Wenn du draussen unterwegs bist, dann bist du damit zwangläufig auch den Elementen des Wetters ausgesetzt. Nebst der Temperatur- und Niederschlagssituation (Schnee, Regen, etc.) wirkt auch der Wind auf dich ein. Dieser kann manchmal sehr willkommen sein (als frisch Brise an heissen Tagen, als Rückenwind auf dem Fahrrad), teilweise aber auch für zähe Bedingungen sorgen (als auskühlender Starkwind, als Gegenwind). Er kann sich in einem angenehmen Rascheln der Blätter äussern, aber manchmal auch eine Zerstörerische Kraft ausüben. Meist ist es auch der Wind, der uns "das Wetter bringt".
der Wind ist ein spürbares, angenehmes bis zerstörerisches Wetterelement
(Quelle: ©eshma - stock.adobe.com)
Der Richtung, Stärke, Form und Laune des Windes liegen meteorologische Prozesse zugrunde, die sich entweder über ein lokales Gebiet erstrecken oder auch grossräumigere Dimensionen aufweisen können. Wenn du diese Vorgänge kennst, kannst du auch Verhalten des Windes beurteilen. Damit bist du nicht nur naturverbundener unterwegs (das Beobachten der Naturphänomene ist eine sehr befriedigende Aktivität), sondern kannst bei deinen Outdoor-Aktivitäten bessere Entscheidungen treffen, sei es die Wahl des richtigen Schlafplatzes, die Routenwahl oder auch nur die Beurteilung der generellen Wettersituation.
bei Wind stellt man sein Zelt am besten an Standorten auf, wo die Windstärke etwas geringer ist
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In diesem Artikel werde ich dir die meteorologischen Prozesse vorstellen, die dem Wind zugrunde liegen, sei das in der lokalen oder grossräumigen Skala. Danach zeige ich dir die Rückschlüsse für deine persönliche Wetteranalyse und stelle mögliche Schlussfolgerungen für dein Outdoor-Abenteuer vor.
Schlussendlich umfassen eine Beobachtung und Deutung des Wetters immer die Analyse aller Elemente, also auch Wolken, Himmelsfarben, Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, etc. Auch dazu habe ich entsprechende Blog-Artikel verfasst:
Wolken: siehe Artikel Wolken lesen und deuten
Himmelsfarben: siehe Artikel Farben und Farbphänomene in der Atmosphäre erkennen und deuten
Temperaturverhalten: siehe Artikel Lufttemperatur, Wärmebilanz am Boden, Treibhauseffekt und co.
Inhaltsverzeichnis
was ist Wind und was treibt ihn an?
Der Wind stellt nichts anderes als eine gerichtete Luftbewegung in der Atmosphäre dar. In dieser Bewegung steckt Energie («kinetische Energie»), die z.B. mit Windrädern abgefangen und zu Erzeugung von Strom genutzt werden kann. Wer bei Rückenwind mit Fahrrad fährt oder auf einem Gewässer segelt, spürt sie ganz direkt als antreibende Kraft. Nach den physikalischen Gesetzen kann diese Energie natürlich nicht einfach aus dem Nichts kommen, sondern muss von irgendwoher gespiesen werden. Im Falle des Windes sind es räumliche Luftdruckunterschiede: Von dort aus, wo der Luftdruck hoch ist, strömt die Luft zu dem Ort, wo der Luftdruck tiefer ist.
Eine unterschiedliche Luftdruckverteilung kann sich über ein grosses Gebiet von bis zu mehreren 1000 Kilometer erstrecken (Hoch- und Tiefdruckgebiete) oder auch nur ein lokales Gebiet (z.B. Berg und Tal) umfassen. Auch in ganz kleinem Rahmen (z.B. bei einem Lagerfeuer) sind Luftdruckunterschiede mit entsprechend einsetzendem Wind möglich.
Je stärker der Luftdruckunterschied, desto stärker ist auch die antreibende Kraft («Druckgradientenkraft»). Mit dem Einsetzen des Windes werden die Luftdruckunterschiede abgebaut. Wie wir später sehen, kann der Wind auch durch diverse weitere Kräfte so weit abgelenkt werden, dass ein Druckausgleich verhindert wird. Die antreibende Kraft bliebt jedoch immer der Luftdruckunterschied!
Wind ist nicht gleich Wind. Es gibt diverse Parameter, die dessen Charakter beschreiben:
Windrichtung: Damit ist die Richtung gemeint, von wo der Wind herkommt. Wind der von Norden nach Süden weht, wird demnach Nordwind genannt.
Windstärke: Diese kann in verschiedenen Einheiten wie km/h, m/h oder auch Knoten (= nautische Meile pro Stunde) angeben werden. Die Umrechnung geht folgendermassen:
1 Knoten = 1.86 km/h
1 m/sec = 3.6 km/h
Dazu gibt es noch die Windstärkeskala nach Beaufort (in der Einheit «Bft»), die sich an den Auswirkungen des Windes auf die Umgebung bezieht:
0 Bft (< 1 km/h; «windstill»): keine Luftbewegung spürbar, Rauch aus den Kaminen steigt senkrecht nach oben, Wasseroberfläche spiegelglatt
1 Bft (1-5 km/h; «leiser Zug»): Luftbewegung kaum spürbar, Rauch bewegt sich leicht auf eine Seite, doch Windflügel bleiben unbewegt, auf See leichte Kräuselwellen
2 Bft (6-11 km/h; «leichte Brise»): Wind im Gesicht spürbar, Blätter rascheln, auf See kleine Wellen
3 Bft (12-19 km/h; «schwache Brise»): Blätter und dünne Zweige bewegen sich, Wimpel werden leicht bewegt, auf See leichte Schaumbildung
4 Bft (20-28 km/h; «mässige Brise»): Zweige bewegen sich, Staub und loses Papier werden vom Boden gehoben, Wimpel werden gestreckt, Wellen auf See mit Schaumköpfen
5 Bft (29-38 km/h; «frische Brise / frischer Wind»): grössere Äste und Zweige bewegen sich, kleine Laubbäume beginnen zu schwingen, Wind deutlich hörbar, auf See lange Wellen mit Schaumköpfen
6 Bft (39-49 km/h; «starker Wind»): dicke Äste bewegen sich, Drahtseile und Telefonleitungen pfeifen, Regenschirm ist schwer zu halten, auf See grosse Wellen mit brechenden Köpfen
7 Bft (50-61 km/h; «steifer Wind»): Bäume schwingen hin- und her, das Gehen ist erschwert, auf See ordnet sich der Schaum nach dem Brechen der Wellen längs zur Windrichtung an
8 Bft (62-74 km/h; «stürmischer Wind»): Auch grosse Bäume schwingen, Zweige brechen ab, Fensterläden öffnen sich, das Gehen ist stark erschwert, auf See sehr hohe Wellen und überall Schaumstreifen
9 Bft (75-88 km/h; «Sturm»): Äste brechen ab, Ziegel werden von den Dächern gehoben, Gartenmöbel werden umgeworfen oder verweht, auf See sehr hohe Wellen mit Gischt, welche die Sicht beeinträchtigt
10 Bft (89-102 km/h; «schwerer Sturm»): Bäume werden entwurzelt, Gartenmöbel werden weggeweht, grosse Schäden an Häuser, auf See sehr hohe Wellen mit langen brechenden Kämmen
11 Bft (103-117 km/h; «orkanartiger Sturm»): schwere Sturmschäden, im Wald Windbruch, Dächer werden abgedeckt, Autos werden aus der Spur geworfen, dicke Mauern werden beschädigt, Gehen unmöglich, brüllende See mit starker Sichtverminderung
12 Bft (> 118 km/h; «Orkan»): sehr schwere Sturmschäden und Verwüstungen, auf See ist die Wasseroberfläche komplett weiss, bzw. in der Luft ist wegen der starken Gischt keine Sicht mehr vorhanden
Böigkeit: Wenn du draussen im Wind unterwegs bist, ist dir sicher auch schon aufgefallen, dass die Windstärke nicht kontant ist, sondern ständig ändert. Laue Phasen wechseln sich mit stärkerem Wind ab. Auch die Richtung ändert sich hin und wieder etwas. Dieses Verhalten mit der Böigkeit beschrieben. Phasen mit kurzfristig hoher Windstärke werden dabei «Böen» genannt. Die Böigkeit ist eine Folge von Turbulenzen in der Luftströmung, die durch die Reibung des Windes am Erdboden, bzw. zwischen Luftschichten mit unterschiedlicher Windströmungen, induziert werden. Mit der Turbulenz sind die Strömungslinien der einzelnen Luftpakete nicht mehr parallel, sondern kreuzen sich. Ausserdem bilden sich Luftwirbel mit horizontaler Rotationsachse aus. Letztendlich ist auch das hörbare «Zischen» des Windes eine Folge dieser Luftwirbel, weil dadurch die Luft zum Schwingen angeregt wird
durch die Turbulenz in der Windströmung entstehen kurzzeitige Böen
(Quelle: ©StratfordProductions - stock.adobe.com)
Wetterkarten: In Wetterkarten wird der Wind durch Pfeile dargestellt. Die Summe der Striche entspricht dabei der Windstärke.
kleiner Strich: 5 Knoten (ca. 9.2 km/h),
ganzer Strich: 10 Knoten (18.5 km/h)
ausgefülltes Dreieck: 50 Knoten (ca. 92.6 km/h).
