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Polarzelle

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Polarzelle

Wenn Du an die Polarregionen denkst, denkst Du vielleicht an die kalten klimatischen Bedingungen? Wusstest Du, dass der Wind allgemein einen erheblichen Einfluss auf das Klima hat?

In dieser Erklärung befassen wir uns mit der Polarzelle, also der Windzirkulation oberhalb der Polarregionen und ihren Auswirkungen.

Polarzelle – Definition

Die Polarzelle entsteht über den Polarregionen und stellt einen wichtigen Teil der globalen Windsysteme dar. Die polaren Ostwinde, Polarfronten und Polarwirbel hängen unmittelbar mit der Polarzelle zusammen.

Die Polarzelle ist ein Teil des Systems der planetaren Zirkulation, die sich innerhalb der Troposphäre ereignet. Die Hadley-Zelle und die Ferrel-Zelle sind ebenfalls ein Teil dieses Systems.

Mehr zum globalen Windsystem erfährst Du in einer separaten Erklärung.

Polarzelle – Erklärung

Der Ursprung der Polarzelle liegt im erhöhten Luftdruck. Der hohe Luftdruck entsteht durch das Abwärtsfließen kalter und trockener Luftmassen über den Polarregionen.

Der Luftdruck verändert sich jeweils mit den Höhenunterschieden. Je höher es geht, also je weiter die Entfernung zur Erdoberfläche ist, desto niedriger ist der Luftdruck.

Außerdem kühlt sich die Luft bei niedrigem Luftdruck ab und kalte Luft steigt nicht weiter auf.

In Nähe des Bodens fließen die Luftmassen dann Richtung Äquator. Dort werden die Luftmassen aufgrund der Corioliskraft schräg nach Westen abgelenkt.

Die Corioliskraft wird durch die Erdrotation hervorgerufen. Die Kraft sorgt auf der Nordhalbkugel dafür, dass die vom Äquator weg wehenden Winde nach Osten abgelenkt werden und die zum Äquator hin wehenden Winde nach Westen abgelenkt werden. Auf der Südhalbkugel geschieht der Vorgang umgekehrt.

Mehr zum Thema Corioliskraft und Luftdruck findest Du in der gleichnamigen Erklärung!

Da es zum Äquator hin aufgrund der stärkeren Sonneneinstrahlung immer wärmer wird, haben sich die Luftmassen ungefähr ab dem 60. Breitengrad so stark erwärmt, dass sie wieder aufsteigen. Dass die warme Luft wieder aufsteigt, liegt daran, dass warme Luft leichter ist als kalte. Die aufgestiegene, warme Luft strömt an der Tropopause entlang zu den Polarregionen zurückkehren.

Die Tropopause stellt die Grenze zwischen der Troposphäre und der darüberliegende Stratosphäre dar.

In Richtung Äquator trifft die Polarzelle ungefähr ab dem 60. Breitengrad auf die Ferrel Zelle.

Mehr zum Thema Ferrel Zelle findest Du in unserer gleichnamigen Erklärung!

Entstehung der Polarzelle

Die Polarzelle ist ein Teil des Systems der planetaren Zirkulation, die innerhalb der Troposphäre stattfindet.

Die Hadley-Zelle und die Ferrel-Zelle sind ebenfalls ein Teil dieses Systems.

Die planetare Zirkulation ist ein Sammelbegriff für die atmosphärischen Zirkulationssysteme, die die Polarzelle, die Hadley Zelle und die Ferrel Zelle umfassen.

Mehr zum Thema Hadley Zelle findest Du in unserer Erklärung "Hadley Zelle".

Polarzelle – Aufbau

In den Polarregionen verliert die Luft mehr Wärme, als ihr zugeführt wird, wodurch sie sich insgesamt stark abkühlt.

Wie Du bereits gelernt hast, ist kalte Luft schwerer als warme, weshalb sich die Luftdichte erhöht.

Diese kalte und dichte Luft sinkt aufgrund der Schwerkraft aus der Höhe ab. Durch dieses Absinken von kalten, trockenen Luftmassen entsteht am Boden ganzjährig ein Hochdruckgebiet in Linsenform, das polares Kältehoch genannt wird.

