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Atmosphärische Zirkulation

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Team Entdeckungsreise

Atmosphärische Zirkulation

lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung Atmosphärische Zirkulation

Atmosphärische Zirkulation

Was ist die atmosphärische Zirkulation? – Definition

Unter der globalen atmosphärischen Zirkulation, auch planetarische Zirkulation genannt, versteht man alle Zirkulationssysteme und somit auch alle vertikalen und horizontalen Luftbewegungen auf der Erde. Hierzu zählen auch alle globalen Windsysteme.

Wie entsteht die atmosphärische Zirkulation?

Ursache für die Entstehung

Um die Entstehung der atmosphärischen Zirkulation zu erklären, muss man zuerst die unterschiedliche Erwärmung von äquatornahen und polnahen Erdoberflächen betrachten. So liegen am Äquator stets höhere Temperaturen vor, während an den Polen niedrige Temperaturen herrschen. Dies beruht auf dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche. Diese treffen in Äquatornnähe relativ senkrecht auf die Erdoberfläche und somit mit einem viel steileren Einfallswinkel als in höheren geographischen Breiten wie den Polarregionen. Dies führt zu einer stärkeren Erwärmung der Erdoberfläche am Äquator und einer immer mehr abnehmenden in Polrichtung.

Prozess (Hadley-Zelle)

  • Je stärker sich die Erdoberfläche am Äquator erwärmt, desto stärker erwärmt sich auch die Luft über der Erdoberfläche. Die warme Luft dehnt sich aus und steigt nach oben, was dazu führt, dass hoch über dem Äquator ein höherer Luftdruck herrscht als beispielsweise über dem 30. Breitenkreis.

  • Ausgelöst durch diesen Druckunterschied strömen Luftmassen in der Höhe vom Äquator aus in Richtung der Pole. Durch die Verschiebung dieser Luftmassen kommt es zu einer Erhöhung des Luftdrucks am Erdboden auf 30° geographischer Breite. Hier liegen also Hochdruckgebiete auf Bodenhöhe vor, die sich um den ganzen Erdball erstrecken. Man spricht hier von den Subtropischen Hochdruckgürteln. Am Äquator hingegen bilden sich auf Bodenhöhe Tiefdruckgebiete, die sogenannte Äquatoriale Tiefdruckrinne, die sich ebenfalls um den Erdball zieht.

  • Die Subtropischen Hochdruckgürtel und die Äquatoriale Tiefdruckrinne sind Bestandteile der atmosphärischen Zirkulation in den Tropen. Durch die vorliegenden Druckunterschiede strömen Luftmassen in Bodenhöhe in Richtung Äquator und in größeren Höhen von dem Äquator jeweils in Richtung des 30. Breitenkreises. Auf der Nord- und Südhalbkugel ist so je ein gigantischer Luftkreislauf entstanden, der als Hadley-Zelle bezeichnet wird. Diese ist auch in der Abbildung zu erkennen. Die bodennahen Strömungen werden als Passatwinde bezeichnet. Allerdings strömen durch die Corioliskraft, eine Scheinkraft, die Luftmassen nicht geradlinig zum Äquator, sondern werden nach Westen gelenkt. Es entstehen dadurch Nord-Ost-Passate auf der Nordhalbkugel und Süd-Ost-Passate auf der Südhalbkugel.

Nicht nur in den Tropen kommt es zu solchen Zirkulationssystemen, sondern es liegt eine atmosphärische Zirkulation auch in anderen Klimazonen vor. Ein ähnliches System befindet sich so in den Polarzonen. Hierdurch entstehen auf die gleiche Weise wie schon in den Tropen die Polar-Zellen aufgrund der Ablenkung durch die Corioliskraft die polaren Ostwinde.

Zwischen Polar-Zellen und Hadley-Zellen, also zwischen Subtropischem Hochdruckgürtel und Subpolarer Tiefdruckrinne, liegen die Ferrel-Zellen, die eine entgegengesetzte Zirkulationsrichtung zu den Polar-Zellen und Hadley-Zellen haben. Durch die Corioliskraft entstehen hier auf beiden Erdhalbkugeln die Westwindzonen. Die untenstehende Abbildung zeigt die gesamte atmosphärische Zirkulation.

Die atmosphärische Zirkulation - Das globale Windsystem.svg

Warum ist die globale atmosphärische Zirkulation so wichtig?

Die globale atmosphärische Zirkulation, die durch die unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung verursacht wird, wirkt als Klimaanlage unseres Planeten. Ohne den so entstehenden Austausch von Luftmassen wären die Temperaturunterschiede zwischen dem Äquator und den Polen so enorm, dass Leben an vielen Orten nicht möglich wäre.

Die atmosphärische Zirkulation – Zusammenfassung

Unter dem Begriff der atmosphärischen Zirkulation fasst man alle vertikalen und horizontalen Luftbewegungen auf der Erde zusammen. Hierbei wird in der Regel zwischen der Polar-Zelle, der Hadley-Zelle und der Ferrel-Zelle unterschieden.

Die Corioliskraft bewirkt, dass die Winde nicht geradlinig strömen. Man unterscheidet dabei drei große Windsysteme: die Passatwinde aus Osten in Äquatornähe, die Westwindzone in den gemäßigten Breiten und die polaren Ostwinde in den polaren Zonen.

