Wind
Wind ist die natürliche Bewegung von Luft oder anderen Gasen relativ zur Oberfläche eines Planeten. Winde treten in verschiedenen Größenordnungen auf, von Gewitterströmungen, die einige Minuten dauern, über lokale Brisen, die durch die Erwärmung von Landoberflächen entstehen und einige Stunden andauern, bis hin zu globalen Winden, die sich aus der unterschiedlichen Absorption von Sonnenenergie in den verschiedenen Klimazonen der Erde ergeben. Die beiden Hauptursachen für großräumige atmosphärische Zirkulationen sind die unterschiedliche Erwärmung zwischen dem Äquator und den Polen sowie die Rotation des Planeten (Coriolis-Effekt). In den Tropen und Subtropen können thermische Tiefdruckgebiete über Land und Hochebenen die Monsunzirkulationen antreiben. In Küstengebieten kann der Zyklus aus Meeresbrise und Landbrise die lokalen Winde bestimmen; in Gebieten mit variablem Terrain können Berg- und Talbrisen vorherrschen. ⓘ
Winde werden im Allgemeinen nach ihrer räumlichen Ausdehnung, ihrer Geschwindigkeit und Richtung, den sie verursachenden Kräften, den Regionen, in denen sie auftreten, und ihrer Wirkung klassifiziert. Winde haben verschiedene Aspekte: die Geschwindigkeit (Windgeschwindigkeit), die Dichte des beteiligten Gases, den Energiegehalt oder die Windenergie. Der Wind ist auch ein wichtiges Transportmittel für Samen, Insekten und Vögel, die auf Windströmungen Tausende von Kilometern zurücklegen können. In der Meteorologie werden Winde oft nach ihrer Stärke und der Richtung, aus der der Wind weht, bezeichnet. Kurze Ausbrüche von Wind mit hoher Geschwindigkeit werden als Böen bezeichnet. Starke Winde von mittlerer Dauer (etwa eine Minute) werden als Sturmböen bezeichnet. Für lang anhaltende Winde gibt es verschiedene Bezeichnungen, die mit ihrer durchschnittlichen Stärke zusammenhängen, z. B. Brise, Orkan, Sturm und Hurrikan. Im Weltraum bezeichnet der Sonnenwind die Bewegung von Gasen oder geladenen Teilchen von der Sonne durch den Raum, während der Planetenwind die Ausgasung leichter chemischer Elemente aus der Atmosphäre eines Planeten in den Weltraum bezeichnet. Die stärksten beobachteten Winde auf einem Planeten des Sonnensystems treten auf Neptun und Saturn auf. ⓘ
In der menschlichen Zivilisation wurde das Konzept des Windes in der Mythologie erforscht, beeinflusste die Ereignisse der Geschichte, erweiterte die Möglichkeiten des Transports und der Kriegsführung und diente als Energiequelle für mechanische Arbeiten, Elektrizität und Erholung. Der Wind treibt die Segelschiffe auf den Ozeanen der Erde an. Heißluftballons nutzen den Wind für kurze Fahrten, und der Motorflug nutzt ihn, um den Auftrieb zu erhöhen und den Treibstoffverbrauch zu senken. Scherwinde, die durch verschiedene Wetterphänomene verursacht werden, können zu gefährlichen Situationen für Flugzeuge führen. Wenn der Wind stark wird, können Bäume und vom Menschen geschaffene Strukturen beschädigt oder zerstört werden. ⓘ
Winde können Landformen durch verschiedene äolische Prozesse wie die Bildung von fruchtbaren Böden, z. B. Löss, und durch Erosion formen. Staub aus großen Wüsten kann durch die vorherrschenden Winde über große Entfernungen von seiner Ursprungsregion transportiert werden; Winde, die durch die raue Topografie beschleunigt werden und mit Staubausbrüchen einhergehen, haben in verschiedenen Teilen der Welt aufgrund ihrer bedeutenden Auswirkungen auf diese Regionen regionale Namen erhalten. Wind hat auch Einfluss auf die Ausbreitung von Waldbränden. Der Wind kann die Samen verschiedener Pflanzen verstreuen und so das Überleben und die Ausbreitung dieser Pflanzenarten sowie von Fluginsektenpopulationen ermöglichen. In Verbindung mit kalten Temperaturen hat der Wind negative Auswirkungen auf den Viehbestand. Der Wind beeinträchtigt die Nahrungsvorräte der Tiere sowie ihre Jagd- und Verteidigungsstrategien. ⓘ
Phänomene wie der Sonnenwind oder der elektrische Wind haben nichts mit dem Wind im meteorologischen Sinne zu tun. ⓘ
Ursachen
Wind wird durch Unterschiede im atmosphärischen Druck verursacht, die hauptsächlich auf Temperaturunterschiede zurückzuführen sind. Wenn ein Unterschied im atmosphärischen Druck besteht, bewegt sich die Luft vom Gebiet mit dem höheren zum Gebiet mit dem niedrigeren Druck, was zu Winden unterschiedlicher Geschwindigkeit führt. Auf einem rotierenden Planeten wird die Luft auch durch den Coriolis-Effekt abgelenkt, außer genau am Äquator. Die beiden wichtigsten Antriebsfaktoren für großräumige Windmuster (die atmosphärische Zirkulation) sind die unterschiedliche Erwärmung zwischen dem Äquator und den Polen (unterschiedliche Absorption der Sonnenenergie, die zu Auftriebskräften führt) und die Rotation des Planeten. Außerhalb der Tropen und aufgrund von Reibungseffekten an der Oberfläche nähern sich die großräumigen Winde tendenziell dem geostrophischen Gleichgewicht an. In der Nähe der Erdoberfläche führt die Reibung dazu, dass der Wind langsamer weht als er es sonst tun würde. Die Reibung an der Oberfläche führt auch dazu, dass die Winde mehr nach innen in Tiefdruckgebiete wehen. ⓘ
Winde, die durch ein Gleichgewicht der physikalischen Kräfte definiert sind, werden bei der Zerlegung und Analyse von Windprofilen verwendet. Sie sind nützlich, um die atmosphärischen Bewegungsgleichungen zu vereinfachen und um qualitative Aussagen über die horizontale und vertikale Verteilung der horizontalen Winde zu machen. Die geostrophische Windkomponente ist das Ergebnis des Gleichgewichts zwischen der Corioliskraft und der Druckgradientenkraft. Er fließt parallel zu Isobaren und entspricht in etwa der Strömung über der atmosphärischen Grenzschicht in den mittleren Breiten. Der thermische Wind ist die Differenz des geostrophischen Windes zwischen zwei Ebenen in der Atmosphäre. Er existiert nur in einer Atmosphäre mit horizontalen Temperaturgradienten. Die ageostrophische Windkomponente ist der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem geostrophischen Wind, der dafür verantwortlich ist, dass sich Zyklone im Laufe der Zeit mit Luft "auffüllen". Der Gradientenwind ähnelt dem geostrophischen Wind, beinhaltet aber auch die Zentrifugalkraft (oder Zentripetalbeschleunigung). ⓘ
Euler-Winde:
- Direkter Druckgradientwind
- Keine Coriolis-, Zentrifugal- oder Reibungskraft
- Äquatornah (geringe Corioliskraft) ⓘ
Gradientwinde:
- Gleichgewicht zwischen Druckgradient-, Zentrifugal- und Corioliskraft
- Isobarenparallel (mit Krümmungen)
- Oberhalb der Bodenreibungsschicht (freie Atmosphäre)
- Hängt nur vom horizontalen Druckgradienten ab ⓘ
Zyklostrophische Winde:
- Gleichgewicht zwischen Druckgradient- und Zentrifugalkraft
- Meist äquatornah (geringe Corioliskraft) oder hohe Windgeschwindigkeit
- Auftreten nur bei Zyklonen
- Sofortige Instabilität des zyklostrophischen Gleichgewichts bei Antizyklonen ⓘ
Messung
