Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung

Hoch- und Tiefdruckgebiete einfach erklärt

Wie du bestimmt schon weißt, dreht sich die Erde um die Sonne. Zudem dreht sie sich auch noch um ihre eigene Erdachse. Die Punkte, an denen die Erdachse die Erdoberfläche schneidet, werden Nord- und Südpol genannt. Die Erdachse steht nicht senkrecht auf der Umlaufbahn, sondern ist geneigt. Der Neigungswinkel der Erdachse beträgt $23{,}4^\circ$. Dadurch bestrahlt die Sonne die unterschiedlichen Teile der Erde zu verschiedenen Jahreszeiten unterschiedlich stark. Im Nordwinter bzw. Südsommer, also in den Monaten November, Dezember und Januar, steht die Sonne auf der Nordhalbkugel flach am Himmel. Die Sonnenstrahlen treffen in einem flachen Winkel auf die Erdoberfläche und haben dadurch einen geringeren wärmenden Effekt. Auf der Südhalbkugel hingegen treffen die Strahlen in einem deutlich steileren Winkel auf die Erdoberfläche und die Sonne steht länger hoch am Himmel. Das führt zu einer stärkeren Erwärmung. Der Nordpol wird in diesen Monaten von gar keiner Sonnenstrahlung erreicht. Im Nordsommer bzw. Südwinter, also den Monaten Mai, Juni und Juli, ist es genau umgekehrt. Im Frühling und Herbst werden Nord- und Südhalbkugel im gleichen Maße von der Sonne bestrahlt. Das ist in der folgenden Grafik dargestellt.

Während der Äquator das ganze Jahr über nur leichte Änderungen in der Intensität der Sonnenstrahlung aufweist, haben Süd- und Nordpol starke Schwankungen. Dort herrscht jeweils etwa sechs Monate lang $24$ Stunden lang Sonneneinstrahlung und sechs Monate komplette Dunkelheit. Diese Grundlagen sind wichtig, um zu verstehen, wie Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen. Schauen wir uns das im Folgenden etwas genauer an.

Erwärmung der Luftmassen

Wann ein Tiefdruckgebiet und wann ein Hochdruckgebiet entsteht, steht in engem Zusammenhang mit der Temperatur der Luft. Die Erwärmung der Luft hängt nicht nur von der Sonneneinstrahlung ab, sondern auch von der Beschaffenheit der Erdoberfläche. Die Luft selbst ist lichtdurchlässig. Sie absorbiert wenig Strahlung, das heißt, sie nimmt wenig Strahlung auf und erwärmt sich dadurch kaum durch die Sonneneinstrahlung. Landmassen hingegen absorbieren einen großen Teil der Strahlung. Sie erwärmen sich stark unter dem Einfluss der Sonne. Durch Energieumwandlung wird die Strahlungsenergie in thermische Energie umgewandelt. Diese wird als Wärme an die bodennahe Luft abgegeben. Dieser Vorgang dauert so lange, bis sich die Temperaturen von Luft und Boden angleichen.

Ein großer Teil der Erde ist von Wasser bedeckt. Wasser erwärmt sich nur sehr langsam durch die Sonneneinstrahlung. Es ist jedoch in der Lage, die Energie der Sonne über lange Zeit zu speichern und mittels Strömungen über weite Strecken zu transportieren. Das hat einen großen Einfluss auf das Klima und das Wetter der Erde. Ein Beispiel dafür ist der Golfstrom im Atlantik. Dieser nimmt über die Sonnenstrahlung Energie in Mittelamerika auf und wandelt sie in thermische Energie um. Er fließt nun von dort aus nach Europa. Dabei gibt er einen Teil der thermischen Energie in Form von Wärme ab. Das führt dazu, dass wir in Europa ein mildes Klima haben.

Durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Erdoberfläche und die unterschiedliche Sonneneinstrahlung werden die Luftmassen an verschiedenen Orten der Erde unterschiedlich stark erwärmt.

Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten

Um zu verstehen, wie Tiefdruckgebiete und wie Hochdruckgebiete entstehen, müssen wir uns ein paar Eigenschaften der Luft in Erinnerung rufen.
Die Luft ist ein Gasgemisch, das von der Gravitationskraft $F_G$ der Erde angezogen wird. Betrachten wir nun eine Fläche $A$. Der Druck auf dieser Fläche ist definiert als:

$ p = \dfrac {F}{A}$

Der Druck, den die Luft auf die Erdoberfläche ausübt, heißt Luftdruck:

$ p_L = \dfrac{F_G\,(Luft)}{A_{Erde}}$

Der Luftdruck hängt unter anderem von der Höhe ab. Er nimmt mit steigender Höhe ab. Ohne die Einwirkung der Sonnenstrahlung wäre der Luftdruck in gleicher Höhe über der Erdoberfläche überall nahezu gleich. Die Sonnenstrahlung bewirkt jedoch eine ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche. Die Luft nahe der Erdoberfläche erwärmt sich dadurch ebenfalls, wie wir bereits beschrieben haben. Die wärmere Luft dehnt sich aus und die Dichte der Luft nahe der Erdoberfläche nimmt ab. Das führt dazu, dass die Luft leichter wird, da sich im selben Volumen weniger Gasmoleküle befinden. Da die warme Luft nun leichter ist, steigt sie nach oben. Ein „Luftloch“ entsteht, in dem ein geringerer Druck herrscht. Ein Tiefdruckgebiet ist in Bodennähe entstanden. Ein solches Tief wird auch Bodentief genannt. Eine Abkühlung der Luft bewirkt hingegen, dass die Dichte steigt und die Luft schwerer wird. Sie sinkt nach unten. Das führt dazu, dass der Druck am Boden steigt und ein Hochdruckgebiet entsteht. Dieses wird auch Bodenhoch genannt.

Ein Bodenhoch hat ein Höhentief zur Folge. Ein Bodentief hingegen hat ein Höhenhoch zur Folge.

Tiefdruckgebiete sind als Gebiete mit warmer und leichter Luft definiert. Hochdruckgebiete sind als Gebiete mit kalter und schwerer Luft definiert. Die Temperatur der Luft beeinflusst also den Luftdruck. Warme Luft hat zudem die Eigenschaft, mehr Wasser binden zu können als kalte Luft.

Am Äquator bildet sich durch die hohe Sonneneinstrahlung ein sogenannter Tiefdruckgürtel aus. Dieser verläuft einmal um die Erde herum. Er verschiebt sich im Laufe des Jahres etwas nach Norden und Süden. Im Januar ist er am südlichsten und im Juli am nördlichsten, jedoch immer nahe am Äquator. Der Bereich zwischen nördlichster und südlichster Linie wird ITC, innertropische Konvergenzzone, genannt. Dieser heiße Tiefdruckgürtel bindet viel Wasser, das sich in häufigen Platzregen über dem Gebiet des Äquators ergießt.

Hoch- und Tiefdruckgebiete spielen auch eine Rolle, wenn es um den Wind oder unser Wetter geht. Das ist dir vielleicht schon einmal beim Wetterbericht aufgefallen, wenn von einem Hoch- oder Tiefdruckgebiet die Rede war. Wie genau das funktioniert, wird dir im Video zur Entstehung von Wind erklärt.

Kurze Zusammenfassung zum Video Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung

In diesem Video wird einfach erklärt, was ein Hochdruckgebiet und was ein Tiefdruckgebiet ist. Es wird auf ihre Entstehung und den Einfluss auf unser Wetter eingegangen. Zusätzlich zum Video gibt es noch Übungen und Arbeitsblätter zum Thema Hoch- und Tiefdruckgebiete.