Die Kugel der Änderung

Wie im Thema des Tages vom 17.10.2025 „angedroht“, gibt es heute eine Fortsetzung. Dem Aufbau der Atmosphäre von unten nach oben folgend, sollen nun ein paar Aspekte der Troposphäre etwas näher betrachtet werden.

Der Name dieser Schicht leitet sich aus dem altgriechischen Wort „tropé“ – Änderung, Wendung und dem Wort „sphaira“ – Kugel ab. Die Beschreibung als „Kugel der Änderung“ ist ziemlich passend, spielt sich doch fast unser gesamtes Wettergeschehen hier ab.

Grundlage für die Abgrenzung dieser Schicht ist der vertikale Temperaturgradient. In der Troposphäre ist dieser negativ, dabei wird es pro 1000 m, die man sich nach oben bewegt, um 6,5 Kelvin (im Mittel) kälter. Das liegt daran, dass mit der Höhe der Luftdruck sinkt. Ein Luftpaket in größerer Höhe dehnt sich also aus. Die benötigte „Ausdehnungsenergie“ führt dann zu einer Abkühlung. An den Polen dominiert dieser Effekt bis in eine Höhe von etwa 8 km, am Äquator bis rund 17 km. Um ein Gefühl für diese Höhe zu bekommen: Der Mount Everest ist 8848 m hoch. Stände er an einem der Pole, würde er also meistens aus der Troposphäre herausragen.

Nach unten stellt natürlich der Erdboden die Begrenzung dar, nach oben hin jedoch die Tropopause. Der Temperaturgradient kehrt hier sein Vorzeichen um, es wird darüber dementsprechend wärmer mit der Höhe. Über den Polen findet diese Temperaturumkehr bei etwa -50 °C, über dem Äquator bei etwa -80 °C statt. Solche Inversionen bedeuten stabile Verhältnisse, daher fungiert die Tropopause als eine Art Barriere, die Wolken (fast) nicht durchbrechen können.

Wo wir schon bei Wolken sind: Die Troposphäre ist gekennzeichnet durch ein ständiges Auf und Ab der Luft. Vor allem durch die Sonneneinstrahlung kommt es zu Unterschieden in der Temperatur und das führt zu Gebieten aufsteigender warmer Luft und absinkender kalter Luft. Da sich fast der gesamte Wasserdampf der Atmosphäre in der Troposphäre befindet, machen Wolken diese ständigen Veränderungen und Luftverwirbelungen für uns in Teilen sichtbar. Kleinskalige aber auch große, hunderte von Kilometer überspannende Zirkulationen sind die Folge.

Ein Beispiel für letztere ist die Planetare Zirkulation (siehe Abbildung 1). In dieser transportiert die Hadleyzelle aufsteigende Luft aus den Tropen (genauer: von der Innertropischen Konvergenzzone) in die Subtropen, wo die Luftmassen absinken. Diese geographischen Breiten werden auch als „Rossbreiten“ bezeichnet. Woher der Name ursprünglich stammt ist nicht ganz geklärt. Eine Vermutung besagt, dass durch die oft windarmen Verhältnisse frühere Seefahrer ihre verdurstenden Pferde über Bord werfen mussten und dadurch der Name entstanden ist. Von den „Rossbreiten“ fließt die Luft in Richtung Tropen zurück. Die Ablenkung durch die Corioliskraft sorgt dabei auf der Nordhalbkugel für eine Rechtsablenkung und führt zu den Passatwinden, die insbesondere von der Schifffahrt genutzt wurden.

Abb. 1: Schematische Darstellung der planetaren Zirkulation. (Quelle: Deutscher Bildungsserver)

Die Polarzelle ist das Pendant im Bereich der Pole. Dort sinkt die kalte Luft ab und strömt am Boden weg vom Pol. Etwa bei 60 ° Nord bzw. Süd steigt die sich erwärmende Luft auf und strömt in der Höhe wieder zu den Polen. Zwischen diesen Zellen ergibt sich damit eine dritte Zirkulation, die sogenannte Ferrelzelle. Sie ist für die bodennahen Westwinde in den mittleren Breiten verantwortlich.

In etwa 10 bzw. 12 km Höhe zwischen den Zirkulationszellen befinden sich starke Westwindbänder – bekannt sind sie unter den Namen Polar- bzw. Subtropenjet. Der Polarjet stellt dabei eine immens wichtige Komponente für unser Wettergeschehen dar. Das zum Teil wilde Wellenmuster, mit Rücken, Trögen, Randtrögen oder Cut-offs bestimmt, welches Wetterregime uns erwartet. Aber auch der Flugverkehr macht sich die starken Winde zu Nutze und passt die Flugrouten an ihren Verlauf an um Treibstoff zu sparen.

Wir haben nun etwas über eines der größten Zirkulationssysteme der Troposphäre gelernt. Natürlich gibt es noch viele andere spannende Systeme, wie zum Beispiel die Walker-Zirkulation über dem Pazifik, die nur einen Teil einer den Äquator umspannenden Zirkulationsreihe ist. Doch das würde den Rahmen dieses Thema des Tages sprengen. Des Weiteren warten noch weitere atmosphärische Schichten darauf, etwas genauer betrachtet zu werden. Sie dürfen also gespannt bleiben…

M.Sc. (Meteorologe) Fabian Chow
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 01.11.2025
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