Zusammenfassung Atmosphärische Zirkulation
Definition alle vertikalen und horizontalen Luftbewegungen auf der Erde
Zirkulationssysteme Hadley-Zellen, Ferrel-Zellen, Polar-Zellen
Globales Windsystem Entstehung durch die Corioliskraft, die bewirkt, dass die Winde nicht geradlinig strömen - insgesamt drei große Windsysteme: Passatwinde, Westwindzonen, polare Ostwinde

Atmosphärische Zirkulation Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Atmosphärische Zirkulation kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Grund für die Entstehung von Winden.

    Tipps

    Achtung! Es handelt sich um zwei Sätze.

    Die oben stehende Abbildung zeigt dir den Grund.

    Lösung

    Für die Entstehung von großräumigen Windsystemen ist die Sonne verantwortlich. Sie bewirkt nämlich eine unterschiedlich starke Erwärmung der Erde am Äquator und an den Polen, da sich der Einfallswinkel der Sonne auf die Erde unterscheidet. Daher wird die Luft auch unterschiedlich stark erwärmt, was zu Luftströmungen bzw. zu den Winden führt.

  • Zeige die sinnvollste Segelroute von Europa nach Nordamerika auf.

    Tipps

    Nicht immer ist die kürzeste Route auch die schnellste Route. Dies kennst du vielleicht auch schon von Navigationssystemen für Autos.

    Lösung

    Die schnellste Segelroute von Europa nach Nordamerika ist in diesem Fall die in der Abbildung blau eingezeichnete Route, obwohl sie länger ist. Dies beruht auf den dort vorherrschenden Winden. Wie du auf der Abbildung erkennen kannst, müsstest du auf der kürzeren Route gegen Westwinde segeln. Auf der blauen Route wirst du von Ostwinden unterstützt. Du segelst also mit dem Wind.

  • Erkläre die Entstehung der äquatorialen Tiefdruckrinne und des subtropischen Hochdruckgürtels.

    Tipps

    Achte auf den Einfallwinkel der Sonnenstrahlen.

    Achte auf die Lage der Subtropischen Hochdruckgürtel.

    Lösung

    Die Sonnenstrahlen treffen, wie du in der Abbildung erkennen kannst, in einem unterschiedlichen Winkel auf die Erde. $\rightarrow$ So fallen sie in der Nähe des Äquators in einem viel steileren Winkel ein als auf 30° geografischer Breite. Deswegen erwärmt sich die Oberfläche am Äquator auch stärker, die Luft dehnt sich aus und steigt nach oben.

    Durch die Verschiebung der Luftmassen entsteht am Erdboden bei 30° geografischer Breite ein höherer Luftdruck als in Äquatornähe. $\rightarrow$ So entstehen die Subtropischen Hochdruckgürtel am 30° Breitengrad und am Äquator die Äquatoriale Tiefdruckrinne.

  • Ermittle die unterschiedlichen Zellen.

    Tipps

    Bei den Hadley-Zellen strömt nördlich und südlich des Äquators in Bodennähe Luft in Richtung des Äquators (0°).

    Bei der Hadley-Zelle strömt in Bodennähe Luft in Richtung Äquator und in der Höhe in Richtung des 30. Breitengrads.

    Bei der Ferrel-Zelle zirkuliert die Luft mit dem Uhrzeigersinn.

    Bei der Polar-Zelle zirkuliert die Luft gegen den Uhrzeigersinn.

    Lösung

    Du hast nun viel über die verschiedenen Windsysteme gelernt. Auf der Abbildung siehst du noch einmal die globale Lage der unterschiedlichen Zellen. Diese kommen natürlich sowohl auf der Nordhalbkugel als auch auf der Südhalbkugel vor.

    • Die Hadley-Zelle liegt jeweils zwischen dem Äquator und dem 30. Breitengrad.
    • Die Ferrel-Zelle liegt jeweils zwischen dem 30. und dem 60. Breitengrad.
    • Die Polar-Zelle (auch Polare Zelle genannt) liegt zwischen dem 60. und dem 90. Breitengrad.
  • Bestimme die für die Ablenkung von Winden entscheidende Kraft.

    Tipps

    Die gesuchte Kraft beginnt mit dem Buchstaben C.

    Die oben stehende Abbildung zeigt die Auswirkung der Corioliskraft.

    Lösung

    Die für die Ablenkung von Winden entscheidende Kraft auf der Erde ist die Corioliskraft. Die Corioliskraft entsteht durch die Erdrotation. Winde strömen hierdurch nicht gerade, sondern werden abgelenkt. Vom Nordpol strömende Winde werden auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt. Dies kannst du auch auf der Abbildung sehen.

  • Stelle die unterschiedlichen Windsysteme dar.

    Tipps

    Zwischen dem Nord-Ost-Passat und dem Süd-Ost-Passat liegt die Äquatoriale Tiefdruckrinne.

    Die Subtropischen Hochdruckgürtel liegen jeweils bei 30°.

    In den Subpolaren Tiefdruckrinnen stoßen Luftströmungen aufeinander.

    Lösung

    Mit den globalen Windsystemen bist du nun bestens vertraut. Die Abbildung gibt dir hierüber noch einmal einen genauen Überblick. Hier erkennst du ebenfalls, dass die Sonne bzw. die Sonnenstrahlen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Windsysteme spielen. Außerdem kannst du nochmals die Lage der Polar-Zelle und der Hadley-Zelle ausmachen, die du bereits vorher kennengelernt hast. Zudem erkennst du die Westwindzonen zwischen dem 30. und 60. Breitengrad.

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