Die Vorticity ist ein Maß für die Wirbelstärke einer Strömung. Gemeint sind hierbei
ausschließlich Wirbelbewegungen, die in der Horizontalebene stattfinden. Die Luft
umkreist dabei die vertikale oder auch zenitale Koordinatenachse.
Die absolute Vorticity setzt sich zusammen aus dem lokalen zenitalen
Anteil der Rotation des Windfeldes plus dem lokalen zenitalen Anteil
der Erdrotation .
Blickt man von einem festen Punkt im All auf die Erde so lässt sich aus der Bewegung
der Wolkenbänder gerade die absolute Vorticity erkennen.
Der erste Beitrag wird relative Vorticity genannt.
Das Windfeld, so wie man es aus den Wetterkarten kennt und wie es ein Beobachter auf
der rotierenden Erde wahrnimmt, besitzt in der Horizontalen genau diese Wirbelstärke.
In einem natürlichen Koordinatensystem lässt sie sich, wie auch die absolute
Vorticity, aufspalten in einen Anteil, der sich aus der Krümmung des
Verlaufs der Strömung und einem Anteil, der sich aus der Scherung der
Strömung ergibt (Abbildung 1).
Da man den Wind in der freien Atmosphäre (oberhalb der Grenzschicht)
als nahezu geostrophisch ansehen kann, verläuft hier die Strömung näherungsweise parallel
zu den Isohypsen (Linien gleichen Geopotentials einer Druckfläche). Die Strömungsgeschwindigkeit
wächst hierbei mit abnehmenden Isohypsenabstand an.
Daher ist es möglich das Vorzeichen und die Stärke der relativen Vorticity direkt aus
den Geopotentialkarten abzuschätzen. Im Allgemeinen finden sich Maximalwerte der relativen
Vorticity (positive rel. Vorticity) im Bereich von Tiefdruckgebieten und den Trögen
der Höhenströmung sowie an Frontalzonen. Minimalwerte (negative rel. Vorticity)
tauchen dagegen üblicherweise im Bereich von Hochdruckgebieten und den Rücken der
Höhenströmung auf.
In einer Situation, in der beispielsweise überall auf der Erde Windstille herrscht und
die relative Vorticity verschwindet, bleibt die Rotation der Lufthülle mit der
Drehung der Erde übrig. Dies entspricht dem zweiten Anteil der absoluten Vorticity,
genannt planetare Vorticity .
entspricht dem Coriolisparameter und variiert
mit der geographischen Breite. Stellt man sich horizontale Ebenen vor, die in
verschiedenen geographischen Breiten
an die Erdoberfläche angeheftet sind (Abbildung 2), so wird deutlich, dass die Rotation
dieser Ebenen um eine zenitale Achse vom Nordpol nach Süden zu immer weiter abnimmt und
am Äquator schließlich verschwindet.
Zwischen dem Betrag des Drehvektors
der Erdrotation und dem des Drehvektors
der lokal mit der Erdoberfläche rotierenden Ebene gilt folgender Zusammenhang: