Klimatologie aus Unterlagen und Weischet(2).

Klimatologie aus Unterlagen und Weischet´s Klimatologie
1. Einführung
Klima: „mittlerer Zustand der Atmosphäre über einen bestimmten Erdort, bezogen auf eine
bestimmte Zeitepoche“(Conrad 1936); Wetterzusammenfassung von 30 Jahren, aktuell 19712000
Wetter: aktueller Zustand
Witterung: Zustand über mehrere Tage
Klimafaktoren: die Größen, welche auf das Klima und ihre Elemente einwirken und es
beeinflussen (geographische Breite, Lage zum Meer, Relief, Bodenbedeckung etc)
Klimaelemente: Temperatur, Luftdruck, Windge.schwindigkeit, Windrichtung, Niederschlag,
Luftfeuchtigkeit, Wolken etc.
Größenordnungen:
Mikroklima: Strauchbestand im Park
Lokalklima: ein kleines Tal, Stadtteil
Mesoklima: z.B. Rheingau
Makroklima: z.B. Mittlere Breiten
Inversion: von oben nach unten /warm zu kalt
Jahresamplitude: höchste Temperatur – niedrigste Temperatur (kleinere Amplitude eher
maritimer, größere Amp. hat eine höhere Kontinentalität
2. Erd- und himmelsmechanische Grundlagen
Äquatorumfang: 40075 km
Oberfläche der Erde: 510 Mio km², davon ungefähr 150km² Festland
Erdradius: 6371 km
Erdgewicht: 6 * 1021 Tonnen
1. Kepler-Regel: Erde dreht sich elliptisch um die Sonne, dies ist verantwortlich für die
Jahreszeiten
2. Kepler-Regel: durch diese Ellipse gibt es eine unkonstante Bewegung, dadurch sind
die Jahreszeiten unterschiedlich lang
Mitführungsgeschwindigkeit: V = 2 R cos  / 86164sec.( 1 Sterntag=23.56.4Std.); am
Äquator 465m/sec. und in Mainz 290m/sec.
1° geographischer Breite = 111km breit (40.000:360°)
Entfernung zur Erdachse: r = R cos  ;Bsp. Mainz 4100 = 6378 cos50°
Winkelgeschwindigkeit: w = 2 / 86164
Rotation: Erde dreht sich um sich selbst
aus Erdrotation folgen für Windbewegung zwei Kräfte:
- Fliehkraft: wenn der Umfang größer wird, dann wird die Fliehkraft auch größer
(Äquator am größten)
- Corioliskraft: b = 2 w sin v ; Ablenkung der Nordhalbkugel nach rechts(stärkere
Ablenkung bei Westwind als bei Ostwind) und Ablenkung auf SHK nach links
Massenanziehungskraft: 1g = 9,806m/sec.²; bleibt da konstanter Radius immer gleich
Ekliptik: Umlaufsebene der Erde um die Sonne
Inklimation: Schiefe der Ekliptik = 23,5°
Erdrrevolution: Erde dreht sich mit 30km/sec. gegen den Uhrzeigersinn
Aphel: längste Entfernung zur Sonne
Perihel: kürzeste Entfernung zur Sonne
Äquinoktium: Tag und Nacht Gleiche (Frühjahr und Herbst, am Äquator immer)
Solstitium: Sonnenwende
Einfallswinkel der Sonne: h = 90° -  ;  = 23,5° * aktueller Tag der Jahreszeit / Anzahl der
gesamten Tage der Jahreszeit (Winter 90 Tage; Frühling 92 T.; Sommer 94T.; Herbst 89 T.)
Beleuchtungsklimazonen:
- anstronomische Tropen: zwischen N-S-Wendekreis, wo die Sonne nie unter 43° um
12Uhr steht
- strahlungsklimatische Mittelbreite: Unterteilung von Subtropen und Mittelbreiten
zwischen Wendekreis und Polarkreis / Einstrahlungswinkel bei Subtropen 21,5°-90°
und bei Mittelbreiten 68,5°-0°
- Polarzone: Höchststand der Sonne 47°, und niedrigster bei 0°
3. Aufbau und Zusammensetzung der Atmosphäre
Luft besteht aus 75% Stickstoff, 23% Sauerstoff, 1% Argon, knapp 1% CO2 und Edelgase,
Wasserstoff, Ozon etc.
