiedliche Erwärmung

Ursachen des Windes

Daß Luft stets in Bewegung ist, daß es also den Wind gibt, ist für uns selbstverständlich, da wir es fast täglich am eigenen Leib erleben. Fragt man jedoch, warum es Wind gibt, werden viele mit der Antwort wohl einige Schwierigkeiten haben, da sie sich diese Frage bislang noch nicht gestellt haben.

Die Ursache für die Entstehung des Windes liegt in der Einstrahlung der Sonne auf die Erde. Die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung ergibt den Energie-Input in die Atmosphäre dar. Ein Teil dieser Strahlung durchdringt die Atmosphäre. Die so einfallende Energie wird an der Erdoberfläche in verschiedener Weise umgesetzt: Ein Teil wird von der Oberfläche als kurzwellige Strahlung reflektiert, ein anderer Teil wird vom Boden als langwellige Strahlung abgegeben, weitere Teile dienen der Erwärmung des Bodens, der Verdunstung von Wasser und der Erwärmung der über dem Boden liegenden Luft.

Der Energiehaushalt der Atmosphäre wird im Kapitel Strahlungshaushalt im Detail erörtert.

Die Erwärmung erfolgt aber nicht gleichmäßig über die gesamte Erdkugel hinweg. Ganz im Gegenteil: So treffen die Sonnenstrahlen am Äquator senkrecht auf die Erde, an den Polen aber streifen sie die Erdoberfläche nur noch. Wegen der Drehung der Erde, der unterschiedlichen Sonnenhöhe zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Breiten, der unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit (Land-Wasser-Verteilung, unterschiedliche Vegetation, unterschiedliche Böden, Ozeane usw.) und der unterschiedlichen Durchlässigkeit der Atmosphäre für die solare Strahlung, z.B. durch Wolken, ergibt sich eine räumlich und zeitlich sehr unterschiedliche Verteilung der einfallenden Sonnenenergie. Die Atmosphäre der Erde wird daher örtlich und zeitlich recht unterschiedlich beheizt wird, weshalb es darin "brodelt" wie in einem gigantischen Wasserkessel. Die Lufthülle unseres Planeten Erde ist deshalb keineswegs ein friedlich um die Erde herum angeordnetes Gasgemisch. Das "Brodeln" äußert sich dann in einer Vielzahl von Wirbeln, Wellen und Konvektionszellen unterschiedlichster Größe.

Am Äquator heizt sich die Luft infolge der Sonneneinstrahlung stark auf, wird leichter und steigt nach oben. An den Polen ist die Luft wegen der geringeren Sonneneinstrahlung deutlich kälter, deshalb schwerer und konzentriert sich somit in Bodennähe. Als Folge bildet sich ein Druckunterschied (Hochdruck- und Tiefdruckgebiete). Da in der Natur stets ein Gleichgewicht angestrebt wird, findet ein stetiger Ausgleich dieser Druckdifferenz statt. So strömt die Luft mit dem höheren Druck immer in Richtung des tieferen Druckes. Die warme Luft in den höheren Schichten am Äquator bewegt sich also in Richtung der Pole und die kältere Luft in den niedrigeren Schichten an den Polen bewegt sich in Richtung des Äquators. Es entsteht ein Kreislauf, in dem die Luft in ständiger Bewegung ist.

Wird neben dem vertikalen auch der horizontale Temperaturgradient betrachtet, lassen sich Luftmassen auch bezüglich ihrer Fähigkeit zu horizontaler Strömung und Zirkulationen beurteilen. Verlaufen die Isothermen (Flächen gleicher Temperatur) und die Isobaren (Flächen gleichen Luftdruckes) in einer Luftmasse parallel zueinander, liegt eine barotrope Schichtung vor, die keine horizontal gerichteten Kräfte aufweist. Sind die Isobaren und Isothermen aber gegeneinander geneigt, handelt es sich um einebarokline Schichtung. In baroklin geschichteten Luftmassen führt das Auftreten von seitlich gerichteten Kräften zur Entstehung von horizontalen Strömungen: Es entsteht Wind. Barokline Schichtungen treten typischerweise im Bereich von Fronten zwischen Luftmassen unterschiedlicher Temperatur auf. Diese sind auch bei der Entstehung von Zyklon-Antizyklon-Systemen (Zyklogenese) im Bereich der Westwinddriftzone von entscheidender Bedeutung (atmosphärische Zirkulation).

