Passatinversion

Passatinversion

Die Passatzirkulation zwischen den Wendekreisen und der ITC. Am Boden strömen die Passatwinde zum Äquator, lösen Niederschläge aus, in der Höhe strömen Sie zurück. © wetter.com

Bei der Passatinversion handelt es sich um eine Inversion, die in den tropischen Breiten aufgrund der Passatwinde und der damit zusammenhängenden Höhenströmung entsteht. Dabei handelt es sich um ein komplexes System aus Luftdruckunterschieden, den dazugehörigen Winden, Temperaturdifferenzen und Unterschieden in der Luftfeuchtigkeit.

Die Passatzirkulation
Die allgemeine Zirkulation zwischen den Wendekreisen bei rund 23,5° nördlicher beziehungsweise südlicher Breite und dem Äquator ist derart, dass Luft von den Wendekreisen hin zum Äquator strömt. Dies sind die Passatwinde, der Nordost- und Südostpassat. Dieses Gebiet wird auch die Passatzone genannt.

Am Äquator befindet sich die sogenannte Innertropische Konvergenzzone (ITZ/ITC). Das bedeutet, dass hier in den Tropen die Luft zusammenströmt und folglich aufsteigen muss. Dabei kühlt sie sich ab, die kühlere Luft kann das enthaltene Wasser nicht mehr binden, es kondensiert und es bilden sich Regenwolken. Die Luft steigt bis an die obere Grenze der Troposphäre - die Wetterschicht der Atmosphäre. Auch dort befindet sich, fast so undurchlässig wie der Erdboden, eine Sperrschicht, an der die Luft nicht weitergelangt. Sie muss folglich auseinanderströmen und fließt in großer Höhe zurück in Richtung Wendekreise, wo sie in den großen Hochdruckgebieten wieder absinkt.

Auslöser für die Passatinversion
Dieser Kreislauf scheint energetisch komplett geschlossen zu sein, jedoch gibt es einen wichtigen Prozess bei der Reise der Luft innerhalb der Passatzirkulation: Sie verliert in den Tropen ihre Feuchtigkeit.

Wenn Luft auf- oder absteigt, gibt es einen großen Unterschied, ob dies feucht oder trocken geschieht. Steigt feuchte Luft auf, kühlt sie sich pro 100 Meter Höhe um etwa 0,6 Grad ab (feuchtadiabatisch). Das gleiche gilt für das Absinken. Bei trockener Luft  geschieht das jedoch mit rund 1,0 Grad pro 100 Meter Höhendifferenz (trockenadiabatisch). Trockene Luft verändert sich beim Auf- oder Absinken damit immer extremer als feuchte Luft.

Steigt demnach die Luft in den Tropen auf, kühlt sie sich nur relativ leicht ab, verliert beim Aufstieg durch das Abregnen aber ihre Feuchtigkeit und strömt dann zu den Wendekreisen. Dort sinkt die Luft wieder ab und erwärmt sich - weil trocken - auf höhere Temperaturen als in den Tropen. Die bodennahe Luft erwärmt sich zwar auch, ist aber feucht und damit nur gering. Von oben drückt die warme Luft nach unten, sodass diese ab einem bestimmten Niveau wärmer ist als die darunter befindliche.

Solch eine Schichtung wird als Inversion bezeichnet - in diesem Fall als Passatinversion. Sie befindet sich in den mittleren Tropfen bei rund 2000 bis 3000 Metern Höhe und sinkt zu den Wendekreisen hin auf ein paar Hundert Meter ab. 

Der Grund für die Trockenheit
Eine der direkten Auswirkungen der Passatinversion ist das trockene Klima in den Passatregionen. Die Luft in den unteren Schichten ist feucht, sodass sich durchaus Quellwolken mit der Sonneneinstrahlung bilden wollen. Die Temperaturabnahme mit der Höhe ist aufgrund der starken Turbulenz durch die Sonneneinstrahlung in den unteren Luftschichten recht gering, wodurch das Entstehen von großen Quellwolken bereits leicht gehemmt wird. Unter sonstigen Bedingungen würden aber aufgrund von Störungen dennoch Wolken entstehen.

Nun kommt die Passatinversion ins Spiel. Sollten sich nämlich dennoch Quellwolken bilden, treffen diese in nicht allzu hohen Schichten auf die Inversion und können dort nicht weiter anwachsen. Die Inversion bildet einen kaum durchdringbaren Deckel.

Es bilden sich folglich nur kleine, sogenannte Passatcumuli. Sollten einzelne Quellwolken doch die Inversion durchbrechen, treffen sie oberhalb der Schicht auf sehr trockene Luft und verdunsten dort. Ein Weiterwachsen der Wolke wird stark erschwert und aus solchen Wolken kann kein Niederschlag fallen. Hauptsächlich deshalb konnten sich die großen Wüsten in den Passatregionen ausbreiteten, die sogenannten Passatwüsten.

Ausnahme mit großer Bedeutung
Am westlichen Rand der Kontinente - besonders am Westrand von Afrika, knapp nördlich des Äquators - treten immer wieder Störungen innerhalb der Passatregion auf. Je weiter man sich der ITC annähert, desto mächtiger wird die feuchte und konvektive Schicht unterhalb der Passatinversion. Über den Küsten, wo Feuchte und Wärme zusammentreffen, kann die Konvektion unterhalb der Inversion so stark werden, dass sie die Inversion nicht nur durchbricht, sondern komplett aushebelt. Dies geschieht nur lokal, womit die Energie gebündelt wird - ähnlich wie bei sehr lokalen, aber großen Unwettern bei Hitze unter Hochdruckeinfluss in Deutschland.

Die sich bildenden Gewitter entwickeln sich zu Wellen, also kleinen Tiefs, die in der Ostströmung nach Westen wandern. Sie werden deshalb "Easterly Waves" genannt. Die energiereichen und schnell wachsenden Störungen sind oft die Initialzündung für Tropenstürme und in ihrer Weiterentwicklung für Hurrikans.

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