Die Windrichtung wird gewöhnlich durch die Richtung ausgedrückt, aus der sie kommt. Zum Beispiel weht ein Nordwind von Norden nach Süden. Wetterfahnen drehen sich, um die Windrichtung anzuzeigen. Auf Flughäfen zeigen Windsäcke die Windrichtung an und können auch dazu verwendet werden, die Windgeschwindigkeit anhand des Hängewinkels zu schätzen. Die Windgeschwindigkeit wird mit Anemometern gemessen, die meist mit rotierenden Schalen oder Propellern arbeiten. Wenn eine hohe Messfrequenz erforderlich ist (z. B. in der Forschung), kann der Wind durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallsignalen oder durch die Wirkung der Belüftung auf den Widerstand eines erhitzten Drahtes gemessen werden. Eine andere Art von Anemometer verwendet Pitot-Rohre, die den Druckunterschied zwischen einem inneren Rohr und einem äußeren Rohr, das dem Wind ausgesetzt ist, ausnutzen, um den dynamischen Druck zu bestimmen, der dann zur Berechnung der Windgeschwindigkeit verwendet wird. ⓘ
Anhaltende Windgeschwindigkeiten werden weltweit in einer Höhe von 10 Metern (33 Fuß) gemeldet und über einen Zeitraum von 10 Minuten gemittelt. Die Vereinigten Staaten melden bei tropischen Wirbelstürmen einen 1-Minuten-Durchschnitt und bei Wetterbeobachtungen einen 2-Minuten-Durchschnitt. Indien meldet in der Regel einen 3-Minuten-Mittelwert für Winde. Die Kenntnis des Durchschnittswerts der Windproben ist wichtig, da der Wert eines einminütigen anhaltenden Windes in der Regel 14 % höher ist als der eines zehnminütigen anhaltenden Windes. Ein kurzer Ausbruch von Wind mit hoher Geschwindigkeit wird als Windböe bezeichnet. Eine technische Definition einer Windböe lautet: die Maxima, die die niedrigste Windgeschwindigkeit, die während eines zehnminütigen Zeitintervalls gemessen wurde, um 10 Knoten (5 m/s) über einen Zeitraum von Sekunden überschreiten. Eine Böe ist ein Anstieg der Windgeschwindigkeit über einen bestimmten Schwellenwert, der eine Minute oder länger anhält. ⓘ
Um die Winde in der Höhe zu bestimmen, ermitteln Rohsonden die Windgeschwindigkeit durch GPS, Funknavigation oder Radarverfolgung der Sonde. Alternativ kann die Bewegung der Position des Wetterballons vom Boden aus visuell mit Theodoliten verfolgt werden. Zu den Fernerkundungstechniken für Wind gehören SODAR, Doppler-Lidare und Radare, mit denen die Doppler-Verschiebung elektromagnetischer Strahlung gemessen werden kann, die von schwebenden Aerosolen oder Molekülen gestreut oder reflektiert wird, sowie Radiometer und Radare, mit denen die Oberflächenrauhigkeit des Ozeans vom Weltraum oder von Flugzeugen aus gemessen werden kann. Die Rauheit des Ozeans kann zur Abschätzung der Windgeschwindigkeit nahe der Meeresoberfläche über den Ozeanen verwendet werden. Geostationäre Satellitenbilder können verwendet werden, um die Winde an der Wolkendecke abzuschätzen, je nachdem, wie weit sich die Wolken von einem Bild zum nächsten bewegen. Die Windtechnik beschreibt die Untersuchung der Auswirkungen des Windes auf die bebaute Umwelt, einschließlich Gebäuden, Brücken und anderen von Menschenhand geschaffenen Objekten. ⓘ
Windkraftskala
Einer der ersten systematischen Versuche, die Windgeschwindigkeit zu klassifizieren, wird Gaspar Manoel zugeschrieben, einem portugiesischen Lotsen, der auf der Route von Lissabon nach Indien entlang des Kaps der Guten Hoffnung segelte. In dieser Skala wurde der Wind nach der Entfernung klassifiziert, die er ein Schiff in 24 Stunden zurücklegen lässt:
| Beschreibung des Windes | Entfernung, die das Schiff zurücklegt ⓘ |
|---|---|
| So leicht wie möglich, der das Schiff noch bewegt, von achtern blasend | 10 Seemeilen |
| So leicht wie möglich, der das Schiff noch bewegt, wenn er querab bläst | 8 Seemeilen |
| Leichte Luft, die von achtern bläst | 14-16 Seemeilen |
| Leichte Luft, die quer zur Fahrtrichtung bläst | 12-14 |
| Brise, die vom Heck her weht | 18-20 Seemeilen |
| Brise, die quer zum Wind weht | 16-17,5 Legs |
| Schwacher Wind von achtern | 24-26 Seemeilen |
| Leichter Wind, der querab bläst | 20-22 Seemeilen |
| Frischer Wind von achtern | 30 Seemeilen |
| Frischer Wind, querab geblasen | 25 Seemeilen |
| Sehr frischer Wind, der von achtern bläst | 33-35 Seemeilen |
| Sehr frischer Wind, der querab bläst | 28-30 Seemeilen |
| Steifer Wind von achtern | 36-38 Seemeilen |
| Steifer Wind aus dem Windschatten | 32-34 Seemeilen |
| Ein Wind, der so stark ist, wie das Schiff ihn aushalten kann, und der von achtern bläst | 43-45 Seemeilen |
| Ein Wind, der so stark ist, wie das Schiff ihn aushalten kann, und der querab bläst | 38-40 Seemeilen |
Die Beaufort-Windstärkeskala (von Beaufort entwickelt) ist eine empirische Beschreibung der Windgeschwindigkeit auf der Grundlage der beobachteten Seebedingungen. Ursprünglich handelte es sich um eine 13-stufige Skala (0-12), aber in den 1940er Jahren wurde die Skala auf 18 Stufen (0-17) erweitert. Es gibt allgemeine Bezeichnungen für Winde mit unterschiedlichen Durchschnittsgeschwindigkeiten wie Brise, Orkan, Sturm oder Hurrikan. Innerhalb der Beaufort-Skala liegen die Windstärken zwischen 28 Knoten (52 km/h) und 55 Knoten (102 km/h), wobei vorangestellte Adjektive wie "mäßig", "frisch", "stark" und "ganz" verwendet werden, um die Windstärke innerhalb der Kategorie "Sturm" zu unterscheiden. Ein Sturm hat Windstärken von 56 Knoten (104 km/h) bis 63 Knoten (117 km/h). Die Terminologie für tropische Wirbelstürme unterscheidet sich weltweit von einer Region zur anderen. Die meisten Ozeanbecken verwenden die durchschnittliche Windgeschwindigkeit, um die Kategorie des tropischen Wirbelsturms zu bestimmen. Nachstehend finden Sie eine Zusammenfassung der von den regionalen meteorologischen Fachzentren weltweit verwendeten Klassifizierungen:
| Allgemeine Windklassifizierungen | Klassifizierung tropischer Wirbelstürme (alle Winde sind 10-Minuten-Mittelwerte) ⓘ | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Beaufort-Skala | 10-minütige anhaltende Winde | Allgemeiner Begriff | N Indischer Ozean IMD |
SW Indischer Ozean MF |
Australische Region Südpazifik BoM, BMKG, FMS, MSNZ |
NW-Pazifik JMA |
NW-Pazifik JTWC |
NE-Pazifik & N-Atlantik NHC & CPHC | |
| (Knoten) | (km/h) | ||||||||
| 0 | <1 | <2 | Ruhig | Tiefdruckgebiet | Tropische Störung | Tropisches Tief Tropisches Tiefdruckgebiet |
Tropisches Tiefdruckgebiet | Tropisches Tiefdruckgebiet | Tropisches Tiefdruckgebiet |
| 1 | 1–3 | 2–6 | Leichte Luft | ||||||
| 2 | 4–6 | 7–11 | Leichte Brise | ||||||
| 3 | 7–10 | 13–19 | Leichte Brise | ||||||
| 4 | 11–16 | 20–30 | Mäßige Brise | ||||||
| 5 | 17–21 | 31–39 | Frische Brise | Tiefdruckgebiet | |||||
| 6 | 22–27 | 41–50 | Starke Brise | ||||||
| 7 | 28–29 | 52–54 | Mäßiger Orkan | Tiefdruckgebiet | Tropisches Tiefdruckgebiet | ||||
| 30–33 | 56–61 | ||||||||
| 8 | 34–40 | 63–74 | Frischer Orkan | Zyklonischer Sturm | Mäßiger tropischer Sturm | Tropischer Wirbelsturm (1) | Tropischer Sturm | Tropischer Sturm | Tropischer Sturm |