Die Seite, wo die Striche eingezeichnet sind, entspricht dabei der Windrichtung. Bei Windstille wird kein Pfeil, sondern ein Kreis verwendet.
Quelle rechtes Bild: CC BY-SA 2.5 ch, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3671683
Windscherung: Ändert sich die Windgeschwindigkeit oder -richtung innerhalb von kurzen Entfernungen, spricht man von Windscherung.
Hangauf- und Hangabwind / Berg- und Talwind
Vor allem wenn keine grossräumigen Windsysteme am Wirken sind, kann in hügeligen oder gebirgigen Landschaften das typische Hangauf- und Hangabwind-, sowie das Berg- und Talwindverhalten beobachtet werden. Die Luftdruckunterschiede, welche diese Zirkulationen antreiben, sind ein Ergebnis tageszeitlich unterschiedlich starker Erwärmung / Abkühlung an verschiedenen Standorten.
Schauen wir uns erst die Hangauf- und Hangabwinde an. Dessen Richtung ist quer zu den Tälern ausgerichtet, das heisst der Wind weht entweder die Hänge hinauf oder diese hinab. Die Strömungsverhältnisse je nach Tageszeit, aber auch je nach Ausrichtung des Tales unterschiedlich:
Tal West-Ost verlaufend: Nord- und Südhänge bekommen unterschiedlich viel Sonneneinstrahlung ab. Die sonnigen Südhänge erwärmen sich dabei stärker als die schattigen Nordhänge. Die stärkere Luftausdehnung führt dort in den oberen Luftschichten zu einem höheren Luftdruck als auf der gleichen Höhe über dem Nordhang. Dabei setzt dort eine zum Nordhang gerichtete Windströmung ein. Das Wegströmen von Luft über dem Südhang verringert dort nun Luftdruck am Boden, bzw. erhöht ihn am Nordhang durch das Zuströmen in der Höhe. Dadurch entstehen Luftdruckunterschiede auch in den bodennahen Luftschichten, was dort eine Windströmung vom Nord- zum Südhang auslöst.
Indem zusätzlich am Südhang Luft vom Boden, bzw. am Nordhang von der Höhe angesaugt wird, stellt sich die typische Hangwind-Zirkulation ein, mit Hangaufwind am Südhang und Hangabwind am Nordhang. Die Luftbewegungen erfolgen dabei in einzelnen Luftblasen, die sich am Südhang z.B. jeweils in kurzeitig aufkommender Böe vom Talboden her äussern. Es kann sich aber auch eine konstante Zirkulation einstellen. Die Geschwindigkeiten übersteigen kaum 2-3 km/h. Die vertikalen Luftbewegungen an den Südhängen führen dort oft zur Bildung von Quellwolken und z.T. sogar Gewitter, auch wenn die Luftschichtung an sich stabil wäre.
links: Zirkulation der Hangwinde tagsüber bei einem E-W-ausgerichteten Tal
rechts: an den von der Sonne beschienenen Hängen (hier Blick zum Südhang des Wettersteinmassives) bilden sich mit dem Hangaufwind bevorzugt Quellwolken
Tal Nord-Süd verlaufend: Welche Hangseite mehr oder weniger Sonne abkriegt ist in diesem Fall abhängig vom Sonnenstand. Am Morgen ist die Sonneneinstrahlung an den Osthängen stärker als an den Westhängen. Es stellt sich damit eine Strömung ein, wo der Wind die Osthänge hinauf und die Westhänge hinab weht. Um die Mittagszeit kriegen dann beide Hangseiten ungefähr gleich viel Sonne. Der Wind strömt dann beide Hänge hinauf und sinkt in der Mitte des Tales ab. Am Nachmittag werden dann schliesslich die Westhänge stärkster beschienen und die Strömung ergibt dort die Hangaufwinde und an den Osthängen die Hangabwinde.
Abkühlung: Ab dem späten Nachmittag kühlt die Erdoberfläche und damit auch die bodennahen Luftschichten ab. Im Gegensatz zur Ebene, kann die (schwere) bodennahe Kaltluft an den Hängen «herunterfliessen». Am frühen Abend können so regelrechte «Luftlawinen» ins Tal runter stürzen (v.a. an baumlosen Hängen). Die Kaltluft reichert sich dann im Talboden an und bildet dort einen Kaltluftsee. Unten im Tal ist es deshalb in windstillen-klaren Nächten deutlich kälter als in den höher gelegenen Hanglagen. Je enger und abgeschlossener ein Tal, desto grösser wird die Tiefe dieses Sees (kann wenige Meter bis mehrere 100 Meter betragen). Innerhalb des Kaltluftsees werden die tiefsten Temperaturen an der tiefsten Stelle des Talbodens erreicht. Von dort steigt sie mit zunehmender Höhe an («Inversion»), meist mit einem Betrag von einem bis wenigen °C pro 100 Meter. Die grössten Temperaturgradienten werden dabei im Winter erreicht, wenn durch die langen Nächte die Abkühlung besonders gross ist. Hindernisse im Hangbereich (Häuser, Bäume) können die Bildung des Kaltluftsees abbremsen. Lange, quer zum Hang verlaufende Hindernisse (z.B. Dämme) sind sogar selbst Kaltluft-Stauer.
Nebst dem Hangauf- und Hangabwind stellt sich im topographisch gegliederten Gelände mit dem Berg- und Talwind noch eine weitere lokale Windzirkulation ein. Diese verläuft längs zu den Tälern und wird durch die unterschiedlich starke Erwärmung/Abkühlung zwischen den Tälern und dem Vorland angetrieben. Die Täler erwärmen sich im Verlaufe des Tages deutlich stärker als das Vorland und zwar weil die Luftmenge dort geringer ist. So stellt sich dann in den bodennahen Schichten eine Strömung ein, wo der Wind vom Vorland her die Täler hinauf weht (Talwind). Die Geschwindigkeiten sind mit ca. 20 km/h deutlich höher als beim Hangaufwind. In der Nacht ist die Situation dann umgekehrt, denn Täler kühlen (wiederum wegen dem geringeren Luftvolumen) stärker als das Vorland ab. Am Boden weht dann der Wind aus den Tälern ins Vorland (Bergwind).
Talwind vom späten Vormittag bis in die Nacht
Bergwind von der Nacht bis zum späten Vormittag
Hangauf-/Hangabwinde und Berg-/ Talwinde beeinflussen und überlagern sich gegenseitig d.h. vom Hangabwind in den Talboden transportierte Luftpakete werden vom Berg- oder Talwind weiterverfrachtet, etc. Während sich die Hangaufwinde direkt nach dem Sonnenaufgang einstellen, setzt der Talwind erst im Verlaufe des Vormittags ein. Denn die in der Nacht kälteren Täler müssen ja erst auf die Temperatur des Vorlandes erwärmt werden. Der Talwind bleibt dann aber auch bis in die Nacht hinein, d.h. weht auch dann noch, wenn schon lange Hangabwinde dominieren. Somit ergibt sich folgender Tagesablauf:
früher Morgen: Hangauf-/Hangabwinde und Bergwind
später Morgen bis später Nachmittag: Hangauf-/Hangabwinde und Talwind
später Nachmittag bis Nacht: allgemeine Hangabwinde und Talwind
Nacht bis früher Morgen: allgemeine Hangabwinde und Bergwind
Gletscherwind: Eine Abkühlung der bodennahen Luft kann in den warmen Monaten auch am Tag eintreten und zwar wenn ein Luftpaket über eine Fläche strömt, die deutlich kälter als diejenige der Umgebung ist. Solche kalten Flächen stellen z.B. Gletscher (oder allgemein Schneeflächen) dar. Von ihnen gehen deshalb auch am Tag Hangab-, bzw. Bergwinde aus.
