Druckgradient Archives

Wind bezeichnet im Allgemeinen die Verlagerung von Luftteilchen. Da die Teilchen nicht nur ihre Richtung, sondern auch ihre Stärke bei der Verlagerung ändern, ist der Wind eine Vektorgröße. Er wird in verschiedenen Höhen ermittelt, wobei die Angabe des Bodenwindes immer aus Messungen in 10 Metern Höhe erfolgen. In der Meteorologie unterscheidet man den Mittelwind von den Windspitzen. Der Mittelwind wird über 10 Minuten sowohl in Richtung als auch Stärke gemittelt. Die Richtung wird in Grad, die Stärke in Beaufort und die Geschwindigkeit in Deutschland meist in Kilometer pro Stunde angegeben. Die Windspitzen sind auch gemittelt, aber über eine Länge von 3 Sekunden. Ausgegeben werden sie unter anderem als Windspitze des Tages oder der Stunde.

Die Windspitzen können je nach Wetterlage deutlich vom Mittelwind abweichen. Bei einem Gewitter, wo die maximale Böe oft nur wenige Minuten andauert, kann der Unterschied zwischen Mittelwind und Spitze mehrere Beaufort betragen. Daher ist die Dokumentation der Windspitzen hier besonders wichtig.

Nun bewegen sich die Luftteilchen nicht einfach so, sie werden von den auf der Erde herrschenden Luftdruckunterschieden angetrieben. Da die Natur immer ein Gleichgewicht anstrebt, bewegen sich die Luftteilchen vom höheren zum niedrigeren Druck. Es handelt sich um einen Massenstrom mit dem Ziel, den Druckgradienten auszugleichen. Je größer die Druckunterschiede sind, umso schneller bewegen sich die Teilchen und umso höher ist die Windgeschwindigkeit. Dabei übt der Wind auf alles, was in seiner Strömungsrichtung liegt Druck aus – die entstehende Kraft heißt Winddruck oder Windkraft.

Windkraftanlagen machen sich die Windkraft zu Nutze und wandeln die kinetische Energie (Bewegungsenergie) des Windes in elektrische Energie um. Dabei werden die Rotorblätter vom Wind in Bewegung versetzt, was eine Rotationsenergie erzeugt. Die Rotorwelle im Inneren der Windkraftanlage nimmt das Drehmoment auf und leitet es an den Generator weiter. Dieser wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um. Diese Energie gelangt dann über einen Transformator in unser Stromnetz.

Je höher die Windgeschwindigkeit ist, umso stärker ist der Antrieb an den Rotorblättern. Damit erhöht sich das Drehmoment und schließlich auch die elektrische Energie. Die meisten Anlagen schalten sich bei einem Mittelwind von 3 bis 4 Metern pro Sekunde (entspricht etwa 10 bis 15 km/h) ein. Eine automatische Abschaltung erfolgt bei Windgeschwindigkeiten ab etwa 90 km/h. Das schützt die Anlage vor Sturmschäden und das Stromnetz vor Überlastung.

Kommen wir nun zum Weltwindtag. Der geht auf die European Wind Energy Association zurück. Durch sie wurde bereits 2007 der Wind Day ins Leben gerufen, um auf die Bedeutung der Windenergie in der heutigen Zeit hinzuweisen. Seit ihrer Kooperation mit globalen Windenergiekonsortien wurde aus dem ursprünglich europäischen Aktionstag ein weltweiter. Der Auftrag ist aber geblieben: Die Windenergie und ihre Rolle in der Gesellschaft hervorzuheben. Das diesjährige Motto lautet „our wind, our community“ und soll verdeutlichen, dass Windenergie am besten funktioniert, wenn alle mitmachen.

Windkraftanlagen sind nicht unumstritten. Für die einen „verschandeln“ sie die Umgebung, für andere stellen sie eine Gefahr für die Flora und Fauna dar. In der Meteorologie stören Windkraftanlagen häufig Radarmessungen. Da sie sich aber selten bewegen, kann man mit klugen Rechenoperationen die erzeugten Fehlmessungen ausbessern.

Diplom-Meteorologin Jacqueline Kernn
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 15.06.2026
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

In Mitteleuropa hat sich wettertechnisch aktuell ja etwas breit gemacht, was sich nicht nur wie Winter anfühlt, sondern was in höheren Lagen auch wie Winter aussieht – auch wenn der Blick auf den Kalender etwas anderes verspricht. Immerhin kann man aber konstatieren, dass sich über Mitteleuropa der Wind etwas beruhigt hat. Dieser ist in den vergangenen Tagen ja mitunter auch recht ruppig unterwegs gewesen.

Wenn man den Atlantik, das Mittelmeer oder auch das Nordmeer mit in die Betrachtung einbezieht, so zeigen sich aber auch aktuell einige Ecken, in denen der Wind auf die Tube drückt. Die beigefügte Abbildung zeigt für den gestrigen Mittwochmorgen in Gelb-, Orange- und Brauntönen Gebiete mit stärkerer Windentwicklung (Modelldaten aus ICON). Diesbezüglich fällt die Nordsee ins Auge, aber auch der Nordatlantik südöstlich von Grönland oder das westliche Mittelmeer (die beiden letztgenannten Gebiete sind dabei mit einem roten Kreis markiert). Im Mittelmeer ist es übrigens der Mistral – das bekannteste Windphänomen im bzw. am westlichen Mittelmeer – der mit voller Sturmstärke aus dem Rhônetal in den Löwengolf weht. Weitere Informationen zum Mistral stehen übrigens im zur Verfügung.

