M6 Mesoskalige und lokale Zirkulationen

Thema

Mesoskalige Zirkulationen sind atmosphärische Phänomene mittlerer Größe (zwischen zehn und tausend Kilometern), die zwischen der synoptischen Skala von Wettersystemen und der Mikroskala feinster Turbulenzen liegen. Angetrieben werden diese Zirkulationen durch horizontale Temperaturunterschiede zwischen benachbarten Oberflächen: Seewinde entstehen durch den Kontrast zwischen Land und Meer, Berg- und Talwinde durch den Kontrast zwischen Hängen und Talsohlen und städtische Wärmeinseln durch den Kontrast zwischen Stadt und Land. Genau dieser horizontale Temperaturunterschied setzt die mesoskaligen Zirkulationen in Bewegung. Sie sind zudem grundlegend für die regionale Verteilung von Niederschlag und Temperatur, insbesondere im Sommer.

Von all diesen Zirkulationen ist der Seewind die klassischste thermische Zirkulation: Tagsüber erwärmt sich das Land schneller als das Meer, die Luft über dem Land steigt auf, und dieser Aufstieg erzeugt eine Oberflächenzirkulation, die Luft vom Meer zum Land transportiert. Die Windfront breitet sich mit einer Geschwindigkeit von fünf bis zehn Metern pro Sekunde aus und kann zwanzig bis fünfzig Kilometer landeinwärts vordringen. Nachts kehrt sich der Temperaturkontrast zwischen Land und Meer jedoch um – das Land kühlt schneller ab als das Meer. Diese Umkehrung bewirkt, dass sich auch die Seewindzirkulation umkehrt und vom Land zum Meer weht.

Über gebirgigem Gelände entsteht ein ähnliches Muster wie der Seewind, allerdings bedingt durch die Topografie selbst: Tagsüber wehen Talwinde, die die Hänge hinaufsteigen, da sie sich schneller erwärmen als der Talboden. Nachts wehen Bergwinde, die dieselben Hänge hinabsteigen, da sie sich schneller abkühlen als die Talluft. Dieser tägliche Wechsel zwischen Tal- und Bergwinden führt zu Temperaturschwankungen im Talboden zwischen Tag und Nacht, die zwischen fünf und zwanzig Grad Celsius liegen.

Die städtische Wärmeinsel ist ein weiterer thermischer Kontrast, der eine eigene mesoskalige Zirkulation erzeugen kann. In diesem Fall hängt der Kontrast jedoch nicht von der Topographie oder der Küste ab, sondern von der Stadt selbst: Die Stadt speichert und gibt Wärme anders ab als das umliegende Land, und dieser Unterschied führt zu Temperaturabweichungen zwischen einem und acht Grad Celsius. An Sommernachmittagen erwärmt diese städtische Wärmeinsel nicht nur die Luft über der Stadt, sondern verstärkt auch die darüber entstehende Konvektion, da die wärmere Luft aus der Stadt stärker aufsteigt als die kühlere Luft aus dem angrenzenden Land.

Schließlich entstehen an den windabgewandten Hängen der Berge Föhnzirkulationen: Dieselbe Luft, die auf der Luvseite aufgestiegen ist und dort ihre Feuchtigkeit abgegeben hat, sinkt nun auf der Leeseite ab. Durch diese adiabatische Kompression erwärmt sich die Luft um bis zu zehn bis zwanzig Grad über ihre Temperatur vor dem Überqueren des Berges.

Alle diese mesoskaligen Zirkulationen – Seewinde, Berg- und Talwinde, die städtische Wärmeinsel und Föhnzirkulationen – entstehen also aus demselben horizontalen Temperaturkontrast, auch wenn sie ihn jeweils auf unterschiedliche Weise erzeugen. Konvektion findet vor allem an der Front des Seewindes statt, wo die vom Ozean kommende Luft auf die bereits über Land aufsteigende Luft trifft. Diese Konvektion verstärkt sich dann über den Städten und verteilt sich Tag für Tag zwischen Tal- und Bergwind. Genau dieser tägliche Wechsel bewirkt, dass die Mesoskala von allen atmosphärischen Skalen den Rhythmus von Tag und Nacht am engsten begleitet.

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