Gletscherwind beim Morteratsch-Gletscher
Quelle: bearbeitet aus Andreas Handschin - https://www.flickr.com/photos/ahdigital/1075205552/sizes/o/, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6813694
See- und Landwind
Sowohl an Meeresküsten, also an Küsten grösseren Seen kennt man das Phänomen des See- und Landwindes. Am Tag weht die Luft von See zu Land (Seewind), bzw. in der Nacht von Land zu See (Landwind). Mit dem Seewind, der sich meist (wie der Talwind) ab dem späten Vormittag einstellt, wird kühle Luft an die Küste geführt, welche dort zu einer raschen Abkühlung der Lufttemperatur führt. Die verhältnismässig kühlen Temperaturen bleiben danach bis in den späten Nachmittag hinein, d.h. sobald der Landwind wieder einsetzt.
Die Luftdruckunterschiede ergeben sich, ähnlich wie bei den Hangauf-/Hangabwinden oder den Berg-/Talwinden, durch die unterschiedlich starke Erwärmung / Abkühlung der Luft zwischen dem Festland und über dem Wasser. Am Morgen, sobald die Sonne scheint, beginnen sich beide Orte zu erwärmen, doch weil das Wasser ein grosser Wärmespeicher ist, erwärmt sich die Luft darüber weniger rasch. Es stellt sich in Folge eine Luftzirkulation «bodennahe Luft über Land > höhere Luft über Land > höhere Luft über Wasser > bodennahe Luft über Wasser > bodennahe Luft über Land >…» ein. Die Höhe der Zirkulationszelle beträgt bei übrigens nur ca. 50 Meter.
In der Nacht ist die Situation umgekehrt, denn dann kühlt die bodennahe Luft über dem Land rascher ab als über dem Wasser (welches ein guter Wärmespeicher ist). Die Luftzirkulation erfolgt dann in die andere Richtung.
Prinzip von Land- und Seewind
Quelle: bearbeitet aus Talifero - Diagrama de formacion de la brisa-breeze.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16454251
Downburst
Bei starken Niederschlägen, wie z.B. Gewitter und auch bei winterlichen Sturmtiefs, treten häufig sogenannte «Downbursts» auf, die sich in lokal hohen Windstärken äussern. Sie entstehen, indem ein Teil eines Starkniederschlags innerhalb der Wolken verdunstet und die dortige Luft stark abkühlt. Diese kalten Luftpakate beginnen dann wegen der höheren Dichte im Vergleich zur Umgebung wortwörtlich zum Erdboden hin runterzufallen (kalte Luft ist bekanntlich schwerer als warme Luft).
Downburst
Quelle: Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2562378
Der Wind wird dabei auf dem Weg nach unten durch die Schwerkraft («runterfallen») beschleunigt, wodurch sehr hohe Geschwindigkeiten entstehen. Dort wo dieser Abwind dann auf den Boden trifft, breitet er sich seitlich aus, so in der nahen Umgebung am Boden heftige Windböen entstehen. Diese können grosse Schäden anrichten (siehe Unwetter in Zürich vom 13.07.2021). Je weiter weg von der Boden-Auftreffstelle, desto geringer werden die Windgeschwindigkeiten und damit auch die Schäden.
Abkühlung durch Verdunstung innerhalb der Wolke führt zu Absinken von Luftpaketen. Auf dem Weg nach unten werden sie stark beschleunigt. Dort wo sie auf den Boden auftreffen, breiten sie sich seitlich aus und es entstehen starke Windböen. Das seitliche Ausbreiten führt ausserdem dazu, dass die bestehende warme Luft hochgedrückt wird («Böenfront»)
Grossräumige Windsysteme
Beim Durchzug eines Tiefdruckgebietes mit seinen Wetterfronten ist der kontante Westwind typisch. Dieser ist ein typisches Beispiel eines grossräumigen Windsystems, wo über ein grosses Gebiet eine mehr oder wenige einheitliche Windrichtung vorherrscht.
Solche Windverhältnisse entstehen durch Luftdruckunterschiede grossräumiger Hoch- und Tiefdruckzonen. Letztere sind auf den Wetterkarten anhand der Isobaren zu erkennen. Die Isobaren stellen die Linien gleichen Druckes dar. Meist wird dabei der gemessene Luftdruck am Boden verwendet (Bodendruckkarte). Je nach Höhe können die Druckunterschiede (und somit auch die einsetzenden Luftströmungen) verschieden sein.
Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) - http://www.dwd.de/scripts/getimg.php?src=/hobbymet/HOBBYMET_PPOA89.gif, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22809996
Je näher die Isobaren beieinander sind, desto stärker sind die räumlichen Luftdruckunterschiede und damit die Druckgradientenkraft. Diese zeigt immer senkrecht zu den Isobaren in Richtung des tiefen Druckes.
Eigentlich müsste sich nun eine Luftströmung parallel zur Druckgradientenkraft, d.h. senkrecht zu den Isobaren ausbilden und dabei das Gebiet mit tiefem Druck «auffüllen». In Realität ist dies jedoch anders: Es wird stattdessen jeweils eine Luftströmung ungefähr parallel zu den Isobaren beobachtet (wodurch auch kein Druckausgleich stattfinden kann). Dies liegt daran, dass in der grossräumigen Skala nebst dem Druckgradient, noch weitere Kräfte auf den Wind einwirken. Es sind dies die Corioliskraft , die Zentrifugalkraft und die bodennahe Reibung (Reibungskraft).
Corioliskraft: Durch die Eigenrotation der Erde, die nach Osten gerichtet ist (was zu einer relativen Bewegung der Sonne nach Westen führt, mehr dazu siehe hier), bewegt sich die Erdoberfläche ständig und zwar je näher zu den Polen, desto langsamer. Wenn nun auf der Nordhemisphäre ein Luftpaket von Süden nach Norden weht, behält es die Geschwindigkeit von seinem Startpunkt. Gegenüber der sich mit dem höheren Breitengrad zunehmend langsamer bewegenden Erdoberfläche wird es jedoch beschleunigt. Es kriegt dadurch eine stetige Ablenkung gegen Osten (rechts). Wenn der Wind von Norden nach Süden weht, nimmt die die Rotationsgeschwindigkeit der Erdoberfläche zu und das nun langsamere Luftpaket wird nach Westen abgelenkt (ebenfalls nach rechts).
Luftpakete, die sich gegen Norden bewegen, erfahren in den höheren Breitengraden durch ihre (vom Startpunkt mitgenommene) höhere Rotationsgeschwindigkeit eine Ablenkung nach Osten
Quelle: Jimsen - German Wikipedia, original upload: de:Bild:Jetsteam hoehenkarte nordhalbkugel.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=425669
Corioliskraft im 2D-Fall illustriert: Durch die immer grössere Geschwindigkeit der Platte gegen aussen, erfährt die Kugel eine Ablenkung nach rechts. Dieses Beispiel ist vergleichbar mit der Bewegung eines Luftpaketes vom Nordpol nach Süden auf der Erdkugel
Quelle: Hubi - German Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1008114
Eine Ablenkung nach rechts findet aber auch statt, wenn das Luftpaket in östlicher oder westlicher Richtung weht. Die Rotationsgeschwindigkeit bleibt dann zwar dieselbe, doch wegen der gekrümmten Erdoberfläche, kriegt die Windrichtung am neuen Standort eine südliche Komponente.
