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Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung

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Niklasboller
Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung

Inhalt

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.

Erdumlaufbahn

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 = \frac {F}{A}$

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

$ p_L = \frac{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.

hoch_und_tiefdruckgebiete

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.

Transkript Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung

Hallo und herzlich willkommen zu meinem Video. Ich bin Niklas und werde euch heute erklären, wie Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen und wie sich diese auf unser Wetter auswirken. In meinem Video werde ich dabei folgendermaßen vorgehen. Zuerst werde ich euch zeigen, warum die Sonneneinstrahlung unterschiedlich stark auf verschiedenen Teilen der Erde ist. Danach werde ich euch erklären, wie die Sonne für die Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten verantwortlich ist und somit unser Wetter macht. Wie ihr bestimmt schon wisst, dreht sich unsere Erde um die Sonne sowie um ihre eigene Erdachse. Die beiden Enden ihrer Erdachse nennt man den Nord- bzw. den Südpol. Die Erdachse ist gegenüber der Ebene der Erdumlaufbahn, der so genannten Ekliptikebene, nicht senkrecht, sondern um 66,56° geneigt. So bestrahlt die Sonne Teile der Erde zu verschiedenen Jahreszeiten unterschiedlich stark. Im Nordwinter bzw. Südsommer treffen sehr viele Sonnenstrahlen die Südhalbkugel und den Südpol, wohingegen die Nordhalbkugel nur von wenigen und der Nordpol sogar von gar keinen Strahlen getroffen wird. Im Nordsommer bzw. Südwinter ist es genau umgekehrt. Durch die Neigung der Erdachse wird die Nordhalbkugel jetzt von vielen Sonnenstrahlen beleuchtet und die Südhalbkugel von wenigen. Der Südpol ist für eine Zeit lang im Sommer sogar ganz in Dunkelheit gehüllt. Im Frühjahr und Herbst werden Nord- und Südhalbkugel im gleichen Maße von der Sonne bestrahlt. Der einzige Ort auf der Welt, der das ganze Jahr über gleich stark von der Sonne beleuchtet wird, ist der Äquator. Nord- und Südpol sind daher sehr kalte Orte, da sie im Durchschnitt eines Jahres am wenigsten Sonnenlicht abbekommen, wobei Gebiete in Äquatornähe durchschnittlich am stärksten bestrahlt werden. Wie stark sich die Luft erwärmt, hängt jedoch nicht nur von der Stärke der Sonneneinstrahlung ab, sondern auch von der Beschaffenheit der Erdoberfläche. Die Luft selbst ist lichtdurchlässig, absorbiert also nur einen sehr geringen Teil der Sonneneinstrahlung und erwärmt sich demzufolge kaum, wenn man sie beleuchtet. Landmassen hingegen absorbieren einen Großteil der Strahlung und erwärmen sich stark unter dem Einfluss der Sonne. Die durch Absorption der Sonneneinstrahlung umgewandelte thermische Energie wird als Wärme an die bodennahe Luft abgegeben bis die Temperaturen von Luft und Boden sich angleichen. Der Großteil der Erde ist jedoch mit Wasser bedeckt. Und dieses ist, so wie die Luft, lichtdurchlässig und kann nur einen geringen Teil der Strahlungsenergie der Sonneneinstrahlung in thermische Energie umwandeln. Doch ist Wasser in der Lage, die Energie der Sonne sehr viel länger zu speichern und mithilfe von Strömungen über lange Strecken zu transportieren, was sich stark auf das Wetter der Erde auswirkt. Ein schönes Beispiel hierfür ist der Golfstrom im Atlantik, der uns in Europa viel thermische Energie aus Mittelamerika bringt, wodurch in Europa deutlich mildere Temperaturen herrschen im Vergleich zu denselben Breitengraden in Nordamerika. Durch die unterschiedliche Beschaffenheit der Erdoberfläche und die ungleichmäßige Verteilung der Sonneneinstrahlung werden also die Luftmassen an verschiedenen Orten der Erde unterschiedlich stark erwärmt. Was diese Sonnenstrahlen im Hinblick auf unser Wetter bewirken, möchte ich euch nun zeigen. Die Sonnenstrahlen sind nämlich verantwortlich für die Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Machen wir uns zunächst einmal klar, dass die Luft ein Gasgemisch ist und eine Masse besitzt. So wird sie von der Gravitationskraft der Erde angezogen. Druck ist als Kraft pro Fläche definiert. Und so übt die Luft auf die Erde und auf uns nun einen Druck aus, den Luftdruck. Dieser Luftdruck hängt von der Höhe ab und wäre ohne die Einwirkung von Sonnenstrahlen in gleichen Höhen über dem Meeresspiegel überall nahezu gleich. Die Sonnenstrahlen bewirken aber eine Erwärmung der Erdoberfläche. Diese Wärme wird dann von der Luft aufgenommen, weil sie sich dann folglich auch erwärmt. Erwärmt sich die Luft in Bodennähe, beginnen sich dort die Gasmoleküle stärker zu bewegen, was einen Einfluss auf ihre Dichte hat. Sie nimmt ab. Die Gasmoleküle brauchen nun mehr Platz. Die Luft wird dadurch leichter, da sich in demselben Volumen nun weniger Gasmoleküle befinden. Da die warme Luft nun leichter ist, steigt sie nach oben. Ein Luftloch entsteht mit einem sehr niedrigen Druck und es ist ein Tiefdruck am Boden, auch Bodentief genannt, entstanden. Umgekehrt bewirkt eine Abkühlung der Luft eine Erhöhung des Drucks, da kalte Luft eine größere Dichte hat, was zur Entstehung eines Hochdruckgebietes in Bodennähe führt, auch Bodenhoch genannt. Ein Bodenhoch hat also immer ein Höhentief zur Folge und umgekehrt. Eine weitere wichtige Eigenschaft von Luft ist, dass wenn sie wärmer wird, mehr Feuchtigkeit bzw. Wasser binden kann. Zu Nutze machen wir uns diesen Effekt zum Beispiel beim Haaretrocknen mit heißer Luft, welche dann ordentlich Feuchtigkeit aufnehmen kann. Wir bezeichnen Tiefdruckgebiete Gebiete mit warmer und leichter Luft, Hochdruckgebiete dieser mit kalter und schwerer Luft. Die Temperatur der Luft beeinflusst also den Luftdruck. So bildet sich am Äquator, da dort durchschnittlich die größte Temperatur herrscht, ein Riesen Tiefdruckgürtel aus, die innertropische Konvergenzzone ITC. Dieser heiße Tiefdruckgürtel bindet gewaltige Mengen an Wasser. Diese Wassermengen ergießen sich in häufigen Platzregen, was dann das tropische Klima erschaffen lässt. Wie ihr wahrscheinlich schon wisst, spielen Hoch- und Tiefdruckgebiete auch eine Rolle bei der Entstehung von Wind und Wetter. Man muss nur an die Wetterkarte des Wetterberichts denken, in denen viele Hoch- und Tiefdruckgebiete verzeichnet sind. Doch wie genau das alles zusammenhängt, werden wir uns in den anderen Videos zum Thema Wetter ansehen. Nur so viel schon mal vorneweg: ohne Sonne keine Hoch- und Tiefdruckgebiete. Und ohne die gäbe es kein Wetter auf der Erde. So, ich hoffe nun, euch hat das Zusehen Spaß gemacht. Ich sage nun tschau und bis zum nächsten Mal. Euer Niklas.