Hauptursache für den Wind sind also Unterschiede im Luftdruck zwischen verschiedenen Luftmassen. Dabei fließen Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck (Hochdruckgebiet) solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck (Tiefdruckgebiet), bis der Luftdruckunterschied ausgeglichen ist. Bei Wind handelt es sich daher um einen Massenstrom, welcher nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik zur Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit zur maximale Entropie führt. Die zugehörige Kraft bezeichnet man als Druckgradientkraft. Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, um so heftiger strömt die Luft in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und um so stärker ist der daraus resultierende Wind.

Wind ist daher nichts anderes als bewegte Luft.

Die atmosphärischen Bewegungssysteme lassen sich dabei z.B. nach ihrer Größe (Skalenbetrachtung), aber auch nach der Physik ihrer Entstehung ordnen. Diese Bewegungssysteme sind teilweise mit intensiven Wettererscheinungen wie starken Winden und großen Niederschlägen verbunden.
Weitere Größenskalen sind im Kapitel Meteorologische Grundelemente aufgeführt.

Obwohl die Natur, wie schon erwähnt, stets ein Gleichgewicht anstrebt, wird dieses Gleichgewicht in Bezug auf den Wind dauerhaft jedoch niemals erreicht werden können. Das folgt zwangsläufig aus der Ursache des Ungleichgewichtes, nämlich der ungleichmäßigen Sonneneinstrahlung auf unsere Erde, nicht ausgeglichen werden kann. Der Ausgleich von Luftdruckdifferenzen in der Atmosphäre ist also ein ständiger und dauerhafter Prozeß, der niemals enden wird.

Weitere Einzelheiten zu den Ursachen des Windes stehen im Kapitel Luftbewegung und in den Abschnitten Thermodynamik und Zirkulation.

Eine grobe, in der Meteorologie aber gebräuchliche Skaleneinteilung orientiert sich an der horizontalen Ausdehnung der Systeme (Raumskala):

  • Makro-Skala (globale Skala) mit Größen über 2.000 km, z.B. lange Wellen, große Mittelbreitentiefs (Zyklonen), ausgedehnte Hochs (Antizyklonen)
  • Meso-Skala mit Größen von 2.000 km bis 2 km, z.B. kleinere Zyklonen, Zwischenhochs, Fronten, tropische Zyklonen, Gewitter;
  • Mikro-Skala mit Größen  unter 2 km, z.B. Tornados, Cumulus-Wolken, Mikroturbulenz.

Gebräuchlich ist auch die Zeitskala, d.h. die Einteilung nach

  • der Zeit, die ein System benötigt, um über einen Beobachter hinweg zu ziehen, oder
  • der Lebenszeit eines Systems.

 

Wind und Druckfeld

Bodenwetterkarte mit Wind

Der Wind ist, wie eben schon ausgeführt, die Luftbewegung, die aus dem Ungleichgewicht zweier Luftmassen von unterschiedlichem Druck und Temperatur entsteht. Die Druckkraft steuert dabei die Luftströmungen vom hohen Druck zum tiefen Druck. Weil sich die Erde dreht, sind die Luftbewegungen einer Schein- oder Trägheitskraft unterworfen, der Corioliskraft. Den von ihr verursachten Effekt auf den Wind kann man sich so vorstellen: Am Äquator ist der Umfang der Erde mit mehr als 40.000 km am größten, was einer Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 1.600 km/h entspricht. Weiter im Norden oder Süden wird der Erdumfang geringer und dementsprechend auch die Geschwindigkeit der Erddrehung. Ein Luftteilchen, das sich z.B. auf der Nordhemisphäre von Süden nach Norden bewegt, bringt also mehr kinetische Energie (Bewegungsenergie) mit und weist somit gegenüber den Luftteilchen, die im Norden zu finden sind, eine höhere Geschwindigkeit. Diese zusätzliche Energie sorgt dafür, dass das Teilchen für einen Beobachter auf der Erde nach rechts abgelenkt wird. Näheres dazu ist im Kapitel "Corioliskraft" dargestellt.

Diese Scheinkraft sorgt letztlich dafür, daß die Luft aus einem Hochdruckgebiet nicht direkt in ein Tiefdruckgebiet strömt. Auf der Nordhalbkugel strömt die Luft aus dem Hoch vielmehr im Uhrzeigersinn nach außen, wird also nach rechts abgelenkt. Auch in ein Tiefdruckgebiet strömt die Luft nicht direkt zum Zentrum, sondern wird ebenfalls seitwärts nach rechts abgelenkt und sorgt somit für eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn.

Der Wind weht stets annähernd isobarenparallel. Dadurch ist die ungefähre Windrichtung aus der Isobaren- bzw. Bodenwetterkarte abzulesen.

