Hadley-Zelle

Schematische Darstellung der Hadley-Zirkulation

Die Hadley-Zirkulation ist eine planetarische, thermisch bedingte Vertikalzirkulation zwischen dem Subtropen-Hochdruckgürtel und der äquatorialen Tiefdruckrinne. In Beobachtungen ist sie recht gut zu erfassen, zeigen doch Wolkenkonvektion, Lage des Subtropenjets oder die permanent wehenden Passatwinde stets die Ausdehnung der Zelle an.

Die mit der geographischen Breite variable Strahlungsbilanz bewirkt ein permanentes Temperaturgefälle zwischen den äquatorialen und den polaren Gebieten der Erde. Zum Ausgleich muss ein meridionaler Energietransport stattfinden, der sowohl über die Ozeane als auch über die Atmosphäre erfolgt. Beobachtungen zeigen, dass diese thermisch angeregte Zirkulation jedoch nicht von den Tropen bis zu den Polen reicht, sondern nur bis ca. 30° geographischer Breite realisiert ist. Diese Strömung wird Passatzirkulation oder auch Hadley- Zirkulation genannt und in einfachen, idealisierten Beschreibungen als eine geschlossene Zelle angesehen.

Im Bereich des Subtropen-Hochdruckgürtels sinkt trockene Luft ab (absteigender Ast der Hadley-Zelle) und fließt bodennah in den sogenannten Passatwinden zum Äquator. Dabei nimmt sie vor allem über den Ozeanen große Mengen an thermischer Energie in Form von fühlbarer und latenter Wärme auf. Im Bereich der äquatorialen Tiefdruckrinne (ITC) wird sie durch Konvergenz zum Aufsteigen gezwungen, was schnell zu Sättigung und anschließender Kondensation führt. Folglich ist der aufsteigende Ast der Hadley-Zelle durch starke Quellbewölkung und ergiebige konvektive Niederschläge geprägt (tropische Regenzone). Die Energie wird über die Konvektion in die polwärts gerichteten Höhenströme (Antipassate) eingeführt. Der mit ihnen vollzogene Energietransfer erfolgt sowohl über einen Wärme- als auch über einen Drehimpulstransport, denn aus der Äquatornähe stammende Luftpakete haben infolge des größeren Abstandes zur Rotationsachse einen stärkeren Drehimpuls als die Luft der Höheren Breiten. Auf dem Weg zu den Polen kühlt die Luft ab und sinkt.

Für die Begrenzung der Hadley-Zelle ist die Corioliskraft verantwortlich. Sie lenkt die zunächst meridional gerichteten Antipassate mit wachsender Entfernung vom Äquator zunehmend wirksamer ab, bis diese im Bereich von 30° geographischer Breite zu einer zonal gerichteten Westströmung werden. Die äquatorwärts wehenden Passate erfahren gleichermaßen eine Rechts-Ablenkung, sodass sie aus östlicher Richtung zum Äquator strömen.

Ein großer Teil des meridionalen Temperaturgefälles wird innerhalb der Hadley-Zelle weitgehend abgebaut. Durch ihre Begrenzung erfolgt dieser Ausgleich jedoch nicht über die gesamte Hemisphäre, wodurch sich der Temperaturgegensatz der anschließenden Zonen auf einen relativ schmalen und dadurch stark baroklinen Bereich verdichtet. In dieser Zone findet der weitere meridionale Energietransport durch horizontale zyklonale (entgegen dem Uhrzeigersinn drehende) und antizyklonale (mit dem Uhrzeigersinn drehende) Wirbel statt, die durch die Instabilitäten der oberen Westwindströmung ausgelöst werden.

Unterricht

• Hadley-Zirkulation Lehrmodul über das klassische Modell und seine Modifizierungen
• Passatkreislauf Unterrichtseinheit für die 9. Klasse (ETH Zürich)