25 Kommentare

25 Kommentare
  1. Gut Erklärt.

    Von Yan Holiday, vor 24 Tagen
  2. hihihihihihihihihihihihihihihihivery good very nice

    Von Dominik, vor 6 Monaten
  3. gute video

    Von Elias, vor 11 Monaten
  4. hehe

    Von Theo, vor 11 Monaten
  5. Cool

    Von Avalon der pro, vor mehr als einem Jahr
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Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Hoch- und Tiefdruckgebiete – Entstehung kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, welche Rolle die Beschaffenheit der Erdoberfläche bei der Erwärmung von Luft spielt.

    Tipps

    Die verschiedenen Beschaffenheiten der Erdoberfläche erzeugen unterschiedlich stark erwärmte Luftmassen.

    Lösung

    Die Luft über Landmassen wird stärker, aber nicht so langanhaltend wie die Luft über großen Wasserflächen erwärmt.

    Somit können sich Hoch- und Tiefdruckgebiete ausbilden, die für die Vorgänge beim Klima auf der Erde eine tragende Rolle spielen.

  • Beschreibe Hoch- und Tiefdruckgebiete.

    Tipps

    Leichte Luft meint umgangssprachlich Luft mit einer geringeren Dichte. Schwere Luft bezeichnet Luft mit einer hohen Dichte.

    Warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte Luft.

    Ein höherer Luftdruck herrscht bei dichterer Luft.

    Lösung

    Tiefdruckgebiete bestehen aus warmer Luft. Da warme Luft eine geringe Dichte besitzt, herrscht in ihr auch ein vergleichsweise geringer Luftdruck.

    Hochdruckgebiete hingegen bestehen aus kalter Luft. Kalte Luft besitzt eine höhere Dichte. Deshalb herrschen in ihr auch höhere Drücke.

