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Wetterthema

28.06.2013

Wirbel

Warum drehen sich Tief- und Hochdruckgebiete?

Tief „Petar über dem Süden Skandinaviens sorgt hierzulande seit einigen Tagen für kühles und regnerisches Wetter. Am Freitagmittag lag sein Zentrum über der Nordsee und bildete einen markanten Wolkenwirbel aus. Auf der Nordhalbkugel drehen sich Tiefdruckgebiete gegen, Hochs mit dem Uhrzeigersinn und gleichen dadurch effektiv Temperaturunterschiede zwischen polaren und subtropischen Breiten aus. Wie kommen diese Verwirbelungen zustande?

Setzen Sie sich mal auf ein Kinderkarussell, wie sie auf Spielplätzen zu finden sind. Dann versuchen Sie mit einer Wasserspritzpistole ihr Gegenüber zu treffen. Der Wasserstrahl wird durch die Drehbewegung scheinbar seitlich abgelenkt und verfehlt sein Ziel. „Wieso scheinbar?“ werden Sie jetzt Fragen „Ich sehe doch ganz genau wie der Strahl einen Bogen macht“. Außenstehende Beobachter werden ihre Aussage nicht bestätigen, denn für sie ist der Strahl wie erwartet in gerader Linie aus der Pistole ausgetreten. Jedoch hat sich in der Zeit zwischen dem Austritt aus der Mündung und dem Erreichen bzw. dem Nicht-Erreichen des Ziels das Karussell ein Stückchen weitergedreht, weswegen er aus Ihrer Perspektive einen Bogen gemacht hat.

Die Kraft, die den Wasserstrahl abgelenkt hat existiert nur für die Passagiere des sich drehenden Karussells, nicht für jene, die mit beiden Beinen fest auf dem Boden (der Tatsachen) stehen – es handelt sich um eine Scheinkraft, die nach dem französischen Mathematiker und Physiker Gaspard Gustave de Coriolis (1792 bis 1843) benannt ist, der sie erstmals 1835 mathematisch beschrieben hat und deswegen neben anderen 71 französischen Größen aus Naturwissenschaft und Technik auf dem Eiffelturm in Paris verewigt wurde.

Genau diese Scheinkraft wirkt auf Luftmassen ein, die sich großräumig auf unserem rotierenden Planeten bewegen. Jedoch ist die auf der Erde wirksame Corioliskraft recht gering. Neben der Masse und der Geschwindigkeit des abgelenkten Körpers wird die Corioliskraft nämlich durch die sog. Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung beeinflusst. Die Erde hat eine Winkelgeschwindigkeit von 360 Grad in knapp 24 Stunden, dreht sich also an einem Tag einmal um ihre eigene Achse. Auf einem Kinderkarussell mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit würde man wohl recht bald eingenickt sein. Man rast zwar auf der sich drehenden Erde in Deutschland mit über 1000 km/h durch den Weltraum, jedoch ist der Kreis den man dabei beschreibt so weitläufig, dass man die Ablenkungskraft am eigenen Leib nicht wahrnehmen kann.

Wirkt nun aber die Corioliskraft über einen Zeitraum von mehreren Tagen, so führt dies sehr wohl zu einer markanten Ablenkung. Und somit wird die Luft, die eigentlich nur vom hohen zum tiefen Druck strömen will auf ihrem Weg dorthin so stark abgelenkt, dass sie das Druckzentrum bis zum „Sankt-Nimmerleins-Tag“ umkreisen müsste, wenn ihr nicht die Bodenreibung zu Hilfe käme. Durch sie wird sie nämlich abgebremst und damit auch die ablenkende Corioliskraft verringert. Nun kann die Luft in das Tief einströmen und es auffüllen, wodurch dieses dann seinen Lebenszyklus beendet.

Die Corioliskraft ist an den Polen am stärksten und verschwindet am Äquator, da man dort senkrecht zur Drehachse steht und die Rotation in diesem Fall nicht mehr ablenkend wirken kann. Deswegen können tropische Wirbelstürme auch nicht direkt auf dem Äquator entstehen. Erst etwa in 5 Grad nördlicher bzw. südlicher Breite wirkt die Corioliskraft stark genug um Hurrikane entstehen zu lassen.

Die Ablenkungsrichtung ist zwar auf der Südhalbkugel absolut gesehen gleich wie auf der Nordhalbkugel, jedoch steht man quasi kopfüber auf der Erde wodurch sich relativ zum Betrachter die Ablenkungsrichtung umkehrt. Deswegen drehen sich Tiefs auf der Südhalbkugel im und Hochs gegen den Uhrzeigersinn.

Der Wirbel, der beim Abfließen aus der Badewanne entsteht wird übrigens nicht durch die Corioliskraft verursacht, da diese viel zu schwach ist und viel zu kurz wirkt um das Wasser abzulenken. Hier wirken ebenfalls Reibungskräfte, die zum Badewannenrand hin zunehmen. Durch die ungleichmäßige Abbremsung des Wassers verwirbelt es, wobei die Drehrichtung des Wirbels zufällig entsteht bzw. von der Form der Badewanne oder den vorangegangenen Planschbewegungen abhängt.

Freitag, 28. Juni 2013

Tim Staeger
ARD-Wetterredaktion

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