Erdatmosphäre:
- Thermosphäre: ab ca. 80km und bis zu 1000°C (Polarlichter[elektr. geladene Teilchen aus
Weltraum stößen regen Luftteilchen zum leuchten an; hptsl. an Polen, da dort das Magnetfeld
senkrecht verläuft, und die Teilchen so in die Atmospähre eindringen können])
- Mesosphäre: 50-80km und 50° bis – 80°
- Stratosphäre: ab 12km-30km und -50° bis 50° (relativ weit oben auch Ozonschicht, welche
UV-Strahlung absorbiert)
- Troposphäre: bis 12km Höhe und 20°-50° (Wettergeschehen)
Advektion: horizontaler Luftmassentransport
Konvektion: von Sonne ausgelöster vertikaler Transport
4. Strahlung
kurzwellige Strahlen mit mehr Energie von der Sonne
langwellige Strahlen von der Erde
Solarkonstante: Strahlungsmenge, die an der äußeren Atmosphärengrenze auf Gedachte
senkrechte Flächen auftritt = etwa 1370 W/m²
Strahlungsverlust durch Absorption und Reflexion
- 19% Absorption durch Wolken und Atmosphäre sofort; 26 % werden reflektiert
- von diesen 19% wird ein Teil als diffuse Strahlung auf die Erde gestreut, diese und die
direkte Strahlung heißen Globalstrahlung
- davon werden 4%bdurch die Erdoberfläche reflektiert (Reflexstrahlung)
- die restl. 51% der einfallenden Sonnenstrahlen wurden durch Erdoberfläche absorbiert
und in langwellige Wärmestrahlung(infrarot;weniger Energie) umgewandelt
- diese erhitzten den Erdboden und strahlt wieder ab (98%)
- es wird wieder ein Großteil von den Wolken reflektiert (77% Gegenstrahlung), diese
bewirkt den natürlichen Treibhauseffekt mit einer Aufrechterhaltung vom
Durchschnitt mit 15°C
- 21% kommen ins Weltall zurück (effektive Ausstrahlung)
- die Atmosphäre strahlt auch langwellige Strahlen zurück ins Weltall (49%)

somit wird genauso viel ausgestrahlt, wie auf die Erde eingestrahlt hat (jeweilst
100%)
Albedo: Verhältnis von reflektierter Strahlung zur einfallenden (bei Schnee besonders hoch)
Wien´sches Verschiebungsgesetz:
λ (Wellenlänge) mal Temperatur = konstant, also ist Tem. abhängig von Wellenlänge, daher
bei Höhenunterschied pro 100m wolkenlos immer 1° kälter und bei Nebel pro 100m immer
0,6° kälter
Lambert´sche Gesetz:
I = I0 * cos (geographische Breite) , damit kann man Strahlungsgenuss ausrechen
Strahlungsäquator: eigentlich bei 5-7° Nord, da die NHK mehr Land besitzt, somit weniger
Verdunstung, also auch weniger Wolken
Rayleighstreuung
blaue Färbung des Himmels: durch Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre; blau ist
kurzwelliger als rotes Licht und Streuung eher dieses blaue Licht; unser Auge nimmt das
Blaue dann wahr
rote Färbung des Himmels: Wegstrecke des lichts in der Atmosphäre länger; steht die Sonne
sehr tief, legt das licht einen sehr langen weg durch die atmosphäre zurück. dabei trifft es
entsprechend auf mehr luftmoleküle, als bei kürzerer strecke bei senkrechter einstrahlung. auf
je mehr moleküle das licht aber trifft, desto mehr anteile des lichts werden ausgefiltert. vor
allem die kurzwelligen strahlen, also im blauen bereich, werden stark herausgefiltert.
langwelliges licht lässt sich am wenigsten abfiltern, es trifft einfach nicht auf so viele
moleküle wie kurzwelliges, wird somit weniger abgeschwächt, also sehen wir rot!