| 9 | 41–47 | 76–87 | Starker Orkan | ||||||
| 10 | 48–55 | 89–102 | Ganzer Orkan | Schwerer zyklonaler Sturm | Schwerer tropischer Sturm | Tropischer Wirbelsturm (2) | Schwerer tropischer Sturm | ||
| 11 | 56–63 | 104–117 | Sturm | ||||||
| 12 | 64–72 | 119–133 | Wirbelsturm | Sehr schwerer zyklonaler Sturm | Tropischer Wirbelsturm | Schwerer tropischer Wirbelsturm (3) | Taifun | Taifun | Wirbelsturm (1) |
| 13 | 73–85 | 135–157 | Wirbelsturm (2) | ||||||
| 14 | 86–89 | 159–165 | Schwerer tropischer Wirbelsturm (4) | Schwerer Hurrikan (3) | |||||
| 15 | 90–99 | 167–183 | Starker tropischer Wirbelsturm | ||||||
| 16 | 100–106 | 185–196 | Schwerer Wirbelsturm (4) | ||||||
| 17 | 107–114 | 198–211 | Schwerer tropischer Wirbelsturm (5) | ||||||
| 115–119 | 213–220 | Sehr starker tropischer Wirbelsturm | Super-Taifun | ||||||
| >120 | >222 | Superzyklonischer Sturm | Schwerer Hurrikan (5) | ||||||
Erhöhte Fujita-Skala
Die Enhanced-Fujita-Skala (EF-Skala) bewertet die Stärke von Tornados anhand der Schäden, die durch die Windgeschwindigkeit entstehen. Sie umfasst sechs Stufen, von sichtbaren Schäden bis hin zur vollständigen Zerstörung. Sie wird in den Vereinigten Staaten und einigen anderen Ländern mit kleinen Änderungen verwendet (darunter Kanada und Frankreich). ⓘ
Stationsmodell
Das Stationsmodell, das auf Wetterkarten an der Oberfläche dargestellt wird, verwendet einen Windbalken, um sowohl die Windrichtung als auch die Windgeschwindigkeit anzuzeigen. Die Windfahne zeigt die Geschwindigkeit mit Hilfe von "Fähnchen" am Ende an.
- Jede Hälfte einer Fahne steht für 5 Knoten (9,3 km/h) Wind.
- Jede volle Flagge zeigt eine Windgeschwindigkeit von 10 Knoten (19 km/h) an.
- Jeder Wimpel (ausgefülltes Dreieck) steht für 50 Knoten (93 km/h) Wind. ⓘ
Der Wind wird so dargestellt, dass er aus der Richtung weht, in die die Barbe zeigt. Daher wird ein Nordostwind mit einer Linie dargestellt, die sich vom Wolkenkreis nach Nordosten erstreckt, wobei die Flaggen die Windgeschwindigkeit am nordöstlichen Ende dieser Linie anzeigen. Einmal auf einer Karte eingezeichnet, kann eine Analyse der Isotachsen (Linien gleicher Windgeschwindigkeiten) durchgeführt werden. Isotachsen sind besonders nützlich, um die Lage des Jetstreams auf Karten mit konstantem Druck in der oberen Ebene zu diagnostizieren, und befinden sich in der Regel auf oder oberhalb der 300-hPa-Ebene. ⓘ
Globale Klimatologie
Östliche Winde dominieren im Durchschnitt das Strömungsmuster über den Polen, westliche Winde wehen über den mittleren Breiten der Erde, polwärts des subtropischen Rückens, während östliche Winde wiederum in den Tropen vorherrschen. ⓘ
Direkt unter dem subtropischen Rücken befinden sich die Trockengebiete oder Rossbreiten, wo die Winde schwächer sind. Viele Wüsten der Erde liegen in der Nähe der mittleren Breite des subtropischen Rückens, wo das Absinken die relative Feuchtigkeit der Luftmasse verringert. Die stärksten Winde herrschen in den mittleren Breiten, wo kalte Polarluft auf warme Luft aus den Tropen trifft. ⓘ
Tropen
Die Passatwinde (auch Passatwinde genannt) sind die vorherrschenden östlichen Oberflächenwinde, die in den Tropen in Richtung des Erdäquators auftreten. Die Passatwinde wehen in der nördlichen Hemisphäre vorwiegend aus nordöstlicher Richtung und in der südlichen Hemisphäre aus südöstlicher Richtung. Die Passatwinde dienen als Steuerströmung für tropische Wirbelstürme, die sich über den Weltmeeren bilden. Die Passatwinde lenken auch den afrikanischen Staub westwärts über den Atlantik in die Karibik und in Teile des südöstlichen Nordamerikas. ⓘ
Ein Monsun ist ein jahreszeitlich bedingter, vorherrschender Wind, der in tropischen Regionen mehrere Monate lang anhält. Der Begriff wurde erstmals im Englischen in Indien, Bangladesch, Pakistan und den angrenzenden Ländern verwendet, um die großen saisonalen Winde zu bezeichnen, die vom Indischen Ozean und dem Arabischen Meer im Südwesten wehen und starke Regenfälle in das Gebiet bringen. Seine polwärts gerichtete Entwicklung wird durch die Entwicklung eines Hitzetiefs über dem asiatischen, afrikanischen und nordamerikanischen Kontinent von Mai bis Juli und über Australien im Dezember beschleunigt. ⓘ
Westwinde und ihre Auswirkungen
Die Westwinde oder vorherrschenden Westwinde sind die vorherrschenden Winde in den mittleren Breitengraden zwischen 35 und 65 Grad Breite. Diese vorherrschenden Winde wehen von Westen nach Osten und lenken außertropische Wirbelstürme auf diese Weise. Die Winde kommen in der nördlichen Hemisphäre überwiegend aus Südwest und in der südlichen Hemisphäre aus Nordwest. Sie sind im Winter am stärksten, wenn der Luftdruck über den Polen niedriger ist, und am schwächsten im Sommer, wenn der Luftdruck über den Polen höher ist. ⓘ
Zusammen mit den Passatwinden ermöglichten die Westwinde den Segelschiffen, den Atlantik und den Pazifik zu überqueren, da die Westwinde durch den Prozess der Westintensivierung zur Entwicklung starker Meeresströmungen auf den westlichen Seiten der Ozeane in beiden Hemisphären führen. Diese westlichen Meeresströmungen transportieren warmes, subtropisches Wasser polwärts in Richtung der Polarregionen. Die Westwinde können besonders stark sein, vor allem auf der Südhalbkugel, wo es in den mittleren Breiten weniger Land gibt, das das Strömungsmuster verstärkt, was die Winde abschwächt. Die stärksten Westwinde in den mittleren Breiten liegen in einem als Roaring Forties bezeichneten Bereich zwischen 40 und 50 Grad südlicher Breite. Die Westwinde spielen eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, die warmen äquatorialen Gewässer und Winde an die Westküsten der Kontinente zu transportieren, insbesondere auf der Südhalbkugel aufgrund der großen ozeanischen Ausdehnung. ⓘ
Polare Ostwinde
Die polaren Ostwinde, die auch als polare Hadley-Zellen bezeichnet werden, sind trockene, kalte Winde, die von den Hochdruckgebieten der polaren Hochs am Nord- und Südpol zu den Tiefdruckgebieten der Westwinde in hohen Breiten wehen. Anders als die Westwinde wehen diese vorherrschenden Winde von Osten nach Westen und sind oft schwach und unregelmäßig. Aufgrund des niedrigen Sonnenwinkels staut sich kalte Luft am Pol auf und sinkt wieder ab, wodurch an der Oberfläche Hochdruckgebiete entstehen, die einen äquatorwärts gerichteten Luftstrom erzwingen; dieser wird durch den Coriolis-Effekt nach Westen abgelenkt. ⓘ
Lokale Erwägungen
See- und Landwinde
In Küstenregionen können See- und Landbrisen wichtige Faktoren für die vorherrschenden Winde eines Ortes sein. Das Meer wird von der Sonne langsamer erwärmt, da das Wasser im Vergleich zum Land eine höhere spezifische Wärme aufweist. Wenn die Temperatur der Landoberfläche ansteigt, erwärmt das Land die darüber befindliche Luft durch Wärmeleitung. Die warme Luft hat eine geringere Dichte als die Umgebung und steigt daher nach oben. Die kühlere Luft über dem Meer, die nun einen höheren Luftdruck hat, strömt landeinwärts in den niedrigeren Druck und erzeugt in Küstennähe eine kühlere Brise. Ein küstenparalleler Wind im Hintergrund verstärkt oder schwächt die Meeresbrise ab, je nachdem, wie er sich in Bezug auf die Corioliskraft ausrichtet. ⓘ