Die absinkende Luft wird durchgehend durch Luft ersetzt, die aus niedrigeren Breiten polwärts nachströmt. Diese Höhenströmung wird durch die Corioliskraft auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links zu Höhenwestwinden umgelenkt.

In Nähe des Bodens strömen die Luftmassen dann in Richtung des Äquators. Am Äquator herrscht aufgrund der Wärme ein geringerer Luftdruck. Dabei werden die Luftmassen durch die Corioliskraft nach Osten abgelenkt.

Ab dem 60. Breitengrad sind die polaren Ostwinde so weit erwärmt, dass sie zusammen mit den dortigen wärmeren Luftmassen an der Polarfront aufsteigen.

An der Tropopause strömt Luft zurück zum Pol und fungiert somit als Gegenstrom. Über dem polaren Hoch sinkt die Luft wieder ab und schließt den Kreislauf wieder.

Die Polarzelle bezeichnet also eine einfache geschlossene polare Zirkulation.

Atmosphärische Zirkulation – Erklärung

Die atmosphärische Zirkulation wird auch planetare Zirkulation genannt und ist eine Sammelbezeichnung für alle atmosphärischen Zirkulationssysteme umfassen. Bei den Zirkulationssystemen handelt es sich um die Polarzelle, die Ferrel Zelle und die Hadley Zelle, wie Du auf Abbildung 2 siehst.

Die Zirkulationssysteme umfassen große Teile des Erdballs und bestimmen durch ihre Wechselwirkung die Wetterdynamik der Erdatmosphäre.

Polarzelle – Bedeutung

Die Polarzelle bringt weitere Phänomene mit sich, die Einfluss auf die Windzirkulationen und auch auf das Wetter haben.

Mehr zu den Themen "Wind" und "Wetter" findest Du in unseren gleichnamigen Erklärungen.

Polare Ostwinde

Die Luft am Boden strömt nur sehr langsam aus dem polaren Bodenhoch in Richtung des Äquators. Durch diesen Vorgang bildet sich eine großflächig einheitliche polare Luftmasse. Die Luft wird durch Reibung an der Erdoberfläche und die Corioliskraft abgelenkt, sodass sie aus Nordost beziehungsweise Südost in Richtung Äquator weht.

Die kalte Polarluft trifft ungefähr am Polarkreis auf die wärmere Luft der gemäßigten Breiten, die sie durch ihre größere Dichte soweit vom Boden abhebt, dass diese von den zirkumpolaren Höhenwestwinden polwärts getrieben werden kann.

Polarfront

Die Polarfront stellt die Fläche dar, die die subtropische Warmluft und die entgegengesetzt strömenden Luftmassen der polaren Kaltluft voneinander abgrenzt.

Die Polarfront trennt in erster Linie zwei Hauptluftmassen, die subtropische Warmluft und die polare Kaltluft. Deshalb wird sie auch als klimatische Front bezeichnet.

Die Polarfront ist nicht gleichmäßig ausgebildet, sondern verschiebt sich mit dem großräumig unterschiedlichen Vordringen polarer und warmer Luftmassen nach Süden beziehungsweise Norden in den sogenannten Rossby-Wellen.

Polarwirbel

Polarwirbel sind durch die Absinkbewegung der Luft in der Polarzelle hervorgerufene große Höhentiefs, die als abwärts gerichtete kalte Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreichen.

Die Polarwirbel stellen einen wesentlichen Teil der planetaren atmosphärischen Zirkulation dar. Wie auch bei Wirbelstürmen auf der Nord- und Südhalbkugel, entstehen Polarwirbel durch die unterschiedliche Rotation der Atmosphäre um die Erde, die entgegengesetzt der Drehrichtung der Erde ist.

Ein Wirbelsturm ist ein starker Sturm, der besonders häufig in den Tropen vorkommt. Ein Wirbelsturm bewegt sich außerdem um einen Mittelpunkt kreisend fort.

