Wetter-News: Entstehung und Wirkungsweise von Hochdruckgebieten

Hochdrucklagen bewirken oft viele Extreme, so zum Beispiel Trockenheit, Hitze oder Kälte.

Wir gehen deshalb im heutigen Meteoblog auf die Entstehung und Wirkungsweise von Hochdruckgebieten ein.

Konvergenz in grosser Höhe – die wichtigste Voraussetzung für die Entstehung von Hochdruckgebieten

Wie der Name bereits sagt, herrscht in einem Hochdruckgebiet hoher Luftdruck vor. Wenn der Luftdruck an einer bestimmten Region in Bodennähe hoch ist, heisst das im Prinzip nichts anderes als dass viel Masse in Form von Luft über diesem Gebiet lagert. Der Luftdruck an einem bestimmten Ort stellt also das Gewicht der Luftsäule über diesem Ort dar.

Wie kommt es nun, dass der Druck über einem Gebiet steigt? In der Höhe knapp unterhalb der Tropopause kommen besonders im Bereich des Jetstreams oft Konvergenzen und Divergenzen vor. Im Bereich der Konvergenz strömt Luft zusammen. Dies führt zu einer Zunahme des Gewichts der Luftsäule in allen Niveaus unterhalb der Konvergenz, was einen Druckanstieg bedeutend. Wenn in Bodennähe zuvor eine flache Druckverteilung geherrscht hatte, entstand durch den Druckanstieg ein Hochdruckgebiet.

Darstellung der Entstehung eines Hochdruckgebietes. (MeteoSchweiz)

Bodennahe Reibung führt zum Ausströmen aus dem Hochdruckgebiet

In einer gewissen Höhe über der Erdoberfläche kann man die Reibung vernachlässigen – dies ist etwa oberhalb 1500 Metern über der Erdoberfläche der Fall. Dort gleichen sich die Druckgradientkraft und die Corioliskraft im Wesentlichen aus. Das führt dazu, dass die Winde parallel zu den Druckflächen wehen. Ein Druckausgleich wird dadurch erheblich verzögert. Speziell im Bereich von etwa 5000 Metern ist dies feststellbar. Weiter oben, besonders im Bereich des Jetniveaus, gleichen sich hingegen die Druckgradientkraft und die Corioliskraft häufig nicht aus, sonst käme es nicht zu den eingangs erwähnten Konvergenzen und Divergenzen.

In Bodennähe wird die Druckgradientkraft nicht allein durch die Corioliskraft, sondern auch durch die Reibungskraft ausgeglichen. Die Corioliskraft greift immer senkrecht zur Bewegungsrichtung an und die Reibungskraft wirkt immer entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung. Diese zwei Kräfte sind vektoriell zusammengerechnet mehr oder weniger gleichgross wie die Druckgradientkraft, wie die untenstehende Graphik zeigt. Infolgedessen weht der Wind nicht mehr – wie in grösserer Höhe – parallel zu den Isobaren, sondern wird je nach Stärke der Reibungskraft mehr oder weniger stark zum tiefen Druck abgelenkt.

Im Fall von einem Hochdruckgebiet ist es in der freien Atmosphäre so, dass der Wind parallel zu den antizyklonal gekrümmten Isobaren weht. in diesem Fall ist die Corioliskraft grösser als die Druckgradientkraft, da ja der Wind nicht geradlinig bläst, sondern eben einer antizyklonal gekrümmten Bahn folgt. Die in Bodenähe zusätzlich zur Druckgradientkraft und Corioliskraft auftretende Reibungskraft bewirkt, dass der Wind vom Hochzentrum im Uhrzeigersinn spiralförmig Richtung tieferer Druck weht. Dies bedeutet Ausströmen und folglich also Divergenz.

Darstellung der verschiedenen Kräfte in Bodennähe zwischen einem Hoch- und Tiefdruckgebiet. Die Druckgradientkraft ist betragsmässig gleichgross wie die resultierende Kraft (blauer strichlierter Pfeil) aus der Reibung und der CorioIiskraft. Da der Wind stets senkrecht zur Corioliskraft und entgegengesetzt zur Reibungskraft weht, ergibt sich eine Windrichtung, welche nicht mehr parallel zu den Isobaren verläuft, sondern je nach Stärke der Reibungskraft in einem gewissen Grad zum Tief abgelenkt wird. Innerhalb eines Hochdruckgebietes sind die Kräfteverhältnisse infolge der antizyklonalen Krümmung anders, die resultierende Kraft aus Druckgradientkraft, Corioliskraft und Reibungskraft bewirkt in diesem Fall, dass die Luft nicht den antizyklonal gebogenen Isobaren folgt, sondern spiralförmig im Uhrzeigersinn aus dem Hoch ausströmt (Hier nicht gezeigt). (MeteoSchweiz)

Zusammenströmen in der Höhe und Ausströmen am Boden führt zu einer Absinkbewegung in den mittleren Atmosphärenschichten

Aus Kontinuitätsgründen führt das Zusammenströmen unter der Tropopause und das Ausströmen in Bodennähe sehr bald zu einer Absinkbewegung in den mittleren Atmosphärenschichten. Dieser Vorgang wird Subsidenz genannt. Durch das Absinken wird die Luft erwärmt und abgetrocknet. Hochdruckgebiete zeichnen sich deshalb durch wolkenfreie und trockene Verhältnisse aus.

Darstellung von Konvergenz, Divergenz und Absinken innerhalb eines gut ausgebildeten Hochdruckgebietes. (MeteoSchweiz)

Lange andauernde Hochdruckphasen führen zu Trockenheit und oft extremen Temperaturverhältnissen

Es versteht sich von selbst, dass im Bereich von lang andauernden Hochdruckgebieten kein Niederschlag fällt. Damit stellt sich mit der Zeit, weil der Boden durch Verdunstung ständig Wasser verliert, eine ausgeprägte Trockenheit ein, welche besonders im Sommer für die Pflanzenwelt eine enorme Belastung darstellt. Im Weiteren führt die positive Strahlungsbilanz während des Sommers zu einer zusätzlichen Erwärmung der bodennahen Atmosphärenschichten, was nicht selten zu langandauernden Hitzewellen führt, wie zum Beispiel im August 2003.