Nachts kühlt sich das Land aufgrund der unterschiedlichen spezifischen Wärmewerte schneller ab als das Meer. Diese Temperaturänderung führt dazu, dass die tagsüber herrschende Meeresbrise nachlässt. Wenn die Temperatur an Land unter die Temperatur an Land abkühlt, ist der Druck über dem Wasser niedriger als über dem Land, so dass eine Landbrise entsteht, sofern der auflandige Wind nicht stark genug ist, um sich ihr entgegenzustellen. ⓘ
In der Nähe von Bergen
Über hoch gelegenen Flächen übersteigt die Erwärmung des Bodens die Erwärmung der umgebenden Luft in derselben Höhe über dem Meeresspiegel, wodurch ein damit verbundenes thermisches Tief über dem Gelände entsteht und alle thermischen Tiefs, die andernfalls bestanden hätten, verstärkt werden und sich die Windzirkulation in der Region ändert. In Gebieten mit einer zerklüfteten Topografie, die die Windströmung in der Umgebung erheblich unterbricht, ist die Windzirkulation zwischen Bergen und Tälern der wichtigste Faktor für die vorherrschenden Winde. Berge und Täler verzerren die Luftströmung erheblich, indem sie die Reibung zwischen der Atmosphäre und den Landmassen erhöhen, indem sie als physisches Hindernis für die Strömung wirken und den Wind parallel zu dem Bereich unmittelbar vor der Topografie ablenken, was als Barrierestrahl bezeichnet wird. Dieser Sperrstrahl kann den Wind in niedriger Höhe um 45 % verstärken. Die Windrichtung ändert sich auch durch die Kontur des Landes. ⓘ
Befindet sich in der Gebirgskette ein Pass, werden die Winde aufgrund des Bernoulli-Prinzips, das ein umgekehrtes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Druck beschreibt, mit beträchtlicher Geschwindigkeit durch den Pass strömen. Die Luftströmung kann über eine gewisse Entfernung in das flache Land hinein turbulent und unberechenbar bleiben. Diese Bedingungen sind für aufsteigende und absteigende Flugzeuge gefährlich. Kühle Winde, die durch Gebirgslücken beschleunigen, haben regionale Namen erhalten. In Mittelamerika sind dies beispielsweise der Papagayo-Wind, der Panama-Wind und der Tehuano-Wind. In Europa sind ähnliche Winde unter den Namen Bora, Tramontane und Mistral bekannt. Wenn diese Winde über offene Gewässer wehen, sorgen sie für eine stärkere Durchmischung der oberen Meeresschichten, wodurch kühles, nährstoffreiches Wasser an die Oberfläche steigt, was zu einer Zunahme des Meereslebens führt. ⓘ
In Gebirgsregionen kommt es zu starken lokalen Verzerrungen der Luftströmung. Zerklüftetes Gelände führt zu unvorhersehbaren Strömungsmustern und Turbulenzen, wie z. B. Rotoren, die von linsenförmigen Wolken gekrönt sein können. Starke Auf- und Abwinde sowie Wirbel entstehen, wenn die Luft über Hügel und durch Täler fließt. Orographische Niederschläge treten auf der Luvseite von Gebirgen auf und werden durch die aufsteigende Luftbewegung einer großräumigen Strömung feuchter Luft über den Gebirgskamm verursacht, die auch als Aufwärtsströmung bezeichnet wird und zu einer adiabatischen Abkühlung und Kondensation führt. In gebirgigen Teilen der Welt, in denen relativ konstante Winde herrschen (z. B. die Passatwinde), herrscht auf der Luvseite eines Berges in der Regel ein feuchteres Klima als auf der Lee- oder Abwindseite. Die Feuchtigkeit wird durch den orografischen Auftrieb abgeführt, so dass auf der absteigenden und im Allgemeinen wärmeren Leeseite, auf der ein Regenschatten zu beobachten ist, trockenere Luft zurückbleibt. Winde, die über Berge in tiefere Lagen fließen, werden als Fallwinde bezeichnet. Diese Winde sind warm und trocken. In Europa werden sie im Lee der Alpen als Föhn bezeichnet. In Polen ist ein Beispiel der halny wiatr. In Argentinien ist der lokale Name für Fallwinde zonda. Auf Java ist der lokale Name für solche Winde koembang. In Neuseeland sind sie als Nor'west-Bogen bekannt und werden von der Wolkenformation begleitet, nach der sie benannt sind und die im Laufe der Jahre Kunstwerke inspiriert hat. In den Great Plains der Vereinigten Staaten sind diese Winde als Chinook bekannt. Hangabwinde treten auch in den Ausläufern der Appalachen in den Vereinigten Staaten auf und können genauso stark sein wie andere Hangabwinde. Sie sind im Vergleich zu anderen Föhnwinden insofern ungewöhnlich, als sich die relative Luftfeuchtigkeit aufgrund der höheren Feuchtigkeit in der Ausgangsluftmasse in der Regel kaum ändert. In Kalifornien werden die Fallwinde durch Gebirgspässe geleitet, die ihre Wirkung noch verstärken; Beispiele hierfür sind die Santa-Ana- und Sundowner-Winde. Die Windgeschwindigkeiten bei Fallwinden können bis zu 160 Stundenkilometer (99 mph) betragen. ⓘ
Durchschnittliche Windgeschwindigkeiten
Wie bereits beschrieben, sind die vorherrschenden und lokalen Winde nicht gleichmäßig über die Erde verteilt, was bedeutet, dass die Windgeschwindigkeiten je nach Region unterschiedlich sind. Darüber hinaus nimmt die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zu. ⓘ
Windleistungsdichte
Ein Maßstab zur Bestimmung der besten Standorte für den Ausbau der Windenergie wird heute als Windleistungsdichte (WPD) bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Berechnung der effektiven Windstärke an einem bestimmten Standort, die häufig in Form der Höhe über dem Boden über einen bestimmten Zeitraum ausgedrückt wird. Dabei werden die Windgeschwindigkeit und die Masse des Windes berücksichtigt. Ende 2008 betrug die weltweite Nennleistung von Windkraftanlagen 120,8 Gigawatt. Obwohl die Windenergie 2009 nur etwa 1,5 % des weltweiten Stromverbrauchs ausmachte, verzeichnet sie ein schnelles Wachstum und hat sich in den drei Jahren zwischen 2005 und 2008 verdoppelt. In mehreren Ländern hat die Windenergie einen relativ hohen Verbreitungsgrad erreicht, der 2019 in Dänemark, Portugal und der Republik Irland über 25 % liegen wird. ⓘ
Scherung
Die Windscherung, manchmal auch als Windgradient bezeichnet, ist ein Unterschied in der Windgeschwindigkeit und -richtung über eine relativ kurze Strecke in der Erdatmosphäre. Die Windscherung kann in vertikale und horizontale Komponenten unterteilt werden, wobei die horizontale Windscherung an Wetterfronten und in Küstennähe auftritt und die vertikale Scherung typischerweise in Oberflächennähe, aber auch in höheren Atmosphärenschichten in der Nähe von Höhenjets und Frontalzonen in der Höhe. ⓘ