Über der Arktis und der Antarktis handelt es sich aufgrund der negativen Strahlungsbilanz der Pole bei den Polarwirbeln um thermisch bedingte kalte Hochdruckgebiete.

Eine negative Strahlungsbilanz besteht, sobald die Atmosphäre weniger kurzwellige Sonnenstrahlen absorbiert als langwellige Strahlung abgibt.

Die von der Sonne kommende Strahlung wird kurzwellig genannt und hat eine Wellenlänge von 0,2 bis 3 Mikrometern. Die von der Erdoberfläche und Atmosphäre ausgehende Wärmestrahlung wird langwellig genannt und hat eine Wellenlänge von 3 bis 60 Mikrometer.

Ein Polarwirbel kann sich nur bilden, wenn die Stratosphäre über den Polen kalt genug ist.

Bei der Stratosphäre handelt es sich um die zweite Schicht der Erdatmosphäre. Die Stratosphäre liegt somit über der Troposphäre.

Polarwirbelsplit

Auch für das Wettergeschehen in unseren Breiten sind die Polarwirbel auf der Nordhalbkugel und der Südhalbkugel jeweils von großer Bedeutung.

Wenn im Oktober in Sibirien schon außergewöhnlich viel Schnee fällt, entstehen über der Schneedecke am Boden besonders tiefe Temperaturen.

Das Kältehoch über Sibirien wird dadurch überdurchschnittlich stark und blockiert dann auf der Nordhalbkugel den von West nach Ost gerichteten troposphärischen Polar-Jetstream. Dieser schwenkt deshalb stark zu flussschlingenartigen Bewegungen aus. Die Tiefdruckwirbel, die vom Polar-Jetstream mitgeführt werden, werden dadurch zu großen Umwegen gezwungen. Die Zirkulation wird aus diesem Grund meridional, also parallel zu den Längenkreisen orientiert.

Die Windgeschwindigkeiten nehmen demzufolge stetig weiter ab, bis nach ungefähr 3 Monaten der polare Stratosphärenjet so instabil wird, dass über der Polarregion Warmluft in die Stratosphäre vordringen kann.

Diese Stratosphärenerwärmung führt zum Zusammenbruch des Polarwirbels, der sich dann in zwei kleinere Wirbel aufspaltet – in den Polarwirbelsplit. Dies findet im Januar des Folgejahres statt.

Einer der zwei kleineren Wirbel befindet sich dann über Europa und der andere über dem nördlichen Teil Nordamerikas und Kanadas.

Polarzelle – Das Wichtigste

  • Die Polarzelle ist ein Teil des Systems der planetaren Zirkulation, die sich innerhalb der Troposphäre ereignet.
  • Die Hadley-Zelle und die Ferrel-Zelle sind ebenfalls ein Teil dieses Systems.
  • Der Ursprung der Polarzelle liegt im Abwärtsfließen kalter trockener Luftmassen über den Polarregionen, wodurch der Luftdruck erhöht wird.
  • Zu den Besonderheiten bei der Polarzelle zählen der Polarwirbelsplit, die Polarwirbel, Polarfront und polare Ostwinde.
  • Die Polarfront stellt die Fläche dar, die die subtropische Warmluft und die entgegengesetzt strömenden Luftmassen der polaren Kaltluft voneinander abgrenzt.
  • Polarwirbel sind durch die Absinkbewegung der Luft in der Polarzelle hervorgerufene große Höhentiefs, die als abwärts gerichtete kalte Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreichen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Polarzelle

Der Ursprung der Polarzellen liegt im erhöhten Luftdruck, der durch das Abwärtsfließen kalter und trockener Luftmassen über den Polarregionen entsteht.

Die planetarische Luftzirkulation umfasst alle atmosphärischen Zirkulationssysteme, die die Wetterdynamik der Erdatmosphäre durch ihre Wechselwirkung bestimmen.

Das polare Kältehoch ist ein linsenförmiges Hochdruckgebiet, welches durch das Absinken trockener und kalter Luftmassen das ganze Jahr über am Boden entsteht.

