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Wetterthema

27.01.2020

Wie entstehen Windböen?

Polare Kaltluft in höheren Schichten sorgt am Dienstag für turbulentes Wetter.

Eine besondere Eigenschaft des Windes ist eben seine Böigkeit. Darunter versteht man kurzzeitige Schwankungen der Stärke und auch der Richtung des Windes. Böen können sehr überraschend auftreten, obwohl es kurz zuvor fast windstill war. Nach einigen Sekunden ist der Spuk dann wieder vorbei – bis zur nächsten Böe. Diese Windstöße können drei unterschiedliche Ursachen haben.

Um die mittlere Windgeschwindigkeit zu bestimmen, wird diese über einen Zeitraum von zehn Minuten gemittelt. Innerhalb dieser Zeit kann die Geschwindigkeit mitunter um 30 Prozent um den Mittelwert schwanken, und auch die Richtung kann sich kurzfristig sogar umkehren. Treten keine Böen auf, so nennt man die Strömung laminar und der normalerweise unsichtbare Verlauf der vom Wind bewegten Luftteilchen ist schön geordnet. In einem Windkanal erkennt man die laminare Strömung an dem parallelen Verlauf der sichtbar gemachten Strömungslinien.

Stellt man jedoch ein Hindernis auf, so verwirbelt die Luft hinter diesem und strömt chaotisch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in unterschiedliche Richtungen. Das ist eine Form der Turbulenz. Am Erdboden passiert vergleichbares, wenn die Luftströmung durch Bäume, Häuser oder Hügelkuppen gestört wird. Hierbei bilden sich häufig auch Wirbel aus, deren Rotationsachse waagerecht steht. Diese sogenannten Lee-Wirbel fallen je nach Beschaffenheit der Hindernisse, was auch als Rauigkeit bezeichnet wird, sehr unterschiedlich aus, wodurch sich eine entsprechend ausgeprägte Böigkeit ausprägt.

Vor allem im Sommerhalbjahr erwärmt sich der Erdboden tagsüber durch die einfallende Sonnenstrahlung recht deutlich. Die direkt darüber liegende Luft erwärmt sich in der Folge ebenfalls und steigt ähnlich einem Heißluftballon blasenförmig nach oben. Zum Ausgleich wird kältere Luft aus höheren Luftschichten nach unten gemischt. Da die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt, gelangt so also Luft höherer Geschwindigkeit nach unten und beschleunigt dort vorhandene langsamere Luftpakete kurzzeitig, was ebenfalls zur Böigkeit beiträgt.

Auch einfließende Kaltluft in mehreren Kilometern Höhe kann die Temperaturschichtung der Atmosphäre labilisieren, so dass starke Windböen bevorzugt in kräftigen Schauern und Gewittern bis zum Erdboden herunter gemischt werden. Das lässt sich am Dienstag verbreitet beobachten, wenn hinter der Kaltfront des Islandtiefs „Kim“ mehrere Kilometer hoch reichende Kaltluft die atmosphärische Schichtung über unseren Köpfen labilisiert.

Schließlich kann auch die Luftströmung in der freien, also ungestörten Atmosphäre instabil werden und somit von einem laminaren zu einem turbulenten Zustand wechseln. Dieses Phänomen kann man am Rauch einer brennenden Zigarette beobachten, der zunächst geordnet aufsteigt und sich dann plötzlich chaotisch verwirbelt. Ausschlaggebend für das Auftreten von Turbulenz ist die Geschwindigkeit der Strömung. Überschreitet diese einen kritischen Wert, so entsteht abrupt turbulentes Verhalten. Diese Grenzgeschwindigkeit hängt vom Verhältnis der Trägheits- zu den Zähigkeitskräften des betrachteten Gases oder der Flüssigkeit ab.

Montag, 27. Januar 2020

Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion

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