Die Windscherung selbst ist ein mikroskaliges meteorologisches Phänomen, das über eine sehr geringe Entfernung auftritt, aber mit mesoskaligen oder synoptischen Wettererscheinungen wie Böen und Kaltfronten in Verbindung gebracht werden kann. Sie wird häufig in der Nähe von Mikroausbrüchen und Downbursts beobachtet, die durch Gewitter, Wetterfronten, Gebiete mit lokal stärkeren Winden in niedriger Höhe (Low Level Jets), in der Nähe von Gebirgen, Strahlungsinversionen, die bei klarem Himmel und Windstille auftreten, Gebäuden, Windturbinen und Segelbooten entstehen. Die Windscherung hat erhebliche Auswirkungen auf die Steuerung von Flugzeugen beim Start und bei der Landung und war eine der Hauptursachen für Flugzeugunfälle mit vielen Toten in den Vereinigten Staaten. ⓘ
Die Bewegung des Schalls durch die Atmosphäre wird durch die Windscherung beeinflusst, die die Wellenfront verbiegen kann, so dass Töne dort zu hören sind, wo sie normalerweise nicht zu hören wären, oder umgekehrt. Starke vertikale Windscherung in der Troposphäre hemmt auch die Entwicklung tropischer Wirbelstürme, trägt aber dazu bei, dass sich einzelne Gewitter zu langlebigen Zyklen entwickeln, die dann zu Unwettern führen können. Das Konzept der thermischen Winde erklärt, wie Unterschiede in der Windgeschwindigkeit mit der Höhe von horizontalen Temperaturunterschieden abhängen, und erklärt die Existenz des Jetstreams. ⓘ
Geschichte
Als Naturkraft wurde der Wind in vielen Kulturen oft als ein oder mehrere Windgötter oder als Ausdruck des Übernatürlichen personifiziert. Vayu ist der hinduistische Gott des Windes. Zu den griechischen Windgöttern gehören Boreas, Notus, Eurus und Zephyrus. Aeolus, in verschiedenen Interpretationen der Herrscher oder Hüter der vier Winde, wurde auch als Astraeus beschrieben, der Gott der Dämmerung, der die vier Winde mit Eos, der Göttin der Morgenröte, zeugte. Auch die alten Griechen beobachteten den jahreszeitlichen Wechsel der Winde, wovon der Turm der Winde in Athen zeugt. Venti sind die römischen Götter der Winde. Fūjin ist der japanische Windgott und einer der ältesten Shinto-Götter. Der Legende nach war er bei der Erschaffung der Welt anwesend und ließ als erster die Winde aus seinem Sack, um die Welt vom Nebel zu befreien. In der nordischen Mythologie ist Njörðr der Gott des Windes. Es gibt auch vier dvärgar (nordische Zwerge), die Norðri, Suðri, Austri und Vestri heißen, und wahrscheinlich die vier Hirsche von Yggdrasil, die die vier Winde verkörpern und eine Parallele zu den vier griechischen Windgöttern bilden. Stribog ist der Name des slawischen Gottes der Winde, des Himmels und der Luft. Er soll der Vorfahre (Großvater) der Winde der acht Himmelsrichtungen sein. ⓘ
Kamikaze ist ein japanisches Wort, das in der Regel mit göttlichem Wind übersetzt wird, von dem man glaubt, er sei ein Geschenk der Götter. Der Begriff wurde erstmals als Name für ein Paar oder eine Reihe von Taifunen verwendet, die Japan vor zwei mongolischen Flotten unter Kublai Khan gerettet haben sollen, die Japan 1274 und 1281 angriffen. Protestant Wind ist die Bezeichnung für den Sturm, der die spanische Armada 1588 von einer Invasion Englands abhielt, wobei der Wind eine entscheidende Rolle spielte, oder für die günstigen Winde, die Wilhelm von Oranien 1688 die Invasion Englands ermöglichten. Während Napoleons Ägyptenfeldzug hatten die französischen Soldaten mit dem Khamsin-Wind zu kämpfen: Als der Sturm "wie ein Blutfleck am fernen Himmel" erschien, gingen die Osmanen in Deckung, während die Franzosen "erst reagierten, als es zu spät war, und dann in den blendenden, erstickenden Staubwänden erstickten und in Ohnmacht fielen". Während des Nordafrika-Feldzuges im Zweiten Weltkrieg waren "alliierte und deutsche Truppen mehrmals gezwungen, mitten im Gefecht wegen der durch Khamsin verursachten Sandstürme innezuhalten... Die vom Wind aufgewirbelten Sandkörner blendeten die Soldaten und verursachten elektrische Störungen, die Kompasse unbrauchbar machten." ⓘ
Transport
Es gibt viele verschiedene Formen von Segelschiffen, aber sie haben alle bestimmte grundlegende Dinge gemeinsam. Mit Ausnahme von Rotorschiffen, die den Magnus-Effekt nutzen, hat jedes Segelschiff einen Rumpf, eine Takelage und mindestens einen Mast, an dem die Segel befestigt sind, die den Wind zum Antrieb des Schiffes nutzen. Seereisen mit einem Segelschiff können viele Monate dauern, und eine häufige Gefahr besteht darin, wegen Windmangels zu kentern oder durch schwere Stürme oder Winde, die kein Vorankommen in der gewünschten Richtung ermöglichen, vom Kurs abgebracht zu werden. Ein schwerer Sturm kann zum Schiffbruch führen und den Verlust aller Besatzungsmitglieder bedeuten. Segelschiffe können nur eine bestimmte Menge an Vorräten in ihrem Laderaum mitführen, so dass sie lange Reisen sorgfältig planen müssen, um entsprechende Vorräte, einschließlich Frischwasser, einzuplanen. ⓘ
Bei aerodynamischen Flugzeugen, die sich relativ zur Luft bewegen, wirkt sich der Wind auf die Bodengeschwindigkeit aus, und bei Fahrzeugen, die leichter als Luft sind, kann der Wind eine bedeutende oder alleinige Rolle für ihre Bewegung und ihren Bodenkurs spielen. Die Geschwindigkeit des Oberflächenwindes ist im Allgemeinen der wichtigste Faktor, der die Richtung des Flugbetriebs auf einem Flughafen bestimmt, und die Start- und Landebahnen sind so ausgerichtet, dass sie die übliche(n) Windrichtung(en) des örtlichen Gebiets berücksichtigen. Während der Start mit Rückenwind unter bestimmten Umständen notwendig sein kann, ist Gegenwind im Allgemeinen wünschenswert. Rückenwind erhöht die benötigte Startstrecke und verringert den Steigfluggradienten. ⓘ
Stromquelle
Bereits 300 v. Chr. nutzten die alten Singhalesen in Anuradhapura und anderen Städten Sri Lankas die Monsunwinde, um Öfen anzutreiben. Die Öfen wurden auf dem Weg der Monsunwinde gebaut, um die Temperaturen im Inneren auf bis zu 1.200 °C zu bringen. Eine rudimentäre Windmühle wurde im ersten Jahrhundert n. Chr. für den Antrieb einer Orgel verwendet. Später wurden ab dem 7. Jahrhundert n. Chr. Windmühlen in Sistan, Afghanistan, gebaut. Dabei handelte es sich um Windmühlen mit vertikalen Achsen und mit Schilfmatten oder Stoff bespannten Segeln. Diese Windmühlen dienten zum Mahlen von Getreide und zur Wassergewinnung und wurden in der Getreidemüllerei und der Zuckerrohrindustrie eingesetzt. Später, ab den 1180er Jahren, wurden Windmühlen mit horizontalen Achsen in Nordwesteuropa in großem Umfang zum Mahlen von Mehl eingesetzt, und viele niederländische Windmühlen sind noch erhalten. ⓘ
Die Windenergie ist heute eine der wichtigsten Quellen für erneuerbare Energien, und ihre Nutzung nimmt aufgrund von Innovationen und sinkenden Preisen rasch zu. Der Großteil der installierten Windkraftkapazitäten befindet sich an Land, aber die Offshore-Windenergie bietet ein großes Potenzial, da die Windgeschwindigkeiten in der Regel höher und konstanter sind als an der Küste. Die Windenergie, die kinetische Energie der Luft, ist proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Das Betz'sche Gesetz beschreibt die theoretische Obergrenze des Anteils, den Windturbinen an dieser Energie gewinnen können, nämlich etwa 59 %. ⓘ