Die Polarfront stellt die Fläche da, die die subtropische Warmluft und die entgegengesetzt strömenden Luftmassen der polaren Kaltluft voneinander abgrenzt.

Finales Polarzelle Quiz

Frage

Was zusammen bildet das System der planetaren Zirkulation?

Antwort anzeigen

Antwort

die Polarzelle zusammen mit der Hadley-Zelle und der Ferrel-Zelle

Frage anzeigen

Frage

Worin liegt der Ursprung der Polarzellen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • im Abwärtsfließen kalter trockener Luftmassen über den Polarregionen, wodurch der Luftdruck erhöht wird. 
  • In Bodennähe fließen diese Luftmassen dann Richtung Äquator, wobei sie durch die Corioliskraft schräg nach Westen abgelenkt werden.
Frage anzeigen

Frage

Wie wird die Polarzelle von der Ferrel-Zelle getrennt?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch instabile Rossby-Wellen mit Polarfronten

Frage anzeigen

Frage

Wie stabil ist die Polarzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Sehr stabil, außer am Rand im Bereich der Polarfront

Frage anzeigen

Frage

Wie wird das in der Polarzelle ganzjährige linsenförmige Hochdruckgebiet genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

polares Kältehoch

Frage anzeigen

Frage

Was sind Höhenwestwinde?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Höhenströmungen (Luft, welche aus niedrigeren Breiten polwärts nach strömt), die durch die Corioliskraft auf der Nordhemisphäre nach rechts, auf der Südhemisphäre nach links abgelenkt werden.

Frage anzeigen

Frage

Was zählt zu den Besonderheiten bei der Polarzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

  • der Polarwirbelsplit
  • die Polarwirbel
  • Polarfront 
  • polare Ostwinde
Frage anzeigen

Frage

Was ist die Polarfront?

Antwort anzeigen

Antwort

die Grenzfläche zwischen den entgegengesetzt strömenden Luftmassen der polaren Kaltluft und der subtropischen Warmluft

Frage anzeigen

Frage

Warum wird die Polarfront auch als klimatische Front bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Da die Polarfront zwei Hauptluftmassen voneinander trennt.

Frage anzeigen

Frage

Wie verschiebt sich die Polarfront?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie verschiebt sich mit dem großräumig unterschiedlichen Vordringen polarer und warmer Luftmassen nach Süden bzw. Norden in den sogenannten Rossby-Wellen.

Frage anzeigen

Frage

Wofür ist die Polarfront das Ursprungsgebiet?

Antwort anzeigen

Antwort

Für die das Wettergeschehen stark bestimmenden, dynamischen Tiefdruckgebiete in den höheren Mittelbreiten.

Frage anzeigen

Frage

Wodurch bilden sich Polarwirbel?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Absinkbewegung der Luft in der Polarzelle.

Frage anzeigen

Frage

Was sind Polarwirbel?

Antwort anzeigen

Antwort

Großräumige Höhentiefs, welche als abwärts gerichtete, kalte Tiefdruckwirbel bis in die mittlere Troposphäre hinabreichen.

Frage anzeigen

Frage

Warum entstehen Polarwirbel?

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund der unterschiedlichen Rotation der Atmosphäre um die Erde entgegen der Drehrichtung der Erde.

Frage anzeigen

Frage

Unter welchen Voraussetzungen kann sich ein Polarwirbel bilden?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Polarwirbel kann sich nur bilden, wenn die Stratosphäre über den Polen ausreichend kalt ist.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Polarwirbelsplit?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Zusammenbruch eines Polarwirbels in zwei kleinere Wirbel.

Frage anzeigen

Frage

Wo liegen die zwei Wirbel des Polarwirbelsplitts?

Antwort anzeigen

Antwort

  • einer über dem Norden Nordamerikas und Kanadas
  • einer verlagert sich nach Europa oder noch weiter östlich.
Frage anzeigen

Frage

Wodurch entsteht ein Polarwirbelsplit?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch im Oktober besonders tiefe Temperaturen über Sibirien.

Frage anzeigen
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