Das permanente Streben nach Balance

Hallo,

keine Angst, das wird kein Artikel über Seelenheil, Wellbeing oder Politik, obwohl die Überschrift auch darauf passen würde. Wie immer geht es hier auch in diesem Zusammenhang nur ums Wetter und die Atmosphäre.

Ich beginne mit einem südlichen, aktuellen Motivationsbild:

Das ist das aktuelle Windfeld über der größten Insel der Welt..


In weiten Teilen Süd- und Südostaustraliens wurden (zu Recht) Warnungen vor schwerem Sturm ausgegeben, auch mich hat es beinahe auf die Straße geweht (geschätzte Böen derzeit um die 100, 110 km/h)

Das passende Satellitenbild:

Eine Sturmzyklone mit ihrem Zentrum über der großen Australischen Bucht ist auf Ostkurs... Grund genug sich mit einem wesentlichen Thema zu beschäftigen... Der Wind, der Wind, das himmlische Kind (na ja).. warum weht er eigentlich ?

Die eingänglichste Erklärung findet mit dem dem natürlichen Gradientgesetz statt, das in vielen Bereichen der Wissenschaften, aber auch der Ökonomie, Anwendung findet. Wenn irgendwo von etwas *viel* da ist und gleich daneben wenig, so findet eine Bewegung zum *Vielen* zum *Wenigen* statt, und zwar umso mehr, je geringer der Widerstand für die Bewegung ist.

Ist einleuchtend. Beim Wetter ist das *irgendwas* der Luftdruck, also umgerechnet die Masse der gesamten Luftsäule über einer Fläche. Die Bewegung dazwischen ist der Wind, der Widerstand ist die Zähigkeit der Luft bzw. die Reibung.

Sidestep: Es gibt nur abzählbar viele Perversionen dieses Gradientenprinzips, z.B in früheren absolutistischen Monarchien oder heute Vergleichbaren Strukturen, wo das Geld netto von den Armen zu den Reichen geflossen ist...

Zurück zum Wind. Direkt nach Newton kann man folgern (Kraft gleich Masse mal Beschleunigung), dass die Beschleunigung der Luft eine Summe der Kräfte ist, die auf die wirken.

Wir kennen all diese Kräfte:

Die Druckgradientkraft (siehe oben)
Die Erdbeschleunigung
Die Reibung
Die Scheinkraft der Coriloiskraft durch die Drehung der Erde
Die Zentrifugalkraft bei gekrümmten Bewegungen

Wenn man nun annimmt (was eine hochgesteckte Forderung ist) dass das alles in Balance ist, und alle Bewegungen geradlinig stattfinden, auf die Reibung pfeift, kommt man zur sogenannten Geostrophischen Windgleichung. Die sagt uns dass der Wind parallel zu den Linien gleichen Drucks weht, und zwar umso stärker, je näher die Isobaren beisammen liegen, also je stärker der Druckgradient ist. Das ist die erste Näherung.

Im zweiten Fall lässt man gekrümmte Bahnen zu, also Bewegungen z.B um Hochs und Tiefs. Hier wirkt die Zentrifugalbeschleunigung mit. Die geostrophische Windgleichung wird um einen Term modifiziert und das Ergebnis ist auch ähnlich, nur lernt man, dass bei gleichem Druckgradienten Bewegungen um ein Hoch schneller von statten gehen als um ein Tief herum.

Im dritten Fall nimmt man noch die Bodenreibung dazu. Aus der entsprechenden Gleichung lernt man dann, dass aufgrund der Reibung der Wind zwar immer noch um Hoch und Tief zwirbelt, allerdings die Isobaren leicht ins Tief hinein und aus dem Hoch heraus kreuzt. Jeder der mal Roulette gespielt hat kennt das. Die Kugel kreist erst ganz oben, wirbelt sich aber langsam in Richtung der Zahlen/Farben.

In all diesen Fällen geht man aber von einem stationären, sich nicht ändernden Druckfeld aus, eine Angelegenheit, die auf der Erde natürlich nicht haltbar ist. Im instationären Fall gleichen sich die wirkenden Kräfte nicht mehr aus, und auch der Ansatz der unbeschleunigten Bewegung ist hinfällig. Die entsprechenden Gleichungen lassen sich zwar leicht anschreiben, aber gar nicht leicht lösen, ein Grund, warum wir zur Wettervorhersage Supercomputer brauchen.

Ein Beispiel der Auswirkung der beschleunigten Bewegung auf einer aktuellen Wetterkarte:

Das ist die enstprechende Höhenströmungskarte in 300 hPa, also gut 9000m Höhe. Man sieht an der Nordperiferie des Höhentiefs Windgeschwindigkeiten bis 200 Knoten, also 360 km/h. Die Form ist so, dass es ein lokales Windmaximum da irgendwo über Adelaide (mitten im weißen Gebiet) gibt. Das ist ein Jetstreak. So ein Jetstreak wird durchströmt. Ein Luftpaket, dem wir den Namen *Mitzi* geben, damit wir es verfolgen können, strömt aus Westen in den Jetstreak ein, wird beschleunigt und geschüttelt und strömt im Osten mit viel Schwung wieder aus. Mit einer geostrophischen Balance ist hier nichts zu machen, und schaut man genau hin, sieht man wie die Windpfeile die Isohypsen systematisch kreuzen, also nicht parallel zu Ihnen wehen, obwohl so weit oben die Reibung keine Rolle spielt.

Das führt unter anderem zu folgendem, wo ich die Windrichtungsdifferenzen am rechten östlichen Ende des Streaks deutlich überzeichnet habe:

Auseinanderströmen, auch Divergenz genannt (Itipfelreiter würden noch zwischen  Diffluenz und Divergenz unterscheiden, im Rahmen des Blogs ist das aber wurscht). Divergenz in 300 hPa heißt, hier wird nach allen Richtungen Masse/Luft weggeschleudert, die muss natürlich von irgendwo nachströmen, in der Regel von unten, es herrscht hier also Aufsteigen, was gut für die weitere Entwicklung des Tiefs ist.



Insgesamt findet man an einem Jetstreak 2 Divergenz- und 2 Konvergenzgebiete, auf der Südhalbkugel herrscht rechts vorne und links hinten Div sowie links vorne und rechts hinten Kon. Auf der Nordhalbkugel ist das genau andersrum.

Hier ein aktuelles Beispiel aus Europa am nordwestlichen Kartenrand:

Was ich damit, mit all dem langen Sermon, sagen will, die dass genau die permanente Inbalance und das Streben nach Wiederherstellung der Balance, dass fast immer zum Scheitern verurteilt ist, durch Bewegungen, Ausgleichströmungen, auf und ab, genau die Dynamik in die Atmosphäre bringt, die uns tagtäglich (ausser im November bei Hochnebelwetter) entgegenschnalzt.

Der Diesel des Ganzen, der ist die Tatsache der differentiellen, also ungleich verteilten Sonneneinstrahlung, sowohl zwischen Tag und Nacht aber noch stärker durch die Benachteilung der Pole und der Bevorzugung der Tropen ...

In diesem Sinne wünsche ich einen emsigen Mittwoch,

LG

Manfred