5. Temperatur
Temp: Größe die Wärmezustand eines Körpers bezeichnet
Wärmeleitfähigkeit: bei Wasser (0,001kcal/cm³) größer als bei Luft (0,00005kcal/cm³)
daher Luft ein guter Isolator
Celsius: 1742, am Zustand des Wassers gebunden
Fahrenheit: 1724; 0°C = 17°F; F = 9/5 C + 32
Kelvin: 1824-1907; internationaler Wert; 0°C = 273°K, da am absoluten Nullwert -273,15°C
gemessen wird
Mannheimer Stunden: damalige Methode für Temperaturmessung; t/Tag = (t/7Uhr + t/14Uhr
+ t/21Uhr + t/21Uhr) : 4; mittlerweile wird jede Stunde gemessen
Adiabate: Abnahme der Temperatur um 1°C pro 100m ( [p*v]/T = konstant)
Höchsttemperatur bei uns 13Uhr, in Tropen 11-12Uhr
Thermoisopleten: Diagramm mit Tagesgang und Jahresgang; Isopleten sind Linien mit
gleichem Zahlenwert
je mehr Linien, um so größer die Amplitude
Eistag: Tmax < 0°C
Frosttag: Tmin 0°C
Tropentag: Tmittel 25°C
heißer Tag: Tmax 30°C
6. Wasser in der Atmosphäre
Wasserdampfgehalt = Luftfeuchtigkeit:
- absolute Feuchte: „soviel Wasser ist in meinem m³ drin“
- spezifische Feuchte: gr/kg (Wasser/Raum) ; volumenunabhängig; auch maximale
Feuchte
- relative Feuchte: e/E * 100% ; wirklich vorhandene Menge (abs. Feuchte) durch die
maximal mögliche Wasserdampfmenge
- bei kalter Luft weniger Wasserdampf
- wenn absolute Feuchte mehr als maximale Feuchte = Übersättigung und es kommt zur
Kondensation zu Wasser, dadurch können Wolken entstehen
- relative Feuchte wird gemessen durch Aspirationspsychrometer
relative Feuchte von Pol zu Pol:
Nordpol hoch, dann Kurve nach unten, am Äquator wieder Hochpunkt, dann wieder Kurve
bis Hochpunkt bei Südpol
Taupunkt: relative Feuchte von 100%, es kommt zur Kondensation
Dampfdruck: Existieren Wasser und Wasserdampf im thermodynamischen Gleichgewicht
nebeneinander, so ist der Druck eine reine Funktion der Temperatur
Wasser (blau) und Wasserdampf(rot)
in einem offenen Topf kocht erhitztes Wasser dann, wenn sein Dampfdruck den Luftdruck der
Umgebung übersteigt. Wie der Luftdruck variiert daher auch die Siedetemperatur des (Tee)Wassers mit dem Wetter und nimmt mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel ab. In
2000 m Höhe kocht das Wasser bereits bei 93 °C, in 8000 m Höhe bei 74 °C
Dampfdruck / Luftdruck = Durchschnitt von 2,6%
Schwüle: stark mit Wasserdampf gesättigten Umgebungsluft bei hohen Lufttemperaturen
Trockenstabil: alte Teilchen wollen wieder in ihre Ausgangslage zurück
Labil: Teilchen wollen beim aufsteigen noch weiter nach oben
Niederschlagstypen:
- advektiver Niederschlag: außertropisch an Kalt- und Warmfronten;
Dauerniederschlag; gebunden an horizontale Luftbewegungen
- konvektiver Niederschlag: tropisch, großtropfiger Schauerniederschlag; gebunden an
vertikale Luftbewegungen -> Konvektion
- orographischer Niederschlag: ausschließlich durch die erzwungene Hebung an einem
Hindernis ausgelöst
Wolken:
Wolke: Ansammlung von Wasser- oder Eisteilchen in der Atmosphäre; sie sind sichtbar weil
die Teilchen so große geworden sind, dass sie alle Wellenlängen des Lichtes gleichmäßig
diffus reflektierenweiße Erscheinung
Im Tiefen: nicht unterkühlte Wasserwolken; oft Strato-Bezeichnung
Im Mittleren: unterkühlte und Mischwolken; bekommen alle Bezeichnung AltoIm Hohen: Eiswolken( Federwolken); bekommen alle Bezeichnung Cirren