Freizeit
Der Wind spielt bei mehreren beliebten Sportarten eine wichtige Rolle, z. B. beim Drachenfliegen, Heißluftballonfahren, Drachenfliegen, Snowkiten, Kitelandboarding, Kitesurfen, Gleitschirmfliegen, Segeln und Windsurfen. Beim Segelfliegen wirken sich Windgradienten knapp über der Wasseroberfläche auf die Start- und Landephasen eines Segelflugzeugs aus. Der Windgradient kann sich spürbar auf den Bodenstart auswirken, der auch als Windenstart oder Seilstart bezeichnet wird. Ist der Windgradient stark oder plötzlich oder beides und der Pilot behält die gleiche Fluglage bei, steigt die angezeigte Fluggeschwindigkeit an und überschreitet möglicherweise die maximale Schleppgeschwindigkeit für den Bodenstart. Der Pilot muss die Fluggeschwindigkeit anpassen, um die Auswirkungen des Gradienten auszugleichen. Bei der Landung stellt auch die Windscherung eine Gefahr dar, insbesondere bei starkem Wind. Wenn das Flugzeug im Landeanflug durch den Windgradienten sinkt, nimmt die Fluggeschwindigkeit ab, während die Sinkgeschwindigkeit steigt, und es bleibt nicht genügend Zeit, um vor dem Bodenkontakt zu beschleunigen. Der Pilot muss den Windgradienten vorhersehen und eine höhere Anfluggeschwindigkeit wählen, um ihn auszugleichen. ⓘ
Die Rolle in der Natur
In trockenen Klimazonen ist die Hauptquelle der Erosion der Wind. Die allgemeine Windzirkulation bewegt kleine Partikel wie Staub über weite Ozeane Tausende von Kilometern windabwärts von ihrem Ursprungsort, was als Deflation bezeichnet wird. Westwinde in den mittleren Breiten der Erde treiben die Bewegung der Meeresströmungen von West nach Ost über die Weltmeere an. Wind spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Unterstützung von Pflanzen und anderen immobilen Organismen bei der Ausbreitung von Samen, Sporen, Pollen usw. Obwohl der Wind nicht die primäre Form der Samenverbreitung bei Pflanzen ist, sorgt er für die Ausbreitung eines großen Teils der Biomasse von Landpflanzen. ⓘ
Erosion
Erosion kann das Ergebnis von Materialbewegungen durch den Wind sein. Dabei gibt es zwei Hauptwirkungen. Erstens werden durch den Wind kleine Partikel angehoben und so in eine andere Region bewegt. Dies wird als Deflation bezeichnet. Zweitens können diese schwebenden Partikel auf feste Gegenstände aufprallen und Erosion durch Abrieb verursachen (ökologische Sukzession). Winderosion tritt im Allgemeinen in Gebieten mit wenig oder gar keiner Vegetation auf, oft in Gebieten, in denen es nicht genügend Niederschläge gibt, um die Vegetation zu unterstützen. Ein Beispiel dafür ist die Bildung von Sanddünen an einem Strand oder in einer Wüste. Löß ist ein homogenes, typischerweise nicht geschichtetes, poröses, brüchiges, leicht kohärentes, oft kalkhaltiges, feinkörniges, schluffiges, blassgelbes oder buffiges, vom Wind verwehtes (äolisches) Sediment. Er kommt im Allgemeinen als weit verbreitete, flächendeckende Ablagerung vor, die sich über Hunderte von Quadratkilometern erstreckt und Dutzende von Metern dick ist. Löss steht oft in Steil- oder Senkrechtlagen an. Löß neigt dazu, sich zu sehr nährstoffreichen Böden zu entwickeln. Unter geeigneten klimatischen Bedingungen gehören die Gebiete mit Löss zu den landwirtschaftlich produktivsten der Welt. Lößablagerungen sind von Natur aus geologisch instabil und erodieren sehr schnell. Daher werden von den Landwirten häufig Windschutzstreifen (z. B. große Bäume und Sträucher) angelegt, um die Winderosion des Lößes zu verringern. ⓘ
Staubwanderung in der Wüste
Im Hochsommer (Juli in der nördlichen Hemisphäre) dehnen sich die westwärts gerichteten Passatwinde südlich des nordwärts gerichteten subtropischen Rückens von der Karibik nach Nordwesten in den Südosten Nordamerikas aus. Wenn sich der Staub aus der Sahara, der sich am südlichen Rand des Rückens innerhalb des Passatgürtels bewegt, über das Land bewegt, werden die Niederschläge unterdrückt und der Himmel verändert sich von einem blauen zu einem weißen Erscheinungsbild, was zu einer Zunahme von roten Sonnenuntergängen führt. Seine Anwesenheit wirkt sich negativ auf die Luftqualität aus, da die Anzahl der in der Luft befindlichen Partikel zunimmt. Über 50 % des afrikanischen Staubs, der die Vereinigten Staaten erreicht, betrifft Florida. Seit 1970 haben sich die Staubausbrüche aufgrund von Dürreperioden in Afrika verschlimmert. Der Staubtransport in die Karibik und nach Florida unterliegt von Jahr zu Jahr großen Schwankungen. Vor allem seit den 1970er Jahren werden Staubereignisse mit einer Verschlechterung des Zustands von Korallenriffen in der Karibik und in Florida in Verbindung gebracht. Ähnliche Staubfahnen haben ihren Ursprung in der Wüste Gobi, die sich in Verbindung mit Schadstoffen über große Entfernungen in Richtung Osten nach Nordamerika ausbreiten. ⓘ
Es gibt lokale Bezeichnungen für Winde, die mit Sand- und Staubstürmen einhergehen. Der Calima trägt den Staub mit südöstlichen Winden auf die Kanarischen Inseln. Der Harmattan trägt im Winter Staub in den Golf von Guinea. Der Schirokko bringt aufgrund der Bewegung außertropischer Wirbelstürme über das Mittelmeer Staub aus Nordafrika nach Südeuropa. Frühjahrsstürme, die über das östliche Mittelmeer ziehen, verursachen Staubtransporte über Ägypten und die arabische Halbinsel, die lokal als Khamsin bekannt sind. Der Shamal wird durch Kaltfronten verursacht, die tagelang Staub über die Staaten des Persischen Golfs in die Atmosphäre tragen. ⓘ
Auswirkungen auf Pflanzen
Die Windausbreitung von Samen, auch Anemochorie genannt, ist eine der primitivsten Arten der Ausbreitung. Die Windausbreitung kann auf zwei Arten erfolgen: Die Samen können im Wind schweben oder zu Boden flattern. Klassische Beispiele für diese Ausbreitungsmechanismen sind der Löwenzahn (Taraxacum spp., Asteraceae), dessen Samen mit einem gefiederten Pappus versehen sind und der über weite Strecken verbreitet werden kann, und der Ahorn (Acer (Gattung) spp., Sapindaceae), dessen Samen geflügelt sind und zu Boden flattern. Eine wichtige Voraussetzung für die Windausbreitung ist die Notwendigkeit einer reichlichen Samenproduktion, um die Wahrscheinlichkeit zu maximieren, dass ein Samen an einem für die Keimung geeigneten Ort landet. Dieser Ausbreitungsmechanismus unterliegt auch starken evolutionären Zwängen. So haben beispielsweise Asteraceae-Arten auf Inseln im Vergleich zu denselben Arten auf dem Festland tendenziell geringere Ausbreitungsmöglichkeiten (d. h. größere Samenmasse und kleinerer Pappus). Viele Unkraut- oder Ruderalarten sind auf die Ausbreitung durch den Wind angewiesen. Zu den ungewöhnlichen Mechanismen der Windausbreitung gehören Tumbleweeds. Ein mit der Anemochorie verwandter Prozess ist die Anemophilie, d. h. die Verbreitung von Pollen durch den Wind. Große Pflanzenfamilien werden auf diese Weise bestäubt, was begünstigt wird, wenn die Individuen der dominierenden Pflanzenart dicht beieinander stehen. ⓘ