Ja, ich gebe zu, das ganze Konzept der Corioliskraft ist schwierig zu verstehen, doch die wesentlichen Schlussfolgerungen sind eigentlich ganz simpel:
eine bewegte Luftmasse erfährt stets eine ablenkende Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung
auf der Nordhemisphäre ist die die Corioliskraft nach rechts und auf der Südhemisphäre nach links ausgerichtet
je näher zu den Polen, desto stärker ist die Corioliskraft. Am Äquator ist sie Null.
je schneller die Geschwindigkeit des Luftpaketes, desto stärker ist die Corioliskraft
Geostropher Wind: Betrachten wir nun eine Druckverteilung mit mehr oder weniger geraden, parallelen Isobaren. Der Druckgradient, der stets senkrecht zu den Isobaren vom höheren zum tieferen Druck ausgerichtet ist, treibt dabei den Wind an. Es ist auch die Richtung, die der Wind zu Beginn einschlagen wird. Wegen der Corioliskraft wird er jedoch ständig nach rechts abgelenkt. Sobald der Wind parallel zu den Isobaren ausgerichtet ist, stellt sich ein Kräftegleichgewicht von Druckgradientenkraft (zum tiefen Druck) und Corioliskraft (nach rechts, d.h. zur Bewegungsrichtung zum hohen Druck) ein. Je enger die Isobaren beieinander sind, desto grösser ist die Druckgradientenkraft und dementsprechend höher die Windgeschwindigkeit. Durch den geostrophen Wind erfolgt kein Druckausgleich.
Beim Geostrophen Wind stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Druckgradientenkraft und Corioliskraft ein, so dass der Wind paralell zu den Isobaren weht. Es findet kein Druckausgleich zwischen den Gebieten vom hohem und tiefen Druck statt.
Ein typisches Beispiel für einen Geostrophen Windes ist der Polarfront-Jetstream. Dieser bildet sich in den gemässigten Breiten immer mal wieder in grosser Höhe an den Luftmassengrenzen von warmer-tropischer und kalter-polarer Luft. Dabei führen die Temperaturunterschiede in den höheren Luftschichten zu grossen Luftdruckunterschieden. Die Windgeschwindigkeiten erreichen dabei ca. 200 bis 500 km/h.
Zentrifugalkraft und Gradientenwind: Auch bei den klassischen Hoch- und Tiefdruckgebieten stellt sich wie beim Geostrophen Wind eine Isobaren-parallele Zirkulation ein. Diese erfolgt auf der Nordhemisphäre beim Hochdruckgebiet im Uhrzeigersinn («antizyklonal») und im Tiefdruckgebiet im Gegenuhrzeigersinn («zyklonal»). Weil die Luftströmung durch die Krümmung der Isobaren rotiert, muss sie aber stets gegen das Kreisinnere abgelenkt werden, um sie in der Kreisbahn zu halten.
Beim Tiefdruckgebiet muss deshalb die Corioliskraft kleiner sein als der Druckgradient. Damit dies der Fall ist, muss die Windgeschwindigkeit kleiner sein als beim Geostrophen Wind (wir erinnern uns: Je höher die Windgeschwindigkeit, desto grösser die Corioliskraft). Um ein Hochdruckgebiet ist das Gegenteil der Fall, weil die Ablenkung ja zum Hochdruckzentrum hin, also in Richtung der Corioliskraft hin erfolgen muss. Diese muss deshalb grösser sein als die Druckgradientenkraft, was eine höhere Windgeschwindigkeit zur Folge hat.
Beim Tiefdruckgebiet muss für eine konstante Ablenkung zum Zentrum die Druckgradientenkraft höher sein als die Corioliskraft, was in einer gegenüber dem Geostrophen Wind tieferen Windgeschwindigkeit resultiert.
Beim Hochdruckgebiet muss hingegen die Corioliskraft überwiegen, was zu einer höheren Windgeschwindigkeit führt.
Aus der Sicht des Luftpaketes (rotierendes Bezugssystem) kann der Gradientenwind als Kräftegleichgewicht verstanden werden, beim dem zusätzlich noch die Zentrifugalkraft am wirken ist
Also nochmal zusammengefasst:
Strömung um ein Tiefdruckgebiet: Tiefere Windgeschwindigkeit als bei geraden Isobaren
Strömung um ein Hochdruckgebiet: Höhere Windgeschwindigkeit als bei geraden Isobaren
Reibungskraft und Reibungswind: In den untersten Luftschichten (bis ca. 50m Höhe) wirkt zusätzlich immer noch die Reibung des Bodens. Mit Berücksichtigung der Reibungskraft, die immer dem Wind entgegengesetzt ist, stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein, wo der Wind leicht schräg aus dem Hochdruckgebiet hinaus und leicht schräg ins Tiefdruckgebiet hinein weht. Dadurch wird in Bodennähe ein Druckausgleich ermöglicht. Die Reibung verändert nicht nur die Windrichtung, sondern reduziert auch die Windgeschwindigkeit. Über dem Meer ist die Reibung und somit der Druckausgleich jedoch deutlich geringer. Erst wenn ein Tiefdruckgebiet aufs Festland trifft, beginnt es sich abzuschwächen.
Beim Reibungswind stellt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Druckgradientenkraft, Corioliskraft und Reibunsgskraft ein. Die Windrichtung ist leicht schräg zu den Isobaren hin zum tiefen Druck gerichtet. Dabei kann ein Druckausgleich stattfinden.
Da die Reibungskraft vor allem bodennah wirkt und mit der Höhe abnimmt, ergeben sich unterschiedliche Windrichtungen / Windgeschwindigkeiten zwischen bodennaher Luft und der darüber liegenden Luftschichten (wo Geostropher Wind oder Gradientenwind vorherrscht). Im Vertikalprofil sieht man dabei eine graduelle Zunahme der Windgeschwindigkeit und eine ebenso graduelle Änderung der Windrichtung im Uhrzeigersinn, d.h. in Richtung Isobaren-paralleler Strömung (man spricht dabei auch von der «Ekman-Spirale»). Diese kann sich bis in Höhen von ca. einem Kilometer erstrecken, obwohl die Reibung des Bodens nur ca. 50m hoch wirkt. Dies weil durch unterschiedliche Windgeschwindigkeiten und – Richtungen auch eine Reibung zwischen den verschiedenen Luftschichten stattfindet.
Ekman-Spirale: Mit der Höhe nimmt die Windgeschwindigkeit zu und auch die Richtung nähert sich durch eine graduelle Drehung im Uhrzeigersinn dem Geostrophen Wind
Sind grossräumige Windsysteme am Werk, werden die lokalen Windsysteme, wie Hangauf-/ Hangabwind, Berg-/ Talwind oder Land-/Seewind stark davon beeinflusst oder sie können sich gar nicht ausbilden. Die Wind-bedingte Durchmischung der Luftschichten sorgt ausserdem dafür, dass sich keine bodennahe Kaltluft bilden kann und auch in den Tälern wird die Bildung von Kaltluftseen in Tälern verhindert.
Übrigens: Die Energie welche die Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen lässt, kommt nicht aus dem Nichts, sondern ist eine Folge der Sonneneinstrahlung. Genauer gesagt ist es die unterschiedliche Intensität zwischen der Sonneneinstrahlung je nach Breitengrad. Die genauen Prozesse sind jedoch ein Thema für sich und würden den Rahmen dieses Artikels sprengen.
weitere Einflussfaktoren auf den Wind
Nebst den allgemeinen Zirkulationsverhältnissen aus grossräumigen oder lokalen Windsystemen, kann der Windcharakter (Stärke, Richtung, Böigkeit, etc) je nach Uhrzeit/Standort durch zahlreiche weitere Einflussfaktoren beeinflusst werden:
Einengung des Luftstromes: Weht der Wind durch eine Verengung (z.B. enger Talabschnitt oder Häuserschlucht), werden die Strömungslinien am Eingang quer zur Strömungsrichtung zusammengedrückt, was eine Kompression der Luft (und damit eine Erhöhung des Luftdruckes) zur Folge hat. Nach den physikalischen Gesetzen der Fluiddynamik geht die Annäherung der Strömungslinien jedoch auch mit einer Erhöhung der Windgeschwindigkeit einher (übrigens: in der Engstelle selbst ist der Luftdruck dann paradoxerweise erniedrigt).
Die Einengung der Stromlinien bewirkt eine höhere Windgeschwindigkeit in der engen Stelle (Talverengung, Häuserschlucht, etc.)