Neben den Starkwindfeldern sind in der Karte noch einige Hoch- und Tiefdruckzentren sowie die Isobaren, also die Linien gleichen Luftdrucks zu erkennen. Auffällig ist, dass der Wind immer dort kräftiger ausfällt, wo die Isobaren relativ eng zusammen liegen. Man sagt auch der Druckgradient, also der Druckunterschied in einer vorher festgelegten Entfernung, ist hoch. Und dieser Druckgradient ist oftmals, aber nicht immer der Auslöser für starken Wind.

Bei genauem hinsehen fällt auf: Obwohl der Mistral sogar etwas stärker weht als der namenlose Wind südöstlich von Grönland, ist der Druckgradient über dem westlichen Mittelmeer ein wenig schwächer ausgeprägt als auf dem Atlantik. Die entsprechenden Zahlenwerte finden Sie in den jeweiligen Erklärungskästen. Der Isobarenabstand bezieht sich dabei auf einen Druckunterschied von 3 Hektopascal und wurde im Bereich des stärksten Windes ermittelt.

Ist das ein Widerspruch zu der Aussage, dass der Wind vom Luftdruck abhängt? Nein, es gibt natürlich eine Erklärung. Sie wird von der Formel für den geostrophischen Wind geliefert, hier in einer etwas abgespeckten und damit appetitlicheren (oder einfach nur leichter verdaulichen) Form. Der geostrophische Wind stellt sich ein, wenn nur der Druckgradient und die von der Erdrotation verursachte Corioliskraft wirken. In der hier betrachteten zweidimensionalen Form lautet sie

Diese Formel ist weit weniger kompliziert als sie auf den ersten Blick aussieht. Der Wind, hier mit v abgekürzt, ist proportional zu Δp/Δx , dem letzten Faktor der Gleichung. Und der stellt letztendlich nichts anderes als den Druckgradienten dar, also die Änderung des Druckes p entlang einer Strecke x. Ist der Faktor groß, weht auch der Wind v entsprechend stark. Und wenn Δp/Δx zunimmt bzw. abnimmt, nimmt auch der Wind zu oder ab.

Im vorderen Teil der Gleichung stehen die drei physikalischen bzw. meteorologischen Größen ρ (Rho), ω (Omega) und sinφ (Sinus Phi). Sie stehen (zusammen mit dem Faktor 2, der hier im Weiteren unterschlagen wird) alle im Nenner eines Bruchs. Mit anderen Worten: Wenn diese Werte anwachsen, wird der Wert des Bruches kleiner und der Wind nimmt – von seinem Betrag her – ab.

Bei der Größe ω handelt es sich um die Winkelgeschwindigkeit der Erde, ein Maß für deren Rotationsgeschwindigkeit. Sie ist glücklicherweise konstant, sonst hätten wir zu den aktuell ohnehin schon großen Problemen auf unserem Planeten noch einige mehr zu meistern. Die zweite Größe ist ρ, die Luftdichte. Ist sie hoch, etwa auf der Erdoberfläche, so ist der Wind relativ schwach. Ist sie gering, etwa in größeren Höhen, so ist der Wind kräftiger. Für unsere Fragestellung aber ist sinφ die entscheidende Größe. Dabei ist φ selbst der Winkel der jeweiligen geographischen Breite, d.h. φ ist am Äquator 0°, am Nordpol 90° groß. Daraus ergibt sich für sinφ am Äquator der Wert null, am Nordpol aber der Wert eins – und sinφ wird kontinuierlich größer, je weiter man nach Norden zum Pol kommt.

Bezogen auf die Windgeschwindigkeit lässt sich daraus ableiten, dass der Wind bei gleichem Δp/Δx und bei gleicher Luftdichte ρ in höheren Breiten (also weiter im Norden) schwächer weht als in der Nähe des Äquators. Und genau das konnte man auch am gestrigen Mittwoch beobachten. Obwohl im Bereich des Mistrals der Druckgradient etwas geringer gewesen ist als über dem Nordatlantik, zeigte sich der Wind dort schneidiger als im höheren Breiten. Und dieser Effekt ist genau diesen höheren Breiten geschuldet.

Auf der Südhalbkugel verhält es sich übrigens ähnlich – aber mit umgekehrtem Vorzeichen. Der Wind wird bei gleichem Druckgradienten schwächer, je näher man zum Pol kommt. Aber er wird durch die Erdrotation dort in die andere Richtung abgelenkt. Mathematisch macht sich dies durch ein „Minus“ bemerkbar, das sich über sinφ in die Gleichung „schummelt“. Und offensichtlich zeigt sich dies auch daran, dass auf der Südhalbkugel, im Gegensatz zur Nordhalbkugel, der Wind im Uhrzeigersinn um Tiefdruckgebiete und entgegen dem Uhrzeigersinn um Hochdruckgebiete weht.

Dipl.-Met. Martin Jonas
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 25.04.2024
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

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