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Strahlströme - Vorkommen und Entstehung

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Strahlströme sind Starkwindbänder in der oberen Troposphäre. Sie markieren meist die Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Luftmassen oder resultieren aus einem starken horizontalen Druckgradienten.

Definition laut WMO

Laut der World Meteorological Organization (WMO) ist ein Jetstream definiert als ein starker, schmaler (Wind-)Strom, der entlang einer nahezu horizontalen Achse in der Troposphäre oder auch in der Stratosphäre konzentriert ist, der desweiteren durch starke vertikale und horizontale Windgeschwindigkeits-Gradienten (= Windscherungen) charakterisiert ist und der ein oder mehrere Geschwindigkeitsmaxima aufweist.

Bild: Windmaxima in ca 10 km Höhe (300 hPa) markieren die jeweils aktuelle Lage des Polarjets (Bildquelle WetterOnline)

Bedeutung der Definition

Bei einem Jetstream handelt es sich also, einfach gesprochen, um einen langen, horizontalen und schmalen Starkwindschlauch. Zwecks einer einheitlichen Bezeichnung hat man sich darauf geeinigt, daß solch ein Starkwindschlauch an min. einer Stelle eine minimale Windgeschwindigkeit von 30 m/s (etwa 60 Knoten (1 Knoten = 1,852 km/h)) erreichen muß, bevor man ihn als Jetstream bezeichnet. Schwächere Windbänder werden als kräftige (Höhen-)strömung, aber eben nicht mehr als Jetstream angesehen. In der Praxis werden in Einzelfällen Windgeschwindigkeitsmaxima von mehr als 150 m/s (ungefähr 550 km/h) erreicht, und Werte um 200 bis 300 km/h sind keine Seltenheit.

Polarfrontjet und Subtropenjet

In der obigen Defintion wird ganz allgemein von einem Vorkommen eines Strahlstromes irgendwo in der Troposphäre oder Stratosphäre gesprochen. Im Speziellen treten jedoch weltweit gesehen im wesentlichen zwei große Strahlstromsysteme innerhalb der (oberen) Troposphäre auf: der Subtropenstrahlstrom und der Polarfrontstrahlstrom . Die Stratosphäre wird im Rahmen dieser Ausführungen nicht weiter betrachtet.

  • Der Subtropenstrahlstrom befindet sich über dem subtropischen Hochdruckgürtel etwa längs einer gedachten Linie von den Bermuda-Inseln (Stichwort: Bermuda-Hoch) über die kanarischen Inseln, Nordafrika, dem Persischen Golf, Indien, Südchina und dem Pazifik hinweg bis nach Kalifornien. Er liegt in einer mittleren Höhe von etwa 12 Kilometern über Grund, also knapp unterhalb der tropischen Tropopause in der tropischen Luftmasse. Beim Subtropenjet handelt es sich um ein quasi-zonales (also entlang eines Breitenkreises verlaufendes), beständiges westliches Starkwindband .
  • Der Polarfrontjet hingegen verläuft weit weniger zonal, vielmehr stark mäandrierend , und weist im Mittel weder die Stärke noch die Persistenz des Subtropenjets auf. Es handelt sich um kurze (meist mehrere hundert bis gut über 1000 Kilometer) lange Starkwindbänder, die sehr eng an die mittel- und hochtroposphärischen Wellenmuster gekoppelt sind. Besonders im Winter findet man recht kräftige Polarfrontstrahlströme im Bereich scharfer Luftmassengrenzen (Polarluftmasse und Subtropen-Luftmasse).

Soweit zu den grundlegenden Eigenschaften von Jetstreams. Offen ist nun aber noch die wichtige Frage nach der Entstehung dieser beiden Starkwindbänder ?

Entstehung von Strahlströmen

Da in kalter, dichter Luft (z.B. in einer Polarluftmasse) der Luftdruck schneller mit der Höhe abnimmt als in warmer (z.B. in einer Subtropenluftmasse), bildet sich ein vom Bodenniveau, wo die Druckwerte horizontal überall etwa gleich sind, ein mit der Höhe immer stärker zunehmendes Druckgefälle auf. Somit ist in einer Höhe H (z.B. 5 km Höhe, in der Mitte der Troposphäre der gemäßigten Breiten) der Luftdruck in der Warmluftmasse also höher als in der Kaltluftmasse. Die resultierende Druckgradientkraft ist stets vom hohen zum tiefen Druck gerichtet und beschleunigt daher die Luft in Richtung des tiefen Luftdruckgebietes. Da nun auf ein bewegtes Luftpaket auf der rotierenden Erde zusätzlich auch noch die Corioliskraft wirkt (diese wirkt auf der Nordhalbkugel stets nach rechts zur Bewegungsrichtung), stellt sich ein geostrophisches Kräftegleichgewicht ein, sobald die Strömung parallel zum Druckgefälle verläuft. Damit ist geklärt, warum der Wind vor allem im Bereich von scharfen Luftmassengrenzen mit der Höhe deutlich zunimmt.

Bleibt aber noch die Frage, warum er am Oberrand der Troposphäre wieder abnimmt (die Rede war ja von einem Starkwindschlauch!). Die Ursache hierfür ist, daß sich ab einer bestimmten Höhe die Temperatur- und damit auch die Druckunterschiede wieder abschwächen. Infolgedessen schwächt sich auch der Wind im Tropopausenniveau wieder ab.

Als Faustregel für das Geschwindigkeitsmaximum (also für die Lage des Jetstreams) gilt folgendes: Der Subtropen- oder der Polarfrontstrahlstrom liegen jeweils etwa 1 Kilometer unterhalb der Tropopause in der warmen Luftmasse.

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