Die Windgeschwindigkeit ist abhängig von den Abständen der Isobaren. Liegen die Isobaren sehr eng beieinander, kann Sturm oder sogar Orkan auftreten. Von einer Konvergenz spricht man, wenn die Linien eng aufeinander zu laufen. Liegen die Isobaren weit auseinander, was bei Hochdruckwetterlagen häufig vorkommt, bleibt es schwachwindig oder gar windstill. Hier spricht man von einer Divergenz.

Aus der Bodenwetterkarte kann somit nicht nur die Verteilung der Druckgebiete, sondern den Isobaren folgend auch die Strömungsrichtung des Windes am Boden entnommen werden sowie, in Abhängigkeit von der Isobarendrängung, die Windstärke. Denn, je enger die Isobaren beieinander liegen, desto größer ist die Windgeschwindigkeit. Das zeigt die Abbildung unten rechts in der grünen Markierung.

Alles Wissenswerte über die Entstehung des Windes steht in der Präsentation: Der thermische Wind.

Die folgende Tabelle gibt einen ungefähren Aufschluß über die Windgeschwindigkeiten in Abhängigkeit des Abstandes der Isobaren:

Abstand der 5 hPa-Isobaren

Windstärke

600 km

leichte Brise - Beaufortscala 2 (Bft)

500 km

mäßige Brise (Bft 4)

400 km

frische Brise (Bft 5)

300 km

starker Wind (Bft 6)

200 km

steifer Wind (Bft 7)

100 km

Sturm (Bft 9)

Isobaren im Tiefdruckgebiet

 

 

Barisches Windgesetz

Großräumigen Luftbewegungen unterliegen, wie oben ausgeführt, wegen der einwirkenden Corioliskraft stets einer Abweichung nach rechts (auf der Nordhalbkugel). Und mit diesem Wissen kann man nun das barische Windgesetz anwenden. Das barische Windgesetz besagt, daß die ausgedehnten Winde, die von den Hochdruck- in die Tiefdruckgebiete wehen, auf der Nordhalbkugel der Erde nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt werden. Ursache dafür ist die Corioliskraft. Sie bewirkt, daß jede sich bewegende Masse auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt wird. Die in ein Tiefdruckgebiet strömenden Luftmassen rotieren somit links herum, die aus einem Hochdruckgebiet strömenden Luftmassen rechts herum. Auf der Südhalbkugel ist es genau umgekehrt.

Die großräumigen Winde wehen oberhalb der Peplosphäre, d.h. ohne den Einfluß der Bodenreibung, als sog. geostrophischer Winde letztlich fast parallel zu den Isobaren bzw. Isohypsen, weil Druckgradientkraft und Corioliskraft im unbeschleunigten Zustand gleich groß sind. Das hat zur Folge, daß auf der Nordhalbkugel der tiefe Luftdruck immer links zur Strömungsrichtung des Windes liegt. Macht die Isolinie (Isohypse) also einen Bogen nach links, ist der Wind zyklonal (tiefdruckbeeinflußt), verläuft der Bogen nach rechts, so ist die Luftströmung antizyklonal und damit hochdruckbeeinflußt. Der Abstand der Isohypsen (Höhengefälle) gibt, wie die Drängung der Isobaren in der Bodenwetterkarte, Auskunft über die Windgeschwindigkeit.

Das Barische Windgesetz läßt sich - für den Hausgebrauch - in die einfache Regel fassen:

  • „Nahe der Erdoberfläche hat ein Beobachter, der dem Wind den Rücken zukehrt, auf der Nordhalbkugel rechts und etwas hinter sich den hohen, links und etwas vor sich den tiefen Druck.“

Aber Vorsicht: Lokale Winde oder orographische Hindernisse können diese Regel außer Kraft setzen!
Somit gilt die Regel nur für Bereiche, wo der Wind oberflächennah nicht stark abgelenkt wird, wie z.B. über dem offenen Meer oder allgemein dort, wo der Wind nur wenig Bodenreibung oder Ablenkung durch Hindernisse erfährt.

Damit und einigen Zusatzkenntnissen aus der synoptischen Meteorologie (Zyklonenmodell) lassen sich erste eigene meteorologische Schlüsse ziehen. Durch Beobachtung der Wolkenformationen, der Lufttemperatur am Boden, des Luftdrucks sowie der Windgeschwindigkeit kann recht gut die Großwetterlage abgeschätzt werden. Steht beispielsweise ein Beobachter mit dem Wind im Rücken und beobachtet fallenden Luftdruck bei vergleichsweise milden Temperaturen und zunehmender Windgeschwindigkeit, so kann er davon ausgehen, daß er sich im Warmsektor einer Zyklone befindet. Beobachtet er darüber hinaus hinter sich aufziehende Cumulusbewölkung, darf er in Kürze das Eintreffen einer Kaltfront erwarten. Nimmt er dagegen aufklarenden Himmel, niedrige Temperaturen und steigenden Luftdruck wahr, ist die Kaltfront bereits durchgezogen.

barisches Windgesetz

 

Meridionaler und zonaler Wind

Man unterscheidet grundsätzlich die meridionale und die zonale Komponente eines Windes.