Cumulus=Quellwolke (Konvektionswolke) mit starker Aufwärtsbewegung; nach
Vertikalerstreckung werden sie unterschieden;
Cumulonimbus: Schauer- und Gewitterwolke; gebunden an hochreichend labile Schichtung
Cumulo humilis: wenig entwickelt, geringe Vertikalerstreckung; typische Schönwetterwolke
Altocumulus: berühmte Schäfchenwolken mit gewisser Labilität der Schichtung
Cirrocumulus: feinere Schäfchenwolken
Konvektion vor allem vormittags, daher auch Regen eher gegen mittags und beim Gewitter
dauert di Auftürmung länger, daher eher nachmittags
Stratuswolken (Schichtwolken): genetischer Gegensatz zu Konvektionswolken; dank stabiler
Schichtung entstanden durch Aufgleitvorgängen; riesige zusammenhängende Wolkenareale
Nimbostratus:Regenschichtwolke von unten betrachtet mit gleichmäßig grauer strukturloser
Wolkenschicht. Besteht aus Wasser-,Misch- und Eiswolkenstockwerk, daher sehr effektive
Niederschlagsbildung über der Eisphase
Schichtung Temperatur in der Auswirkung auf die weitere Auswirkungen auf die
Atmosphäre
Bewegung des Luftpakets
Wolkenbildung
Stabil
Temperatur in der
Luftpaket ist also kälter,
Wolkenbildung durch
Umgebung höher
kalte Luft ist dichter und
Konvektion wird
als im bewegten
schwerer als Warmluft, es
unterdrückt, bei
Luftpaket
kann also nicht weiter
absinkender Luft können
aufsteigen oder sinkt sogar
sich die Wolken sogar
ab
auflösen
Labil
Temperatur in der
Umgebung
niedriger als im
bewegten Luftpaket
Luftpaket ist also wärmer,
Wolkenbildung durch
warme Luft ist weniger dicht Konvektion ist
und leichter als Kaltluft, es
begünstigt
kann also weiter ungehindert
aufsteigen
Inversion: besondere stabile Schichtung, wo in der Atmosphäre mit der Höhe die Temperatur
zunimmt, obwohl sie normalweise abnehmen sollte (Warmluft über Kaltluft)
7. Luftdruck, Druckgebilde
Föhn = ein warmer trockener Fallwind; anderes Beispiel: Chinook aus Rocky Mountains
Bora (Kroatien): ein zwar erwärmender Wind, aber trotzdem kalt empfundener böiger Wind;
mitgebracht aus dem Polargebiet; anderes Beispiel: Mistral (Rhone)
Luv-Lee-Windsystem: ab dem Kondensationsniveau nimmt die Temperatur nur noch um
0,6°C pro 100m ab
Aus den Zugstraßen für Tiefdruckgebiete ist für uns v.a. Zweig V wichtig, mit MediterranStraße (Va), Baltischer Zweig (Vb mit feuchtwarmer Luft), Pontischer Zweig (Vc) und
jonischer Zweig
Partialdruck: Anteil an allen Molekülen nimmt nach oben hin ab
Mittlerer Druck an Erdoberfläche: 1013 mb
Isobaren = Linien gleichen Drucks; dafür wichtig die Formel Druck * Vol / Temp. = konstant;
Bei nah aneinander liegenden Isobaren ist mit starken Winden oder Sturm zu rechnen
barometrische Höhenstufe: Höhendifferenz zweier Punkte, bei der der Luftdruck um 1 hPa
abnimmt
Aerologisches Grundgesetz nach Scherhag: über kaltem Untergrund ist am Boden ein Hoch,
in der Höhe ein Tief und umgekehrt
Gradient = Druckunterschied
--- Teilchen wollen vom Hoch zum Tief durch die Gradientenkraft, dabei gilt es die
Corioliskraft zu beachten! --- da auf dem Atlantik weniger Reibung ist, kann ein Tief hier länger leben (komplette
Ablenkung)
- bei mehr Reibung weniger Ablenkung
geostrophischer Wind: weht stets parallel zu den Isobaren; Isobaren müssen gerade sein, d.h.