Dieses Phänomen kann auch beim Bergwandern meist gut gespürt werden, wenn man sich gerade in einem Bergsattel befindet. Wenn der Wind über einen Bergkamm weht, dann wird (v.a. bei stabiler Luftschichtung) die Strömung entlang der Sättel kanalisiert, was dort oft einen starken (meist unangenehmen) Wind zur Folge hat.
Bergsättel können besonders windig sein, weil dort der Windstrom kanalisiert wird
Dasselbe findet auch statt, wenn der Wind über eine gleichmässige Kammfläche oder eine Hochebene strömt, wo ebenfalls durch die Einengung mit höheren Windgeschwindigkeiten zu rechnen ist.
Das Gegenteil tritt übrigens ein, wenn sich das Gelände öffnet (z.B. mit einer Verbreiterung des Tals). Indem sich dort die Strömungslinien voneinander entfernen, nimmt die Windgeschwindigkeit ab.
Windschutz und Leewirbel: Trifft der Wind auf ein kleines Hindernis, wie Häuser, Bäume, Wände, etc. dann nimmt auf dessen Rückseite (Lee-Seite) die Windgeschwindigkeit ab. Man kann sich dort also bis zu einem gewissen Grad vor dem Wind schützen («Windschatten»). Durch die geringeren Windgeschwindigkeiten ist ausserdem Verdunstungsrate niedriger und bei Regen die Niederschlagssumme etwas höher. Somit sind die Böden windgeschützter Standorte generell etwas feuchter. Zusätzlich ist die Temperatur tagsüber wärmer und in der Nacht kälter. Je dichter ein Hindernis, desto stärker ist die Geschwindigkeitsabnahme. Ist ein Objekt etwas weniger dicht ausgeprägt (z.B. Baum), dann weht im Lee zwar ein stärkerer Wind als hinter einer dichten Mauer, gleichzeitig erstreckt sich aber der Windschatten über eine deutlich grössere Entfernung.
Im Lee bilden sich immer wieder Wirbel in der Luftströmung (Leewirbel) aus, die u.a. durch plötzlich auftretende Windböen gespürt werden können, dessen Richtung von der Hauptwindrichtung abweichen kann: Im Lee ist die Windgeschwindigkeit zwar tiefer, dafür ist jedoch die Böigkeit erhöht.
hinter Hindernissen bilden sich Leewirbel aus. Die Wirbel können je nach Form von Hindernis und Gelände, sowie der Windgeschwindigkeit einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen (Grafik nur schematisch)
Ähnliches passiert auch in grossem Stil nach dem Überströmungen eines Bergkammes oder eines ganzen Gebirges. Dabei kann es im Lee, in Abhängigkeit von Windstärke und Luftschichtung, zur Bildung von Leewellen und Rotoren führen (mehr dazu siehe hier).
Rauigkeit der Erdoberfläche: Je rauer die Erdoberfläche, desto stärker ist die daraus resultierende Reibung und desto stärker und schneller nimmt die Windgeschwindigkeit gegen den Boden hin ab. In der Wüste oder über einem See, bzw. generell in offenem Gelände ist die Rauigkeit sehr klein, wodurch eher hohe Windgeschwindigkeiten zu erwarten sind. In einer Stadt ist das Gegenteil der Fall: hohen Rauigkeiten bedingt durch die Häuser führen zu besonders niedrigen Windgeschwindigkeiten. Sind jedoch Häuserschluchten vorhanden kann auch das Gegenteil eintreten, d.h. der Wind kann sich beschleunigen (siehe Abschnitt «Einengung des Luftstromes») In einem Wald findet die Windströmung übrigens v.a. über dem Kronendach statt, welches die eigentliche Erdoberfläche darstellt. Dies hat in Wäldern ebenfalls niedrige Windgeschwindigkeiten zur Folge.
Hohe Windgeschwindigkeiten im offenen Gelände der Patagonischen Pampa, machen das Fahrradfahren teilweise unmöglich.
Im Wald dringt zwischen den Bäumen unter dem Kronendach nur wenig Wind ein, so dass man dort gut geschützt ist.
Tagesgang der Windgeschwindigkeit durch Turbulenz: Eine grossräumige Windströmung weisst typischerweise einen Tagesgang auf, d.h. sie ist am Boden tagsüber stärker als in der Nacht. Dies hat damit zu tun, dass die Stabilität der Luftschichtung am Tag generell instabiler ist als in der Nacht (mehr zum Thema Luftschichtung hier). Dadurch werden vertikale Luftbewegung eher zugelassen, was die vertikale Turbulenz verstärkt, d.h. die Strömungslinien des Windes können sich so einfacher in der Vertikalen ausbreiten. Der damit hereingehende vertikale Austausch von Luftpaketen, führt auch zur Durchmischung der Windgeschwindigkeiten, d.h. starker Wind aus der Höhe gelangt so runter zum Boden (was sich als Böe bemerkbar macht), und schwacher Wind vom Boden gelangt so in die Höhe.
Am Tag sind so die Windgeschwindigkeiten in Bodennähe deshalb tagsüber generell höher als in der Nacht. In der Höhe sind sie tagsüber entsprechend tiefer.
Einfluss der Thermik: Bodennahe Luftpakete die sich tagsüber erwärmen, steigen durch ihre geringere Dichte in die Höhe, während dort als Ausgleich Luft zum Boden hin absinkt. Es findet dabei, ähnlich wie bei der Turbulenz, ebenfalls ein vertikaler Austausch von Luftpaketen und Windgeschwindigkeiten statt. Unter dem Einfluss von Thermik wird so der Tagesgang der Windgeschwindigkeit weiter verstärkt. Am Boden entwickeln sich dabei die Böen v.a. dann, wenn gerade wieder ein Luftpaket aus der Höhe abgesunken ist (welches danach durch die Reibung abgebremst wird). Auch beim Aufstieg eines warmen Luftpaketes können durch das Nachströmen frischer Luft kurzeitige Böen auftreten (mehr zum Thema Thermik hier).
Wind-assoziierte Phänomene
Windchill: Bei uns kann sich die «gefühlte Temperatur» bei gleicher Lufttemperatur je nach Windstärke unterschiedlich anfühlen. Je stärker der Wind, desto kälter fühlt es sich an! Der Grund darin liegt beim sogenannten «Windchill-Effekt». Um unsere Haut bildet sich normalerweise eine dünne Schicht von relativ warmer Luft. Mit dem Wind wird diese jedoch ständig weggeblasen. Ausserdem wird mit dem Wind die Verdunstungsrate erhöht, was den Körper zusätzlich abkühlt. Die durch den Wind beeinflusste «gefühlte Temperatur» wird mit dem Konzept der «Windchill-Temperatur» quantifiziert. Diese entspricht derjenigen Lufttemperatur, bei der in Windstille die gleiche Wärmeverlustrate vorliegen würde. Je kälter die Lufttemperatur, desto stärker wirkt sich der Wind auf die «Windchill-Temperatur» aus.
Windchill-Temperatur in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Windstärke
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Windchill
Bei Temperaturen über 10°C, wo auch der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die «gefühlte Temperatur» wichtig ist, wird meist das Konzept des «Hitzeindex» angewendet.
Winddruck: Dort wo der Wind auf ein Hindernis stösst, baut sich ein Winddruck auf. Seine Stärke nimmt dabei mit der Windgeschwindigkeit im Quadrat zu. Bei 45 km/h Windstärke kann sich bei senkrechten Objekten eine «seitliche Last» von ca. 10 kg pro Quadratmeter entwickeln. Mit dem Winddruck können unbefestigte Objekte zum bewegen gebracht werden. Diese können bei turbulenten Luftströmungen durch den Winddruck aber auch in die Höhe gehoben, bzw. wieder zum Boden runtergedrückt werden. Staub wird dabei bereits bei geringen Windstärken in die Luft aufgewirbelt, während für grössere Objekte (Gartenmöbel) sehr starker Wind nötig ist.