  • Meridionaler Wind
    ist in der Meteorologie ein längengradparalleler Wind bzw. die längengradparallele Komponente eines Windes. Die entsprechenden Hauptwindrichtungen sind Nord und Süd.
  • Zonaler Wind
    ist in der Meteorologie ein breitengradparalleler Wind bzw. die breitengradparallele Komponente eines Windes. Die entsprechenden Hauptwindrichtungen sind West und Ost.

Begrifflich ist davon auch die vertikale Komponente des Windes umfaßt, solange sie ebenfalls längengrad- bzw. breitengradparallel ist.

 

 

Windrichtung

Windrichtung ist die Himmelsrichtung, aus welcher der Wind kommt. Sie wird in der Meteorologie entweder als eine von acht oder sechzehn Hauptwindrichtungen oder als Gradzahl der Kompassrose (zwischen 1° und 360°) angegeben. Bei Stationsmeldungen (Beobachtung) wird die Windrichtung in sechzehn 22,5°-Schritten (Nord (N), Nordnordost (NNE), Nordost (NE), Ostnordost (ENE), Ost (E; engl.: east) usw.) angegeben, bei Wetterprognosen dagegen nur in acht 45°-Schritten (Nord (N), Nordost (NE), Ost (E), Südost (SE), Süd (S), Südwest (SW), West (W) und Nordwest (NW)).

Windrichtung

Abkürzung

Grad

Nord   

N

 0° bzw. 360°

Nordnordost

NNE

22.5°

Nordost

NE

45°

Ostnordost

ENE

67.5°

Ost

E

90°

Ostsüdost

ESE

112.5°

Südost

SE

135°

Südsüdost

SSE

157.5°

Süd

S

180°

Südsüdwest

SSW

202.5°

Südwest

SW

225°

Westsüdwest

WSW

247.5°

West

W

270°

Westnordwest

WNW

292.5°

Nordwest

NW

315°

Nordnordwest

NNW

337.5°

Die Windrichtung wird häufig nicht durch die Himmelsrichtung, sondern durch eine Zahl zwischen 0 und 360 angegeben. Es handelt sich dabei um den Winkel zur Nordrichtung, der auf der Kompaßrose abgelesen wird. Bei der Gradangabe zählt die Gradzahl von Norden im Uhrzeigersinn.

  • Nicht Ohne Stiefel Wandern

Ein Nordwind kommt daher aus 0° oder 360°, ein Nordostwind aus 45°, Ostwind aus 90°, Südwind kommt aus 180°, Westwind aus 270°, ein Nordwestwind aus 315° usw. Zur genauen Beschreibung der Windrichtung sind auch Zwischenwerten möglich.

Übrigens: Für die griechisch/römischen Horen gab es das Merkwort ADAM: Anatole, Dysis, Arktus, Mesembria (O–W–N–S) für die vier ‚Weltgegenden‘ – dieses Akronym spielt neben seinem Bezug auf Adam auch in der christlichen Kreuzsymbolik eine Rolle.

Zu beachten ist, daß die Windrichtung immer angibt, aus welcher Himmelsrichtung der Wind kommt. Ein Südwind kommt also von Süden und weht nach Norden.

Im Gegensatz zum Wind werden jedoch Kurse und Meeresströmungen genau umgekehrt benannt, also in Richtung der Bewegung: Wer auf Ostkurs fliegt, fliegt von Westen nach Osten. Eine südwestliche Meeresströmung in der Ozeanografie ist eine Strömung von Nordosten nach Südwesten.

Windrose

Kompaßrose

Die Windrichtung, meist in Form einer Hauptwindrichtung angegeben, wird durch die Lage von Tief- und Hochdruckgebieten bestimmt. Dabei wird der Wind durch die Corioliskraft in Bewegungsrichtung nach rechts (Nordhalbkugel) bzw. nach links (Südhalbkugel) abgelenkt. Unterhalb der freien Atmosphäre wird der Wind zusätzlich durch Reibung beeinflußt und kann auch durch morphologische Strukturen wie Berge und Täler stark variieren (Beispiel:Föhn bzw. Fallwind, Hangaufwind, Talwind, Bergwind). Bei rotierenden Systemen wie Wirbelstürmen spielt zusätzlich die Zentrifugalkraft eine entscheidende Rolle.

