Warum drehen sich Tiefdruck- und Hochdruckgebiete in unterschiedliche Richtungen?
Ich möchte nicht bei Adam und Eva anfangen und gehe deshalb einfach davon aus, dass es Luftdruckunterschiede gibt, ohne auf deren Entstehung einzugehen. Es gibt also einen Raum in dem der Luftdruck verglichen mit der Umgebung niedrig ist (ein Tiefdruckgebiet T) und einen mit hohem Luftdruck (H). Zwischen beiden besteht nun ein Potentialgefälle, die sogen. Gradientkraft Gk, die zum Ausgleich des Gefälles einen Fluss von Luft auslöst, einen Wind:
Auf kurze Entfernung klappt das ohne größere Probleme (so hat ein Tornado bspw. keine vorbestimmte Drehrichtung), hier egalisieren sich Luftdruckgegensätze i.d.R. schnell. Die meisten Luftdruckgegensätze sind aber großräumig. Und damit kommt die Coriolis-Beschleunigung b ̜ ins Spiel. Diese wird durch die Erdrotation verursacht und hat für Bewegungen ungefähr parallel zur Erdoberfläche die Formel
Sie ist also am Äquator = 0 und an den Polen am höchsten. Ferner verändert sie sich proportional zur Geschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit ω ist auf der Erde eine Konstante.
Diese Beschleunigung wirkt immer senkrecht auf die Bewegungsrichtung und zwar auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der südlichen nach links, bedingt durch die Drehrichtung der Erde. Sie lenkt damit den Wind aus seiner von der Gradientkraft definierten Bahn:
(die roten Pfeile stehen z.T. nicht exakt senkrecht auf die Bewegungsrichtung)
Im Laufe einer längeren Strecke (deshalb die Größenabhängigkeit - wenn Ihnen in Ecuador mal einer ein WC gezeigt hat, in dem das Wasser nördlich des Äquators andersherum abläuft als südlich, war das ein Trick) wird der Wind nun genau im rechten Winkel zur ursprünglichen Bewegung abgelenkt. Unter diesen Bedingungen kann ein Luftdruckgegensatz praktisch nie ausgeglichen werden. Den entstandenen Wind nennt man geostrophisch, hier in blau relativ zu den Linien gleichen Luftdrucks bezogen auf die Nordhalbkugel (NH) dargestellt:
Und jetzt wird bereits die unterschiedliche Drehrichtung von T und H verständlich: Stellen Sie sich den Wind aus der ersten Abbildung vor. Der weht aus dem H heraus und wird nach rechts abgelenkt, dann resultiert auf der NH eine Drehrichtung im Uhrzeigersinn. Und für den Wind, der ins T hineinweht, eine gegen den Uhrzeigersinn. Auf der Südhemisphäre ist alles genau umgekehrt, da dort ja die Ablenkung nach links wirkt.
Nachdem also unser geostrophischer Wind quasi "verhungert", schauen wir uns die in der letzten Abbildung geotriptisch genannte Variante (rote Pfeile) an. Hier klappt der Druckausgleich, wenn auch mühsam, d.h. nicht auf einer geraden sondern einer gekrümmten Bahn. Der Faktor, der nun den Unterschied macht, ist die Reibung mit der Erdoberfläche. Diese bremst die Windgeschwindigkeit v, also eine der Variablen bei der Berechnung der Coriolisbeschleunigung. Letztere wirkt nun also schwächer als ohne Reibung und damit lenkt sie zwar immer noch die Windrichtung ab, jedoch nicht mehr komplett um 90°. Das sind also stark vereinfacht dargestellt die Verhältnisse in Bodennähe, die wir täglich im Wetterbericht sehen. Die Drehrichtung des geostrophischen Windes paust sich natürlich durch, wenn auch eben abgeschwächt.