Der Wind begrenzt auch das Wachstum der Bäume. An den Küsten und in isolierten Gebirgen liegt die Baumgrenze oft viel niedriger als in entsprechenden Höhen im Landesinneren und in größeren, komplexeren Gebirgssystemen, weil starke Winde das Baumwachstum einschränken. Starke Winde scheuern dünne Böden durch Erosion weg und beschädigen Äste und Zweige. Wenn starke Winde Bäume umwerfen oder entwurzeln, wird dieser Vorgang als Windwurf bezeichnet. Am ehesten ist dies an windzugewandten Berghängen der Fall, wobei schwere Fälle in der Regel bei Baumbeständen auftreten, die 75 Jahre oder älter sind. Pflanzenarten in Küstennähe, wie die Sitka-Fichte und die Seetraube, werden durch Wind und Salzsprühnebel in Küstennähe zurückgeschnitten. ⓘ
Wind kann die Pflanzen auch durch Sandabrieb schädigen. Starke Winde nehmen losen Sand und Mutterboden auf und schleudern ihn mit Geschwindigkeiten von 40 km/h bis 64 km/h durch die Luft. Dieser vom Wind verwehte Sand verursacht erhebliche Schäden an Pflanzenkeimlingen, da er die Pflanzenzellen aufbricht und sie anfällig für Verdunstung und Trockenheit macht. Mit Hilfe eines mechanischen Sandstrahlers untersuchten Wissenschaftler des Agricultural Research Service im Labor die Auswirkungen von Sandabrieb durch Wind auf Baumwollkeimlinge. Die Studie zeigte, dass die Sämlinge auf die durch den Sandabrieb verursachten Schäden reagierten, indem sie ihre Energie vom Stamm- und Wurzelwachstum auf das Wachstum und die Reparatur der beschädigten Stämme verlagerten. Nach einem Zeitraum von vier Wochen war das Wachstum der Sämlinge in der gesamten Pflanze wieder so gleichmäßig wie vor dem Sandabrieb. ⓘ
Neben den Keimzellen (Samen) hilft der Wind auch den Feinden der Pflanzen: Sporen und andere Vermehrungsorgane von Pflanzenschädlingen sind noch leichter und können weite Strecken zurücklegen. Von einigen wenigen Pflanzenkrankheiten ist bekannt, dass sie über Randmeere und sogar ganze Ozeane reisen können. Der Mensch ist nicht in der Lage, die Ausbreitung von Pflanzenkrankheitserregern durch den Wind zu verhindern oder auch nur zu verlangsamen; stattdessen ist eine Vorhersage und eine Verbesserung der Situation erforderlich. ⓘ
Auswirkungen auf Tiere
Rinder und Schafe sind anfällig für Windchill, der durch eine Kombination aus Wind und kalten Temperaturen verursacht wird, wenn die Windgeschwindigkeit 40 km/h übersteigt, so dass ihre Haar- und Wolldecken unwirksam werden. Pinguine schützen sich zwar mit einer Fettschicht und Federn gegen die Kälte im Wasser und in der Luft, aber ihre Brustflossen und Füße sind gegen die Kälte weniger immun. In den kältesten Klimazonen wie der Antarktis nutzen Kaiserpinguine das Kuschelverhalten, um Wind und Kälte zu überstehen. Dabei wechseln sich die Mitglieder der versammelten Gruppe ständig ab, was den Wärmeverlust um 50 % reduziert. Fliegende Insekten, eine Untergruppe der Gliederfüßer, werden von den vorherrschenden Winden mitgerissen, während Vögel ihren eigenen Kurs verfolgen und dabei die Windverhältnisse nutzen, um entweder zu fliegen oder zu gleiten. Daher werden die feinen Linienmuster auf den Wetterradarbildern, die mit konvergierenden Winden einhergehen, von Insekten dominiert. Der Vogelzug, der in der Regel nachts in den untersten 2.100 m (7.000 Fuß) der Erdatmosphäre stattfindet, verunreinigt die von Wetterradargeräten, insbesondere dem WSR-88D, erfassten Windprofile, indem er die Umgebungswindwerte um 15 Knoten (28 km/h) bis 30 Knoten (56 km/h) erhöht. ⓘ
Pikas nutzen eine Mauer aus Kieselsteinen, um trockene Pflanzen und Gräser für den Winter zu lagern, damit die Nahrung nicht weggeweht wird. Schaben nutzen leichte Winde, die den Angriffen potenzieller Fressfeinde, wie Kröten, vorausgehen, um ihre Begegnungen zu überleben. Ihre Ohrmuscheln sind sehr windempfindlich und helfen ihnen, die Hälfte ihrer Angriffe zu überleben. Elche haben einen ausgeprägten Geruchssinn, mit dem sie potenzielle Raubtiere in einer Entfernung von 800 m (0,5 Meilen) aufspüren können. Wenn der Wind mit mehr als 15 Stundenkilometern weht, veranlasst er die Eismöwen, ihre Nahrungssuche zu intensivieren und die Dickschnabelmöwen aus der Luft anzugreifen. ⓘ
Ähnliche Schäden
Es ist bekannt, dass starke Winde Schäden verursachen können, die von der Höhe ihrer Geschwindigkeit und dem Druckunterschied abhängen. Der Winddruck ist auf der windzugewandten Seite eines Gebäudes positiv und auf der leeseitigen Seite negativ. Unregelmäßig auftretende Windböen können schlecht konstruierte Hängebrücken zum Schwanken bringen. Wenn die Windböen ähnlich häufig auftreten wie das Schwanken der Brücke, kann die Brücke leichter zerstört werden, wie dies bei der Tacoma Narrows Bridge im Jahr 1940 der Fall war. Windgeschwindigkeiten von nur 23 Knoten (43 km/h) können zu Stromausfällen führen, weil Äste den Energiefluss durch die Stromleitungen stören. Zwar gibt es keine Baumart, die Hurrikanen garantiert standhalten kann, aber Bäume mit flachen Wurzeln sind anfälliger für Entwurzelung, und brüchige Bäume wie Eukalyptus, Hibiskus und Avocado sind anfälliger für Schäden. Winde in Orkanstärke verursachen erhebliche Schäden an Wohnmobilen und beginnen, Häuser mit Fundamenten strukturell zu beschädigen. Es ist bekannt, dass Winde dieser Stärke, die durch Abwinde vom Gelände verursacht werden, Fensterscheiben zertrümmern und den Lack von Autos abblättern können. Sobald der Wind 135 Knoten (250 km/h) überschreitet, stürzen Häuser vollständig ein, und größere Gebäude werden erheblich beschädigt. Die totale Zerstörung von Bauwerken tritt ein, wenn der Wind 175 Knoten (324 km/h) erreicht. Die Saffir-Simpson-Skala und die erweiterte Fujita-Skala wurden entwickelt, um die Windgeschwindigkeit anhand der Schäden zu ermitteln, die durch starke Winde im Zusammenhang mit tropischen Wirbelstürmen und Tornados verursacht werden, und umgekehrt. ⓘ
Die australische Insel Barrow hält den Rekord für die stärkste Windböe, die während des tropischen Wirbelsturms Olivia am 10. April 1996 408 km/h erreichte und damit den bisherigen Rekord von 372 km/h übertraf, der am Nachmittag des 12. April 1934 auf dem Mount Washington (New Hampshire) aufgestellt wurde. ⓘ
Die Intensität von Waldbränden nimmt während der Tagesstunden zu. So ist beispielsweise die Abbrandgeschwindigkeit von schwelenden Baumstämmen tagsüber aufgrund der niedrigeren Luftfeuchtigkeit, der höheren Temperaturen und der höheren Windgeschwindigkeiten bis zu fünfmal höher. Das Sonnenlicht erwärmt den Boden tagsüber und bewirkt, dass die Luftströmungen bergauf und nachts bergab wandern, wenn das Land abkühlt. Waldbrände werden durch diese Winde angefacht und folgen oft den Luftströmungen über Hügel und durch Täler. In den Vereinigten Staaten wird bei Waldbränden ein 24-stündiger Tag zugrunde gelegt, der um 10:00 Uhr morgens beginnt, da die Intensität der Brände aufgrund der Tageswärme vorhersehbar zunimmt. ⓘ