 

Windpfeil

Die Windpfeile werden in der Meteorologie für die Darstellung der Windrichtung und Windstärke auf Wetterkarten verwendet. Sie werden insbesondere innerhalb einer Stationsmeldung verwendet. Der Windpfeil zeigt an, woher der Wind weht und mit welcher Geschwindigkeit. Dazu wird der Windpfeil so gezeichnet, daß die Spitze des Windpfeils die Richtung anzeigt, in die der Wind weht. Die Windstärke bzw. Windgeschwindigkeit wird dann durch Fiedern am Ende des Windpfeils angegeben. Diese Fiedern zeigen vom Pfeil auf der Seite weg, in welcher der tiefere Luftdruck bzw. das Tiefdruckgebiet liegt. Die Befiederung kann die Windgeschwindigkeit in Knoten (kt) oder die Windstärke in Beaufort angeben. Die jeweilige Einheit muß dementsprechend auf der Wetterkarte vermerkt sein. Bei der Angabe in Knoten bedeutet eine halbe Fieder (kurzer Strich) 5 und eine ganze Fieder (ganzer Strich) 10 kt. Um nicht die Übersicht zu verlieren, werden jeweils fünf ganze Fiedern zu einem Sturmwimpeldreieck zusammengefaßt, das dementsprechend 50 kt bzw. 10 Beaufort bedeutet. Die Fiedern werden dann einfach addiert.

Windpfeil

Die Spitze des Windpfeils im Bild links zeigt nach Südosten, d.h. es herrscht Nordwestwind (Wind aus Nordwesten nach Südosten). Die Windstärke beträgt
50 + 10 + 10 + 5 = 75 kt, entsprechend der Beaufortskala also Windstärke 12, d.h. voller Orkan.

 

 

Windgeschwindigkeit und Windstärke

Wind tritt sowohl in Bodennähe als auch in Höhen von mehreren Kilometern auf. In der Regel haben Bodenwinde eine geringere Windstärke als Höhenwinde. Typischerweise hat Wind am Boden eine Geschwindigkeit von wenigen Metern pro Sekunde. Höhenwinde erreichen am oberen Rand der Troposphäre (in ca. 10-15 km Höhe) nicht selten 50 - 70 m/s. Aber auch in Bodennähe können in einem Tornado, in einem Hurrican, insbesondere in Auf- und Abwinden von Cumuluswolken sehr hohe Windgeschwindigkeiten vorkommen. Der stärkste bekannte Wind von 408 km/h (113 m/s) wurde bei der tropischen Zyklone Olivia im Jahr 1996 in Australien festgestellt.

Die Windgeschwindigkeit bezeichnet dabei den Weg, den Luft pro Zeiteinheit zurücklegt. Die Windgeschwindigkeit oder Windstärke wird üblicherweise in Meter pro Sekunde (m/s), Kilometer pro Stunde(km/h) oder Knoten (kn, in der Luftfahrt zumeist kt) angegeben bzw. anhand der Beaufort-Skala klassifiziert. In der meteorologischen Praxis wird stets die über einen Zeitraum von 10 Minuten gemittelte und in 10 m Höhe gemessene Windgeschwindigkeit gemeldet.

Umrechnungen

1 m/s

3,6 km/h

1 km/h

0,278 m/s

1 kt

1,852 km/h

1 kt

0,514 m/s

Windstärken werden in bestimmte Klassen eingeteilt. Es wurden mehrere Klassifikationen entwickelt. Die Beaufortskala (0 - 12 Bft) teilt die Windstärken in 13 Kategorien ein. 0 Bft (Windstärke < 1 km/h) gilt als Windstille. Bei 11 Bft (103 - 117 km/h) herrscht ein orkanartiger Sturm, dessen Kraft ausreicht, Bäume zu entwurzeln. Bei Windgeschwindigkeiten über 117 km/h endet die Beaufortskala mit 12 Bft. Für die Windstärken, die über die Beaufortskala hinausgehen, wird die Fujita-Tornado-Skala (F0 bis F5) und für Hurricane die Saffir-Simpson-Skala (Kategorie 1-5) verwendet.Für geschätzte Windgeschwindigkeiten, die dann als Windstärken bezeichnet werden, ist die Beaufort-Skala in Gebrauch. Diese Skala wurde um 1805 von dem britischen Admiral Sir F. Beaufort (1774 - 1857) für die Seefahrt entwickelt. Sie orientiert sich an der erkennbaren Wirkung des Windes in Bodennähe. Dabei entspricht Windstille oder schwacher Wind den Beaufortgraden 0 bis 3 (0 - 19 km/h). Windstärke 4 ist ein mäßiger Wind (20 - 28 km/h). Unter einem frischen Wind versteht man Windstärke 5 (29 - 38 km/h). Ein starker Wind hat 6 Bft (39 - 49 km/h), während Windstärke 7 (50 - 61 km/h) als starker bis stürmischer Wind bezeichnet wird. Stürmischer Wind ist ein Wind mit Windstärke 8 (62 - 74 km/h). Dabei werden bereits Äste von den Bäumen abgebrochen und das Gehen ist erheblich erschwert. Große Schäden werden bei Sturm bzw. schwerem Sturm mit Stärken von 9 bis 10 Bft (75 - 88 bzw. 89 - 102 km/h) verursacht. Die Windstärken 11 und 12, d.h. orkanartiger Sturm und Orkan (103 - 117 km/h) sind durchweg zerstörerische Ereignisse, die im Binnenland, abgesehen von hohen Bergkuppen, nur alle paar Jahre einmal in Böen auftreten. Böen sind heftige Luftbewegungen von kurzer Dauer. 