krümmungsfrei, sonst schon Gradientenwind
Berg-Tal Wind:
- ein thermisches Zirkulationssystem im Gebirge mit tagesperiodischer
Richtungsumkehr
- nur bei "ruhigem Strahlungswetter" entstehen - also bei einer strahlungs-intensiven
Hochdruck-Wetterlage, bei der großräumige Windströmungen keinen störenden
Einfluss ausüben
- In den frühen Morgenstunden werden zuerst die Talhänge und Gipfel erwärmt. In den
Tälern sammelt sich die schwere und dadurch absinkende Kaltluft. Da über den
Gipfeln Wärme abgestrahlt wird, bilden sich hier Tiefdruckgebiete. Die schwere
Kaltluft in den Tälern erzeugt einen hohen Luftdruck. Es weht also ein Wind vom Tal
zum Berg - ein Talwind.
- Im Laufe des Tages wurden auch die Täler erwärmt. Doch beim Einbruch der Nacht
kühlen die Gipfel schnell ab. Es bilden sich daher auf den Bergen Hochdruckgebiete
und in den Tälern Tiefdruckgebiete - es weht ein Bergwind.
Land-See Wind:
- an allen Küsten sowie an größeren Seen zu beobachten
- Am Tag ist die Erwärmung der Landflächen sehr hoch. Deshalb steigt von diesen
Warmluft auf, wodurch der Luftdruck über dem Land fällt. Über dem Wasser ist er
dazu relativ hoch. Zwischen diesen beiden Druckgebilden bildet sich am Tag ein
Seewind. Dieser Wind - die "frische Brise" vom Meer - kühlt die Küste wieder ab.
- In der Nacht kühlen die Landflächen sehr schnell aus. Das Wasser, das die Wärme
speichern kann, gibt sie verstärkt in der Nacht ab. Es bildet sich daher über dem Meer
ein Tiefdruckgebiet. Der Luftdruck über dem Land ist dazu relativ hoch. Es weht vom
Hoch über dem Land zum Tief über dem Wasser ein Landwind.
8. Allgemeine Zirkulation
Zyklone: Tiefdruckwirbel; Wenn man Europa betrachtet, bilden sich die Zyklonen im Bereich
Islands, aus dem Islandtief heraus, und sie lösen sich zwischen Polen und Russland auf
Antizyklone: Hochdruckgebiet; Azorenhoch
Hoch frisst Tief auf!!!
Entwicklung einer Zyklone:
1. Im Bereich Islands trifft Warmluft von Süden (Tropikluft) mit
Kaltluft von Norden (Polarluft) zusammen. Die Westwinde strömen
laminar (langsam).
2. Wellenstörung: Durch hohen Temperaturgegensatz gerät
Grenzfläche zwischen Luftmassen in Schwingungen. Winde
beginnen zu mäandrieren (turbulente Strömung). An der Grenze
zwischen warmer und kalter Luft fällt der Luftdruck gegenüber der
Umgebung. Es entsteht ein Tiefdruckgebiet.
3. Entwicklung: Warme Luft strömt auf der Vorderseite des Tiefs
nach Norden. Der vordere Rand der Warmluft wird als Warmfront
bezeichnet (Abrundung).
Kalte Luft strömt auf der Rückseite des Tiefs nach Süden. Der
vordere Rand der Kaltluft wird als Kaltfront bezeichnet (Dreieck)
4. Reifestadium: Die warme Luft schiebt sich weiter nach Norden
und die kalte Luft weiter nach Süden. Das kleine Tiefdruckgebiet hat
sich zu einem Wirbel entwickelt. Dieser Wirbel wandert während
seiner Entwicklung nach Osten, weil er sich in einer Westströmung
(außertropische Westwinde) befindet.
5.
Kaltfront
erreicht
diediese
DieOkklusion:
kalte Luft Die
schiebt
sich nun
unterdie
dieWarmfront,
warme Luft,weil
wobei
Kaltfront
schneller
wandert
(die
Warmluft
benötigt
Energie
um auf
angehoben wird; dabei gleitet sie auf die Kaltluft auf. Die warme
Luft
die
Kaltluft
aufzugleiten,
ist sie
langsamer).
vomdavorliegende
Äquator vermischt
sich
nun mit derdeshalb
kalten Luft
von
den
Die
kalte Luft hat sich nun fast vollständig unter die Warmluft
Polargebieten!
geschoben und diese angehoben. Es bildet sich so eine neue Front die
(Okklusion).
okkludiert.