Je flacher das Hindernis, desto geringer der Winddruck
Quelle: Bergdohle 18:10, 21. Dez. 2009 (CET) - int, PD-Schöpfungshöhe, https://de.wikipedia.org/w/index.php?curid=4976148
Bewegt man sich entgegen der Windrichtung (z.B. mit dem Fahrrad), äussert sich der Winddruck im Luftwiederstand, den es zu überwinden gilt. Je geneigter und konkaver die dem Wind zugewandten Fläche, desto kleiner der Winddruck. Umgekehrt steigt er, je konvexer eine Fläche ausgebildet ist.
beim Schalen-Anemometer, das für Messungen der Windstärke verwendet wird, dreht immer aus der Richtung der konvexen Seite. Dies weil durch der Winddruck dort höher ist als auf der konkaven Seite
Quelle: Mailtosap - Own work (Original text: selbst erstellt), Copyrighted free use, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=40395656
Bäume werden durch den Winddruck ins Schwingen versetzt. Weil unterschiedliche Baumarten verschiedene Schwingungsfrequenten ausbilden, schlagen die Baumkronen benachbarter Bäume immer wieder aneinander, was dazu führt, dass und sich die Bewegungen (in einem Mischwald) gegenseitig abbremsen. Je mehr das Gelände zur Bildung von Luftwirbeln neigt (z.B. Lagen im Leebereich) und je einheitlicher die Baumarten (Monokultur), desto höher ist die Gefahr von Windwurf.
Bäume beginnen wegen dem Winddruck zu schwingen. Durch das gegenseitige Aufschlagen der Baumkronen werden die Bewegungen abgebremst
(Quelle: ©S_E - stock.adobe.com)
Bei der Zitterpappel (Populus tremola) und weiteren Pappel-Arten ist die Form des Blattstiels so ausgebildet, dass die Blätter bereits bei sehr geringen Windstärken zu zittern beginnen und dabei ein raschelnder Geräusch verursachen. Dies zu beobachten, finde ich immer wieder spannend.
Die Blätter der Zitterpappel beginnen rasch zu zittern und damit zu rascheln
Quelle: AnRo0002 - Own work, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27439451
Sogwirkung: Nach den Gesetzen der Fluiddynamik, weist bewegte Luft einen niedrigeren Luftdruck auf als ruhende Luft. Je schneller die Geschwindigkeit, desto stärker ist die Druckabnahme. In einer engeren Stelle von einem Tal, wo wie bereits erwähnt der Wind stärker weht, ist der Luftdruck deshalb paradoxerweise verringert. Dies gilt jedoch nicht für Bereich wo sich das Tal verengt, und die Luft durch den gleichzeitig wirkenden Staudruck zusammengedrückt wird. Aus demselben Grund wird bei starkem Wind auch das Atmen erschwert, denn der Luftdruck ausserhalb des Körpers ist dabei geringer in der unbewegten Luft im Nasen-/Mundbereich.
Beurteilung der Windverhältnisse
Die Zeichen des Wetters (Bewölkung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windverhältnisse, Farbverhältnisse in der Atmosphäre) zu beobachten ist eine sehr naturverbundene und befriedigende Tätigkeit. Damit kannst du im Outdoor-Bereich aber auch bessere Entscheidungen treffen, d.h. mögliche Wetterentwicklungen vorhersagen und deine Planung (z.B. bzgl. Einrichtung des Nachtcamps) entsprechend danach ausrichten. Im Folgenden ein sind paar Aspekte zusammengetragen, bzgl. Analyse und Schlussfolgerungen aus den Windverhältnissen:
unterwegs bei starkem Wind: Hier ist entsprechende Kleidung nötig (d.h. äusserste Kleidungsschicht winddicht), denn die Auskühlung wird durch den Windchill-Effekt stark beschleunigt. Ausserdem ist zu beachten, dass die Atmung wegen der Sogwirkung des Windes etwas erschwert ist.
Messung der Windstärke/-richtung: Für die Abschätzung der Windstärke am Boden (an deinem derzeitigen Standort) kann die Beaufortskala zur Hilfe genommen werden. Bei der Bestimmung der Windrichtung kann das Gefühl auf der Haut oder aufwirbelte Staubkörner helfen, bzw. ab ca. 3 Bft (>12km/h) kann auch die Bewegung der Blätter und Zweige Hinweise darauf geben.
Die Windrichtung ist dort wo die ihn am stärksten im Gesichts spürst. Falls vorhanden, können natürlich auch Windfahnen helfen
(Quelle: ©Vladimir Muravin - stock.adobe.com)
Für eine Abschätzung der Windverhältnisse in der Höhe können die Wolken beobachtet werden. Je rascher sie sich bewegen, desto stärker weht dort oben der Wind. Die Zugrichtung der Wolken entspricht ungefähr der Windrichtung (dies gilt jedoch nicht für die Unterart «lenticularis»!).
die Bewegung der Wolken verrät die Windrichtung in der entsprechenden Höhe
Bei Wellenstrukturen (Unterart «undulatus») sind diese stets quer zur Windrichtung angeordnet:
Altocumulus stratiformis undulatus
(Quelle: bearbeitet aus ©hardtodigit - stock.adobe.com)
Langgestreckte, parallele Bänder (Unterart «radiatus») richten sich dagegen parallel zum Wind aus (mehr über undulatus und radiatus hier):
Cirrus fibratus radiatus
(Quelle: bearbeitet aus ©Menyhert - stock.adobe.com)
Bei vom Wind fortgewehten Kondensstreifen entspricht die Windrichtung der Ausrichtung der Ausbeulungen.
Bei Cumulus congestus kann die Zunahme der Windstärke beobachtet werden, indem sich diese zur Seite neigt:
die Zunahme der Windstärke mit der Höhe lässt diesen Cumulus congestus zu Seite neigen
(Quelle: bearbeitet aus Ralph F. Kresge #0831 — http://www.photolib.noaa.gov/historic/nws/wea00088.htm, wea00088, Historic NWS Collection, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=424348)
Sind Berge schneebedeckt, dann können starke Winde auf den Gipfel/Kämmen meist durch den damit aufgewirbelten Schnee von weitem her (z.B. vom weniger windigen Talboden her) erkannt werden («Schneefahnen»). Die damit hervorgerufenen Schneeverwehungen, führen im Lee zur Ablagerung von Triebschnee und erhöhen dort für einige Tage die Lawinengefahr!
Windige Tour in Armenien: Der starke Wind auf dem Gipfel (der 4'090 m hohe Aragats) zeigt sich an der dortigen Schneefahne, welche an diesem Tag die Gipfelbesteigung unmöglich machte.
Genau wie die Wellenstrukturen der Wolken entstehen auch die Wasserwellen aus der Reibung zwischen der Luft und dem Wasser in Folge des Windes. Somit kann auch aus der Ausrichtung der Wellenberge- /Täler die Windrichtung (senkrecht dazu) bestimmt werden.
Hauptwindrichtung: Steht ein Baum an einer windexponierten Stelle (im offenen Gelände), dann richten sich die Äste und Zweige mit der Zeit stromlinienförmig der Hauptwindrichtung aus. Dieses Phänomen ist vor allem in windreichen Gebieten zu beobachten und hat für die Bäume den Zweck, den Winddruck und somit die Gefahr von Windwurf zu reduzieren. So können geneigte Baumkronen einen Hinweis auf die bevorzugte Windrichtung eines Standortes geben. Wenn man weiss, welche Windrichtung in einem Gebiet am häufigsten auftritt (bei uns ist das der Westwind), kann man aus der Neigung der Baumkrone die ungefähre Himmelrichtung bestimmen. Achtung: Im nicht-offenen Gelände neigen sich die Baumkronen v.a. dem Licht hin zu!
Baumkronen, die sich der Hauptwindrichtung ausrichten. Bei Fichten (Bild rechts) bleibt der Hauptstamm meist senkrecht.
Quelle: zusammengesetzt und bearbeitet aus Jan Reurink - originally posted to Flickr as By the force of high winds the trees grow in a horizontal way, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6284887 (links) und Kenneth P. James - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12096028 (rechts)
Standorte wo stärkere/schwächere Windverhältnisse erwartet werden:
Je exponierter (d.h. baumloser, topgraphisch- ausgesetzter, etc.) ein Standort, desto höhere Windgeschwindigkeiten können erwartet werden.
Im Gebirge nimmt die Windgeschwindigkeit allgemein mit der Höhe zu (gilt nicht bei Bisenlage!). Durch die Ekman-Spirale ist ausserdem mit der Höhe eine Drehung im Gegenuhrzeiger zu erwarten.