    Die Luftmassen strömen typischerweise aus einem Gebiet mit einem hohen Luftdruck in Gebiete mit einem niedrigen Luftdruck. Somit beeinflussen Hoch- und Tiefdruckgebiete maßgeblich das Wetter auf der Erde.

  • Gib an, wie die Sonneneinstrahlung die Jahreszeiten bewirkt.

    Tipps

    Die Erde bewegt sich in der Abbildung gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne.

    Winter auf einer Halbkugel herrscht in der Position, wo der entsprechende Teil der Erdachse von der Sonne weggeneigt ist.

    Sommer auf einer Halbkugel herrscht in der Position, wo der entsprechende Teil der Erdachse der Sonne zugeneigt ist.

    Lösung

    Im Winter erreicht weniger Sonnenstrahlung die entsprechende Halbkugel. Dies ist dann der Fall, wenn die Erdachse diese Halbkugel von der Sonne wegneigt.

    Die Halbkugel ist etwas weiter von der Sonne entfernt als die andere Halbkugel, auf der gerade Sommer ist. Durch den geringeren Einfallswinkel der Sonnenstrahlung gelangt weniger Strahlungsenergie auf die Oberfläche.

    Hast du schon mal Weihnachten auf der Südhalbkugel gefeiert mitten im Sommer?

  • Erkläre, wie die physikalischen Eigenschaften das Wetter beeinflussen können.

    Tipps

    Wie verhält sich die Dichte von warmer und kalter Luft?

    Bei welchen Temperaturen nimmt Luft mehr Feuchtigkeit auf?

    Wie verändert sich der Luftdruck im Gebirge in Anhängigkeit von der Höhe?

    Lösung

    Viele Faktoren wirken an der Entstehung des Klimas mit. Ihnen liegen verschiedenen physikalische Gesetzmäßigkeiten zu Grunde. Die Frage, warum jedoch an welcher Stelle der Erdoberfläche welches Klima entsteht, ist nur sehr umfangreich zu beantworten.

    Da das Klima maßgeblich von der Bewegungen in der Atmosphäre bestimmt wird, spielt die Luft mit ihren Eigenschaften ein zentrale Rolle. Durch die Erwärmung oder das Abkühlen von Luft können Hoch- und Tiefdruckgebiete entstehen, die wiederum einen Ausgleich anstreben. Dies hat in der Dichteabhängigkeit der Luft von ihrer Temperatur seinen Ursprung. Warme Luft hat eine geringere Dichte. Die unterschiedlich starke Erwärmung von Luft in verschiedenen Gebieten ist einmal von der Stärke der Sonneneinstrahlung generell abhängig sowie von den Eigenschaften der Erdoberfläche (Absorptionsvermögen, Energiespeicherfähigkeit) selbst.

    Es kommen weitere Faktoren hinzu wie die Wasserspeicherkapazität von Luft bei unterschiedlichen Temperaturen. Warme Luft speichert mehr Feuchtigkeit. Auch die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe spielt zum Beispiel in Gebirgen eine Rolle. Im Tal herrscht ein höherer Luftdruck als in der Höhe.

  • Gib an, wie das tropische Klima am Äquator entsteht.

    Tipps

    Welche beiden Eigenschaften sind wesentlich für ein tropisches Klima?

    Wann entsteht ein Tiefdruckgebiet, wann ein Hochdruckgebiet?

    Lösung

    Am Äquator bildet sich aufgrund der starken Sonneneinstrahlung das ganze Jahr über ein Tiefdruckgürtel (ITC) aus. Erwärmte Luft mit geringer Dichte verlässt die entsprechenden Gebiete. Der Luftdruck sinkt.

    Die warme Luft kann außerdem viel Feuchtigkeit aufnehmen. Am Äquator ist es daher nicht nur das ganze Jahr über warm, sondern es regnet auch sehr häufig.

  • Erschließe dir die wettertechnischen Folgen des ITC auf angrenzende Erdregionen.

    Tipps

    Welches Klima ist ebenfalls heiß, aber im Gegensatz zu den Tropen feuchtigkeitsarm?

    Lösung

    Eine Wüste, die durch das oben genannte Prinzip entsteht, ist die Sahara.

    Wüsten können auch durch das Zusammenspiel anderer Faktoren entstehen.

    Sie können beispielsweise auch an der windabgewandten Seite von Gebirgen entstehen, weil dort keine Niederschläge fallen.

    Eiswüsten sind im Gegensatz zu den Wüstenformen mit hohen Tagestemperaturen sehr kalt. Aber auch dort herrscht wegen der geringen Lufttemperatur ein Wassermangel.

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