Im meteorologischen Sprachgebrauch sind daher auch Bezeichnungen wie z.B. windstill, schwache, mäßige, starke, stürmische Winde aus westlichen Richtungen, um West, Sturm mit Orkanböen üblich. Bei den Windangaben wird häufig auch von Böen oder "böig" gesprochen. Damit ist die größte, innerhalb eines bestimmten Zeitraums - meist 10 Minuten oder einer bis mehrerer Stunden - gemessene Windgeschwindigkeit gemeint, also die Windspitze bzw. das -maximum im besagten Zeitraum.

Auf der Erde beträgt die maximale theoretische Windgeschwindigkeit ca. 1.230 km/h (Schallgeschwindigkeit) - diese wird jedoch auch im stärksten Tornado bei weitem nicht erreicht. Die bisher höchsten gemessenen Windgeschwindigkeiten um 500 – 650 km/h treten nur in großen Höhen, in den Jetstreams auf. Die höchste am Boden gemessene Windgeschwindigkeit betrug in Böenspitzen 416 km/h. Sie wurde im Jahr 1934 auf dem Mount Washington im US-Bundesstaat New Hampshire festgestellt.

Die Kraft des Windes nimmt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit zu: doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet vierfache Kraft.

Beaufortskala

 

Bft

Bezeichnung

Wirkung an Land

kt

m/s

km/h

Windpfeil

0

still

Windstille; Rauch steigt senkrecht auf

0 - < 1

0,0 - < 0,3

0 - 2

1

leiser Zug

kaum merklich; Windrichtung nur durch abtreibenden Rauch angezeigt; Windfahnen unbewegt

1 - < 4

0,3 - < 1,6

2 - 5

2

leichte Brise

Wind am Gesicht fühlbar; Blätter rascheln; gewöhnliche Windfahnen werden vom Wind bewegt

4 - < 7

1,6 - < 3,4

6 - 11

3

schwache Brise

Blätter und dünne Zweige in Bewegung; der Wind streckt einen Wimpel

7 - < 11

3,4 - < 5,5

12 - 19

4

mäßige Brise

hebt Staub und loses Papier; dünne Äste werden bewegt

11 - < 16

5,5 - < 8,0

20 - 28

5

frische Briese

kleine Laubbäume beginnen zu schwanken; auf Seen bilden sich kleine Schaumkämme

16 - < 22

8,0 - < 10,8

29 - 38

6

starker Wind

starke Äste in Bewegung; Pfeifen in Telegrafendrähten; Regenschirme schwierig zu benutzen, heult an Häusern

22 - < 28

10,8 - < 13,9

39 - 49

7

steifer Wind

ganze Bäume schwanken; fühlbarer Widerstand beim Gehen gegen den Wind

28 - < 34

13,9 - < 17,2

50 - 61

8

stürmischer Wind

große Baume schwanken; bricht Zweige von den Bäumen; erschwert erheblich das Gehen; öffnet Fensterläden

34 - < 41

17,2 - < 20,8

62 - 74

9

Sturm

Äste brechen; kleinere Schäden an Häusern (Dachziegel u.ä. werden heruntergeworfen); Gehen erheblich behindert

41 - < 48

20,8 - < 24,5

75 - 88

10

schwerer Sturm

im Binnenland selten; Bäume werden entwurzelt; Baumstämme brechen; größere Schäden an Häusern

48 - < 56

24,5 - < 28,5

89 - 102

11

orkanartiger Sturm

im Binnenland sehr selten; verbreitet schwere Sturmschäden (Windbruch in Wäldern, Dächer abgedeckt); Gehen unmöglich

56 - < 64

28,5 - < 32,7

103 - 117

12

Orkan

im Binnenland äußerst selten; schwerste Verwüstungen und Sturmschäden

64

32,7

118

 