Hochebenen, Bergsättel und Talverengungen sind allgemein mit einer Beschleunigung des Windes verknüpft.
Weht ein grossräumiger Wind, dann nimmt die Windstärke am Boden in der Regel am Abend ab und mit dem Morgen wieder zu (falls das nicht der Fall ist, muss mit einer Änderung der Grosswetterlage gerechnet werden). In der Höhe ist das Gegenteil der Fall: die Windstärke nimmt ab dem Abend zu und am Morgen wieder ab.
In Leebereichen des Geländes sind die Windstärken allgemein geringer, dafür erhöht sich durch die Bildung von Leewirbeln die Böigkeit.
Allgemein geringe Windstärken findet man in Städten, sowie in Wäldern unter dem Kronendach.
windgeschütztes Lager: Im Outdoor-Camp ist ein ständig wehender Wind nicht erwünscht, da dieser auf Dauer unangenehm ist und für eine schnellere Auskühlung sorgt. Bei der Suche nach einem geeigneten Standort des Camps sind deshalb die Windverhältnisse zu berücksichtigen. Generell sind dann vor allem Stellen im Lee-Bereich (hinter Kuppe, Kamm, Mauer, Haus, Block, Baum, Hecke, etc.) aufzusuchen. Am besten eigenen sich dabei der Wald (gilt jedoch nicht bei sehr starkem Wind!). Auch Gräben oder Mulden sind interessant, wobei sich dort in windstillen Nächten ein Kaltluftsee bilden kann und bei aufkommendem Regen die Gefahr besteht, dass man sich plötzlich in Mitte eines Baches befindet.
Im offenen Gelände lohnen es sich im Lee-Bereich von Hindernissen (wie z.B. Sträucher) zu übernachten
Wichtig: Die Windrichtung am Nachmittag/Abend entspricht nicht unbedingt derjenigen in der Nacht oder nächsten Morgen! Ein Hangaufwind am Nachmittag, geht am Abend in einen Hangabwind, bzw. ein Talwind während der Nacht in einen Bergwind über. Auch kann es sein, dass sich während der Nacht die Grosswetterlage ändert. So wurde ich einmal mitten im Wald beim Zelten von einem heftigen Wintersturm überrascht. Ich musste dann im strömenden Regen alles zusammenpacken und an einen sicheren Standort «flüchten». Es lohnt sich also vorgängig die Wetterprognosen zu prüfen! Bei grossräumigem Wind ist ausserdem der Tagesgang der Geschwindigkeit zu berücksichtigen. Ein vergleichsweise laues Lüftchen am Abend nach Sonnenuntergang hat mich einmal bei einer Fahrradreise in der Patagonischen Pampa zu einem windexponierten Zeltstandort verleitet. Am nächsten Morgen hat der Wind dann kurz nach Sonnenaufgang so richtig Fahrt aufgenommen und die Zeltstangen verbogen!
Ein Aufenthalt im Wald oder in der Nähe eines Baumes ist bei Sturm ist eine sehr schlechte Idee, da sehr gefährlich! Nicht weil sich damit ganze Bäume entwurzeln würden, sondern da sich lose Äste von den Baumkronen lösen oder Äste abbrechen können und dich erschlagen. In Mitteleuropa kommen deswegen jedes Jahr Leute ums Leben!
Ein wunderbarer windstiller Abend (links). In der Nacht kam eine Sturmfront auf und ich musste im strömenden Regen aus dem Wald flüchten. Eine perfekte windgeschützte Stelle fand ich dann in einer nahe gelegenen Höhle (Bild rechts) :-)
Auch solltest du bei der Wahl deines Schlafplatzes im Wald bereits vorsorgen, d.h. eine Stelle unter einem Baum wählen, der möglichst gesund aussieht und bei dem keine losen Äste in der Krone herumhängen.
Ein Zelt bietet mit dem Aussenzelt bereits einen guten Windschutz. Wenn letzteres jedoch nicht ganz zum Boden reicht, dann ist die Windisolation deutlich geringer, weil dabei am Boden Luft ins Zelt strömen kann (Vorteil: Durch die höhere Durchlüftung bildet sich dabei weniger Kondenswasser). Bei Schnee kommt es ausserdem auf der Luvseite zu Schneeablagerungen, weshalb bei Winterzelten das Aussenzelt immer bis zum Boden reichen muss. Bei starkem Wind ist auf eine windsichere Befestigung zu achten und robuste Zeltstangen aus Aluminium-Legierungen sind dann besonders wichtig. Ausserdem sollte das Zelt längs zur Windrichtung ausgerichtet werden um die Angriffsfläche zu minimieren. Zelte mit zwei Eingängen haben den Vorteil, dass die Seite mit schwächerem Wind genutzt werden kann. Von den Zelttypen sind übrigens Kuppelzelte oder Tunnelzelte, bzw. Mischformen davon am windstabilsten.
Eine Übernachtung an einem exponierten Standort ist nur bei schwachem Wind oder Windstille zu empfehlen
Verwendest du ein Tarp, dann lohnt sich dieses so aufzubauen, dass die windzugewandte Seite komplett geschlossen ist und eine möglich stromlinienförmige Form aufweist. Eine windsichere Befestigung ist ausserdem selbstverständlich, denn anders als beim Zelt, wird das Tarp nicht durch dein Körpergewicht beschwert).
Übernachtest du ohne Zelt/Tarp, dann lohnt es sich bei windigen Verhältnissen die Verwendung eines Biwaksackes, der den Schlafsack vor dem Wind und damit dem «Ausblasen» der Warmluft schützt.
Bei Übernachtungen ohne Zelt/Tarp in windigen Verhältnissen oder an exponierten Stellen sollte man den Biwaksack immer dabeihaben!
Was für den Schlafplatz gilt, sollte auch auf die Lage deines Lagerfeuers zutreffen. Je windexponierter, desto schwieriger ist es, das Feuer zu kontrollieren und desto schneller wird die Warmluft weggeblasen. Bedarfsweise kann um das Feuer zum Windschutz (v.a, in Windrichtung) ein Steinwall aufgeschüttet werden Die Feuerstelle darf nie Luv-seitig neben dem Zelt stehen!
Wetterlagen je nach Windrichtung: Weht der Wind aus einer bestimmten Himmelsrichtung ist dies meist mit einem typischen Wettercharakter verknüpft. Denn schliesslich ist der Wind ja ein Ergebnis der grossräumigen Luftdruckverteilung und je nach Herkunft werden mir ihm Wärme/Kälte, Feuchtigkeit/Trockenheit etc. herantransportiert. Mit der Bestimmung der Windrichtung können demnach Rückschlüsse über das aktuelle und kommende Wetter getroffen werden.
Allgemein ist die herangeführte Luft aus dem Süden wärmer und diejenige aus dem Norden kälter als üblich. Ob die Luft aus Westen oder Osten wärmer oder kälter ist, bzw. die gleiche Temperatur hat, ist abhängig von der Jahreszeit. Ob die Luftmasse auf dem Weg zu uns eine Passage über das Meer gehabt hat oder nicht, hat ebenfalls einen grossen Einfluss auf die Lufttemperatur und vor allem auf die Wahrscheinlichkeit und Menge an Niederschlägen. Den über dem Meer werden grosse Mengen an Wasserdampf aufgenommen und die Temperatur der unteren Luftschichten nähert sich derjenigen der Meeresoberfläche an. Kontinentale Luft ist hingegen trocken, oft aber auch durch den mitgeführten Staub in den untersten Lagen etwas dunstig. Schliesslich sind auch topographische Effekte wirksam: Trifft der Wind auf die Alpen oder ein Mittelgebirge, werden im Luv die Luftmassen gehoben, was zu Stauniederschlägen führen kann. Gleichzeitig können in den Leebereichen durch Fallwinde (Föhn) trocken-warme Verhältnisse vorherrschen.