Im Weltraum
Der Sonnenwind unterscheidet sich insofern von einem irdischen Wind, als er von der Sonne ausgeht und aus geladenen Teilchen besteht, die der Sonnenatmosphäre entkommen sind. Ähnlich wie der Sonnenwind besteht der Planetenwind aus leichten Gasen, die aus der Planetenatmosphäre entweichen. Über lange Zeiträume hinweg kann der Planetenwind die Zusammensetzung von Planetenatmosphären radikal verändern. ⓘ
Der schnellste jemals gemessene Wind stammt von der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs IGR J17091-3624. Seine Geschwindigkeit beträgt 20.000.000 Meilen pro Stunde (32.000.000 km/h), was 3 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht. ⓘ
Planetarer Wind
Der hydrodynamische Wind im oberen Teil der Planetenatmosphäre ermöglicht es leichten chemischen Elementen wie Wasserstoff, bis zur Exobase, der unteren Grenze der Exosphäre, vorzudringen, wo die Gase dann Fluchtgeschwindigkeit erreichen und in den Weltraum gelangen können, ohne auf andere Gasteilchen zu treffen. Diese Art des Gasverlustes von einem Planeten in den Weltraum wird als Planetenwind bezeichnet. Ein solcher Prozess führt im Laufe der Erdgeschichte dazu, dass sich wasserreiche Planeten wie die Erde in Planeten wie die Venus verwandeln. Außerdem könnten Planeten mit heißeren, niedrigeren Atmosphären den Verlust von Wasserstoff beschleunigen. ⓘ
Sonnenwind
Der Sonnenwind ist kein Luftstrom, sondern ein Strom geladener Teilchen, ein Plasma, das mit einer Geschwindigkeit von 400 Kilometern pro Sekunde aus der oberen Atmosphäre der Sonne ausgestoßen wird. Er besteht hauptsächlich aus Elektronen und Protonen mit Energien von etwa 1 keV. Der Teilchenstrom ändert seine Temperatur und Geschwindigkeit im Laufe der Zeit. Diese Teilchen sind in der Lage, der Schwerkraft der Sonne zu entkommen, was zum Teil auf die hohe Temperatur der Korona zurückzuführen ist, aber auch auf die hohe kinetische Energie, die die Teilchen durch einen noch nicht genau verstandenen Prozess gewinnen. Der Sonnenwind erzeugt die Heliosphäre, eine riesige Blase im interstellaren Medium, die das Sonnensystem umgibt. Die Planeten benötigen große Magnetfelder, um die Ionisierung ihrer oberen Atmosphäre durch den Sonnenwind zu verringern. Weitere durch den Sonnenwind verursachte Phänomene sind geomagnetische Stürme, die die Stromnetze auf der Erde ausschalten können, Polarlichter wie das Nordlicht und die Plasmaschweife von Kometen, die immer von der Sonne weg zeigen. ⓘ
Auf anderen Planeten
Starke Winde mit einer Geschwindigkeit von 300 Kilometern pro Stunde (190 mph) an den Wolkenoberseiten der Venus umkreisen den Planeten alle vier bis fünf Erdtage. Wenn die Pole des Mars nach dem Winter dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, sublimiert das gefrorene CO2 und erzeugt beträchtliche Winde, die mit bis zu 400 Stundenkilometern über die Pole hinwegfegen und anschließend große Mengen an Staub und Wasserdampf über die Landschaft transportieren. Andere Winde auf dem Mars haben zu Reinigungsereignissen und Staubteufeln geführt. Auf dem Jupiter sind Windgeschwindigkeiten von 100 Metern pro Sekunde (220 mph) in zonalen Jetstreams üblich. Die Saturnwinde gehören zu den schnellsten im Sonnensystem. Cassini-Huygens-Daten zeigten Spitzenwerte für Ostwinde von 375 Metern pro Sekunde (840 mph). Auf Uranus erreichen die Windgeschwindigkeiten in der nördlichen Hemisphäre in der Nähe des 50. nördlichen Breitengrades bis zu 240 Meter pro Sekunde (540 mph). An den Wolkengipfeln des Neptun reichen die vorherrschenden Winde von 400 Metern pro Sekunde (890 mph) am Äquator bis 250 Metern pro Sekunde (560 mph) an den Polen. Bei 70° südlicher Breite auf Neptun bewegt sich ein Hochgeschwindigkeits-Jetstream mit einer Geschwindigkeit von 300 Metern pro Sekunde (670 mph). Der schnellste Wind auf einem bekannten Planeten herrscht auf HD 80606 b in 190 Lichtjahren Entfernung, wo er mit mehr als 11.000 mph oder 5 km/s weht. ⓘ
Entstehung
Hauptursache für Wind sind räumliche Unterschiede der Luftdruckverteilung. Dabei bewegen sich Luftteilchen aus dem Gebiet mit einem höheren Luftdruck – dem Hochdruckgebiet – solange in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck – dem Tiefdruckgebiet –, bis der Luftdruck ausgeglichen ist. Bei Wind handelt es sich daher um einen Massenstrom, der nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik eine Gleichverteilung der Teilchen im Raum und damit eine maximale Entropie anstrebt. Die zugehörige Kraft bezeichnet man als Druckgradientkraft. ⓘ
Je größer der Unterschied zwischen den Luftdrücken ist, umso heftiger strömen die Luftmassen in das Gebiet mit dem niedrigeren Luftdruck und umso stärker ist der aus der Luftbewegung resultierende Wind. ⓘ
Windrichtung
Die Windrichtung wird meist in Form einer Himmelsrichtung angegeben, aus der der Wind kommt. Man misst sie mit Wetterfahnen (Windsäcken). Nord- und Südwinde werden auch als meridionale Winde bezeichnet, Ost- und Westwinde als zonale Winde. Jede Windrichtung lässt sich in eine meridionale und eine zonale Komponente zerlegen. ⓘ
Die Windrichtung wird durch die Lage von Tiefdruckgebiet und Hochdruckgebiet bestimmt. Dabei wird sie aber durch die Corioliskraft abgelenkt: auf der Nordhalbkugel in Bewegungsrichtung nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links (Barisches Windgesetz). ⓘ
Unterhalb der freien Atmosphäre wird der Wind zusätzlich durch Reibung beeinflusst und kann auch durch morphologische Strukturen wie Berge, Täler und Canyons stark variieren (Beispiel: Föhn bzw. Fallwind, Aufwind, Talwind, Bergwind). Bei rotierenden Systemen wie Wirbelstürmen spielt zusätzlich die Zentrifugalkraft eine entscheidende Rolle. ⓘ
Die Kraft des Windes
Die Kraft (Winddruck), die der Wind auf Gegenstände (wie z. B. auf eine Talbrücke) ausübt, nimmt quadratisch mit der Windgeschwindigkeit zu: doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet vierfache Kraft. Die auf Bauwerke und Bauteile einwirkende Kraft des Windes wird als Windlast bezeichnet. Der Wind kann auch eine Sogwirkung ausüben, siehe Windsog. ⓘ
Die kinetische Energie des Windes wird als erneuerbare Energie genutzt, siehe Windenergie. ⓘ
Arten von Winden
Einteilung nach der Größenordnung der Luftbewegungen
Auch eine Unterscheidung nach der räumlichen und zeitlichen Größenordnung der Winde ist üblich. Es werden dabei im Wesentlichen drei Gruppen unterschieden:
- synoptische Winde – umfassen alle obigen Winde bis auf geostrophische Windkomponenten; großräumige, in der Regel über längere Zeiträume anhaltende Winde
- Gerade noch vorhersagbare lokale Winde
- Stark lokale, unvorhersehbare Winde: Ausdehnung auf wenige tausend Meter beschränkt, Dauer nur Sekunden bis Minuten ⓘ
Regionale Winde und Windsysteme
Siehe dazu Liste der Winde und Windsysteme (z. B. Bora, Monsun, Passat) ⓘ