 

Böigkeit

Unter Windböen bzw. Böigkeit versteht man kurzzeitige Schwankungen der Windstärke und ggf. auch der Windrichtung. Eine Windböe ist also eine plötzliche und kurzzeitige Zunahme der Windgeschwindigkeit. Definitionsgemäß muß dabei der gemessene 10-Minuten Mittelwert der Windgeschwindigkeit innerhalb weniger Sekunden (mindestens 3 s, höchstens 20 s) um mindestens 10 kt (5 m/s = 18 km/h) überschritten werden. In Böen kann der Wind aus der gleichen Richtung wie der Mittelwind kommen, oft geht damit aber auch eine Änderung der Windrichtung einher. Wenn keine Böen auftreten, spricht man von einer sog. "laminaren" Strömung und die Bewegung der Luftteilchen erfolgt geordnet. Im Windkanal läßt sich diese laminare Strömung am parallelen Verlauf der mit Rauch oder Nebel sichtbar gemachten Strömungslinien erkennen. Allerdings kann es passieren, daß in der freien Atmosphäre - also oberhalb von ca. 1500 m - die Geschwindigkeit der an sich laminaren Strömung einen für sie kritischen Wert überschreitet. Dann wird die laminare Strömung anfällig für kleinste Störungen. Wird sie turbulent, können Böen mitunter bis zum Boden gelangen.

Venturi-Effekt

Die Böigkeit des Windes hat verschiedene Ursachen. Ein wichtiger Punkt ist, daß sich der Wind durch die Reibung an der Erdoberfläche verlangsamt. Je unebener der Untergrund ist, desto stärker ist auch die Abbremsung. Dementsprechend wird der Wind z.B. über einem bebauten Gebiet stärker abgebremst als am offenen Meeresstrand. Insbesondere bei einer stark strukturiertem Oberfläche wird die Verringerung der Windgeschwindigkeit zudem sehr stark von der Windrichtung beeinflußt. Die Richtung braucht dann nur geringfügig zu variieren, um die Strömungsgeschwindigkeit wesentlich zu verändern. Dabei müssen solche Hindernisse aber nicht zwangsweise eine große vertikale Ausdehnung haben. So wird die bodennahe Luftströmung bereits durch die Beschaffenheit der Erdoberfläche infolge von Reibung abgebremst. Darüber ist die Luftströmung aufgrund der geringeren Reibung aber größer, wodurch sich Wirbel bilden - die Strömung wird turbulent.

Außerdem variiert der Wind auch infolge des Umströmens von Hindernissen und durch Kanalisierungseffekte. Trifft Luft auf ein Hindernis, so verwirbelt sie hinter diesem. Sie strömt dann in den Wirbeln chaotisch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in unterschiedlichen Richtungen. Derlei Turbulenzen kann man beobachten, wenn die Luftströmung durch Hindernisse wie Häuser, Bäume, Hügel oder auch Gebirge gestört wird. Dabei bilden sich Wirbel mit meist waagrechter Rotationsachse aus. Diese Wirbel fallen je nach Beschaffenheit der Hindernisse - der sogenannten Rauigkeit - unterschiedlich aus. Entsprechend unterschiedlich ausgeprägt sind auch die Böen, die sich daraus ergeben. In Städten mit großen Häuserblöcken und Hochhäuser hat das jeder schon selbst erlebt. Der Wind wird dabei gezwungen an den Gebäuden vorbeizuströmen. Hinter den Häusern entstehen häufig Abschattungseffekte, wo der Wind schwächer weht. Andererseits kommt es zu einer Verstärkung des Windes, wenn er zwischen zwei Hindernissen kanalisiert wird. Geht man in der Stadt umher bemerkt man, daß der Wind bei bestimmten Windrichtungen an manchen Punkten deutlich stärker weht als an anderen. Das ist der sog. Venturi-Effekt. Diese Art der Windveränderung läßt sich überall beobachten, denn nicht nur Gebäude, auch die Geländeform und die Vegetation führen oft zu diesen Effekten.