Im Folgenden habe ich die typischen Wetterlagen je nach Windrichtung zusammengetragen:
Windstille / sehr schwache Winde, bzw. ausgeprägte lokale Windsysteme: Es liegt entweder eine Hochdrucklage oder eine Flachdrucklage vor. Es bilden sich die typischen lokalen Windsysteme aus. In der Nacht ist die bodennahe Abkühlung vergleichsweise stark und in den Tälern/Vertiefungen bilden sich Kaltluftseen. Letzteres ist besonders Winter ausgeprägt, wo sich in tiefen Lagen ausserdem je nach Luftfeuchtigkeit Bodennebel bildet. Bei einer Hochdrucklage (siehe hier) ist mit warmem-trockenen Wetter zu rechnen und die Gewitterneigung im Sommer ist allgemein gering.
durch das grossräumige Absinken von Luftmassen, herrscht in einem Hochdruckgebiet generell warmes und trockenes Wetter vor, mit guter Fernsicht in den Bergen. Meist ist es windstill, bzw. in den Bergen stellen sich die lokalen Windsysteme ein
(Quelle: ©Tom Fenske - stock.adobe.com)
Bei einer grossräumig schwachen Druckverteilung (Flachdrucklage), die vor allem im Sommer auftreten, ist hingegen mit einem ausgeprägten Tagesgang des Wetters zu rechnen, mit einer hohen Gewitterneigung am Nachmittag.
Westwind: Ist mit wechselhaftem Wetter verbunden. Die im Nordatlantik / Nordeuropa liegenden Tiefdruckgebiete führen dabei Wetterfronten mit ihrem typischen Wettercharakter (Niederschlagszonen) heran (siehe hier). Die Temperaturen sind dann im Winter allgemein wärmer, bzw. im Sommer kühler als sonst in der Jahreszeit. Dies hat damit zu tun, dass der Atlantik im Winter wärmer, bzw. im Sommer kälter als der Europäische Kontinent ist.
typisches Westwindwetter: bewölkt und regnerisch
Die Wetterfronten selbst kündigen sich nebst den typischen Wolkenerscheinungen (siehe hier), auch mit einem typischen Windcharakter an:
vor der Warmfront: Winde aus Südost bis Südwest, Windstärke langsam zunehmend, langsame Drehung der Windrichtung im Uhrzeigersinn, Böigkeit gering, in den Tälern der Alpennordseite teils aufkommendem Föhn, der erstmal trocken-warmes Wetter bringt und das Einsetzen der Niederschläge verzögert
nach Durchzug der Warmfront: Sprunghafte Änderung der Windrichtung im Uhrzeigersinn (kann nur an exponierten Stellen beobachtet werden)
Warmsektor: gleichmässiger, mässig bis starker Wind, Windrichtung Südwest bis West
beim Durchzug der Kaltfront: starker Wind mit heftigen Böen, sprunghafte Änderung der Windrichtung im Uhrzeigersinn
Rückseitenwetter: Windrichtung Nordwesten bis Norden, durch Regenschauer zwischendurch immer wieder heftige Böen
Auch bei Hochdruck-beeinflusstem Wetter kann der Wind aus Südwesten kommen. In diesem Fall ist mit warmem Wetter, jedoch auch eher feuchter Luft zu rechnen. Im Sommer ist es dann die Zeit von schwül-heissem Wetter und einer nicht ganz so superstabilen Luftschichtung. Die Luft ist dann meist dunstig und es besteht eine erhöhte Gewitterneigung.
Hochdruckbestimmter SW-Wind: Schwül-heissen, dunstiges Wetter mit hoher Gewitterneigung
Südwind: Damit herrscht eine Wetterlage vor, bei der sich auf dem Breitengrad Mitteleuropas von Westen her ein Tiefdruckgebiet annähert. In den Tälern der Alpennordseite ist es die typische Wetterlage für den Südföhn, der meist mit hohen Windgeschwindigkeiten und einer starken Boigkeit verbunden ist. Er sorgt ausserdem für trocken-warmes Wetter (mehr dazu siehe hier). Auf der Alpensüdseite ist jedoch mit heftigen Stauniederschlägen zu rechnen, denn bei der Passage über das Mittelmeer wurde die Luft stark angefeuchtet.
Handelt es sich bei der als Südföhn absinkenden Luftmasse ursprünglich um eine Höhenströmung, dann hat dann die Luft ihren Ursprung oft in der Sahara und die Temperaturen in den Föhngebieten sind dann meist noch wärmer. Durch den mitgeführten Saharastaub kann dann die Luft dunstig getrübt sein, z.T. mit einem gelblich oder rötlich-braunen Farbstich. Zum Teil ist dann die Hebung auf der Alpensüdseite so gering, so dass auch dort schönes Wetter herrschen kann.
Mit der Annäherung des Tiefdruckgebietes ändern sich auch die Luftdruckverhältnisse und damit die Windrichtung: Das Föhnwetter geht dann meist in unbeständiges Westwindwetter über.
Kommt der Wind aus dem (kontinentalen) Südosten, dann ist in ganz Mitteleuropa allgemein mit warm-trockenem, aber auch dunstigem Wetter zu rechnen.
Nordwind: Bei dieser Wetterlage liegt typischerweise über dem Atlantik ein Hochdruckgebiet und über Osteuropa ein Tiefdruckgebiet. Das Wetter ist geprägt durch einen Kaltlufteinbruch und Stauniederschläge auf der Alpennordseite (Die Alpensüdseite kann sich über Nordföhn freuen). Die kältesten Temperatureinbrüche finden dabei in erhöhten Lagen statt. Kommt der Wind aus Nordwesten sind (wegen der Anfeuchtung der Luft über der Nordsee) die höchsten Niederschlagsummen, jedoch auch geringere Temperatureinbrüche zu erwarten.
Ostwind: Damit befindet sich über dem nördlichen Mitteleuropa bis Nordeuropa ein kräftiges Hochdruckgebiet («Russlandhoch»), während im Mittelmeerraum tieferer Luftdruck herrscht. Die herangeführte Luft aus Russland / Osteuropa ist in der Regel trocken. Durch die aus den Industriegebieten Osteuropas mitbrachten Aerosole, sind die untersten Luftschichten meist von Dunst geprägt.
Im Schweizer Mittelland ist der Ostwind, der zwischen Jura und Alpen kanalisiert und somit verstärkt wird, auch bekannt als «Bise». Die höchsten Windgeschwindigkeiten der Bise werden jeweils in Genf gemessen, wo die Distanz zwischen Jura und Alpen am kürzesten ist.
Je nach Jahreszeit ist der Wettercharakter unterschiedlich:
kalte Jahreszeit: Da die Luftmasse über Russland ist dann besonders in den tiefen Lagen sehr kalt. Aus einer Kombination dieser bodennahen Kaltluft und der Turbulenz durch die Bise, bildet sich dann im Schweizer Mittelland der wenig beliebte Hochnebel (mehr dazu hier). Je stärker die Bise, desto höher liegt dabei die Nebelobergrenze. Über dem Nebel ist es dann jedoch deutlich wärmer. Weil in der Höhe die Luftdruckunterschiede zum Tiefdruckgebiet geringer sind (durch die bodennahe Kaltluft, welche die Isobaren nach unten drückt), weht dort ausserdem der Wind deutlich schwächer.
warme Jahreszeit: Dann sind die Temperaturen auch in Russland angenehm warm, weshalb warm-trockenes Wetter vorherrscht.
Im Winter gilt bei Bise: Oben blau, unten grau
Im Schweizer Mittelland kann es sich beim Ostwind auch um die «bise-noire» handeln, die sich u.a. einstellt, wenn sich über dem Golf von Genua ein Tiefdruckgebiet bildet («Genuatief») und sich nach Norden ausdehnt. Sie ist meist mit einer «Gegenstromlage» verknüpft, bei der sich auf der Alpennordseite starke Niederschläge bilden können (mehr dazu hier)
Quellen
Hans Häckel (2018) – Wolken und andere Phänomene am Himmel, 1. korrigierter Nachdruck 2021, ISBN 978-3-8186-0264-2
Hans Häckel (2016) - Meteorologie, 8. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, ISBN 978-3-8463-4603-7 (eBook)
Hans Häckel (2007) - Wetter & Klimaphänomene, 2. völlig neu bearbeitete Auflage, ISBN 978-3-8001-5414-2
Karl Gabl (2014) – Bergwetter, Praxiswissen vom Profi zu Wetterbeobachtung und Tourenplanung, PDF-ISBN 978-3-7654-8720-0
Peter Albisser (2017) - Wetterkunde für Wanderer und Bergsteiger, 6. vollständig überarbeitete Auflage, ISBN 978-3-85902-424-3
https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Auftrieb