Ein weiterer Einflußfaktor ergibt sich in der Vertikalen aus der Schichtung der Atmosphäre. Ist diese stabil geschichtet, findet kein Austausch mit höheren Luftschichten statt. Bei labiler Schichtung, insbesondere in Schauern und Gewittern , kann dieser Austausch aber sehr intensiv sein. Der Wind weht in verschiedenen Höhen unterschiedlich stark. In der Regel ist die Geschwindigkeit in größeren Höhen stärker als weiter unten. Böen können aber auch thermische Ursachen haben: Vor allem im Sommerhalbjahr erwärmt sich der Boden und in der Folge auch die bodennahe Luft durch die Sonneneinstrahlung recht markant. Wenn sich nun tagsüber die Luft in Bodenähe erwärmt, steigen einzelne Warmluftblasen nach oben. Zum Ausgleich sinkt die Luft an anderen Stellen wieder ab (Thermik). Diese thermischen Effekte bewirken ein Austausch der Luftmassen zwischen Boden und höheren Luftschichten. Dabei werden Luftpakete aus der Höhe mit der ihnen eigenen höheren Geschwindigkeiten nach unten in die bodennahe Luftschicht mit geringeren Windgeschwindigkeiten transportiert. Diese beschleunigen dann dort lagernde langsamere Luftpakete kurzzeitig. Das sorgt für entsprechende Verwirbelungen, sprich Turbulenz oder Böigkeit. Mit fortschreitender Erwärmung im Tagesverlauf nimmt dieser Effekt immer weiter zu und so lebt auch die Böigkeit zunehmend auf. Am Abend und in der Nacht läßt diese thermische Böigkeit dann oft rasch wieder ab.

Treten Schauer und Gewitter auf, sind die Windböen teilweise noch viel heftiger. Die Ursache ist, daß die zugehörigen Wolken oft sehr hochreichend sind und damit einen Austausch zwischen Boden und sehr großen Höhen bewirken können. Auch dadurch können Luftpaket aus großer Höhe (3 km und mehr) mit entsprechend hohen Windgeschwindigkeiten in Bodennähe verfrachtet werden. Die große Geschwindigkeitsdifferenz sorgt dann für entsprechend heftige Turbulenzen. Manchmal gibt es solche Böen auch weit ab von den eigentlichen Gewittern.

Das Tückische an allen Windböen ist, daß Böen mitunter sehr überraschend auftreten können, selbst wenn es noch kurz zuvor fast windstill war. Meist dauert es aber nur wenige Sekunden, bis der "Spuk" wieder vorbei ist.

Weitere Einzelheiten stehen im Kapitel Turbulenz.

 

Windregeln:

  • Kommt der Regen vor dem Wind, zurre alles fest geschwind.
  • Kommt der Wind vor dem Regen, kannst dich ruhig schlafen legen.
      
  • Verringert sich der Abstand zwischen einem Hoch und einem Tief, so nimmt die Windstärke dazwischen zu.
  • Vergrößert sich der Abstand zwischen einem Hoch und einem Tief, so nimmt die Windstärke dazwischen ab.
     
  • Ein Tief das nördlich vorbeizieht bringt zuerst südliche und dann westliche Winde.
  • Ein Tief das südlich vorbeizieht bringt anfangs südliche Winde und später östliche bis nördliche Winde.
     
  • Östliche Winde im Nord- und Ostseeraum deuten auf eine beständige Wetterlage hin, das heißt, diese Windrichtung wird länger anhaltend bleiben.
  • Wenn man sich mit dem Rücken zum Wind stellt, dann befindet sich links vorne das Tief- und rechts hinten das Hochdruckgebiet (barisches Windgesetz).
    • Wiederholt man dies nach einiger Zeit und das Tief liegt jetzt weiter rechts (rechtsdrehende Peilung), dann zieht das Tief nördlich vorbei.
    • Liegt nach der zweiten Peilung das Tief weiter links (linksdrehende Peilung), zieht das Tief südlich vorbei.
    • Bleibt die Lage unverändert, dann liegt das Tief entweder fest - oder es kommt mit seinem Kern direkt auf Dich zu, dann nimmt der Wind zu und das Barometer fällt.
  • Durch die Beobachtung der Zugrichtung der hohen Wolken (Cirren) kann man direkt eine Wetterprognose ableiten, wenn ein Tief die Wetterlage beherrscht. Aus Kenntnis der Struktur eines Tiefs und der Tatsache, daß Tiefs von der Höhenströmung gesteuert werden, ergeben sich folgende Regeln, die nur erfordern, daß man sich mit dem Rücken zum Wind stellt:
    • Wenn die hohen Wolken von links kommen, befindet man sich auf der Vorderseite des Tiefs. Das schlechte Wetter steht direkt bevor.
    • Wenn die hohen Wolken von rechts kommen, ist man bereits auf der Rückseite des Tiefs. Es gibt nur noch Wetterbesserung.
    • Wenn die hohen Wolken von hinten kommen, befindet man sich im Warmsektor. Dann steht also noch eine Kaltfront bevor.
    • Wenn die hohen Wolken von vorne kommen, zieht das Tief südlich vom Beobachter durch. Eine Schlechtwetterperiode ist nicht zu erwarten.

 

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