Diewarme
in die Luft
Höhe
DasMischfront
Gebiet zwischen
Warm-Die
undZyklone
Kaltfront,
in dem sich
strömende
Warmluft
kühlt sichbezeichnet
weiter ab. Der globale
befindet, wird
als Warmsektor
Temperaturaustausch in der Atmosphäre hat nun stattgefunden.
6. Endzustand: Die Mischfront löst sich schließlich auf und damit
auch das Tief. Gebiete, in denen Zyklonen "sterben", werden als
"Zyklonenfriedhöfe" bezeichnet
Niederschlagsgebiete sind Kaltfront und Warmfront
Hermann Flohn:
I Allgemein:
Temperatur, Druck und Wind beziehen sich aufeinander durch:
a) Luftdruck nimmt nach oben hin ab; in einer dichten, kalten Atmosphäre schneller als
in warm weniger dichten Atmosphäre, dies entspricht der barometrichen
Höhenformel: dp/p = - g/RT (dp=Änderung des Drucks p mit der Höhe z;
g=Schwerebeschleunigung; R=Gaskonstante; T=absolute Mitteltemperatur [273° +
t°C]für Schicht z) ==>daraus folgt aerologisches Grundgesetz: in Höhe über Kaltluft
tiefer Druck und über Warmluft hoher Druck, dazwischen liegt Frontalzone
b) oberhalb von der Grundschicht (Reibung und Tagesstrahlung wirken sich bis 1-2km
Höhe aus) weht ein Wind parallel zu den Isobaren. Hier herrscht fast Gleichgewicht
zwischen Corioliskraft und der zum tiefen Druck hingerichtete Kraft ==>
geostrophischer Wind (allg. Gradientenwind); Bodenreibung lenkt Wind in dem
untersten km ab, über See um etwa 10° und über Land um 45°;
Am Äquator verschwindet die Corioliskraft, daher folgen die Winde dort dem
Druckgefälle ( quer zu den Isobaren / ageostrophisch) ins Tief ==> daher unter 4°
Breite wenig große Druckunterschiede und folglich geringe Lebensdauer von Stürmen
c) Bodenwinde strömen in der Zyklone gegeneinander (v.a. in Frontalnähe), es kommt
zur Aufwärtsbewegung mit Abkühlung (Wolkenbildung und Niederschlag).
Im Hochdruckgebiet strömen die Bodenwinde eher auseinander und die Luftmassen
sinken unter der Erwärmung, die Wolken lösen sich auf. Hierbei kommt es oft an der
Obergrenze dieser Grundschicht zu in einer Inversion
d) geostrophische Komponenten schwanken mehr als ageostrophische Komponenten.
Vertikale Komponenten weichen am wenigsten ab, mit Ausnahme der engräumigen
Vertiaklumlagerungen in Gewitterwolken
e) Corioliskraft, benannt nach franz. Mathematiker, zeigt dem Beobachter auf der Erde
eine langsame Krümmung der Bewegung (entgegen der Erddrehung) auf
f) Luftbewegungen sind turbulent. Vertikaler Austausch von Teilchen strebt eine
homogen aufgebaute Atmosphäre an, bei der Temperatur und Wind mit der Höhe
gleich bleiben sollen. Dieser Zustand wird wenn überhaupt in Ansätzen in den Tropen
und Polarkalotte erreicht.
Der horizontale Großaustausch wird geostrophisch (in kleinerem Anteil auch
ageostrophisch) durch Hoch und Tiefs bewirkt.
Der Vertikalaustausch strebt also ein Verschwinden der Druck- und
Temperaturgegensätze in der Höhe an; hierdurch entstehen in horizontaler Richtung
einheitliche Luftmassen (Tropikluft, Arktikluft)==>also Zusammenführung der
Unterschiede auf engsten Raum, der sogenannten Frontalzone mit stärkster
Windzunahme nach oben. Hierbei bilden sich die Höhenstürme (jet-stream) aus, die
sich auf die Bewegung innerhalb dieser schmalen Zonen knapp unterhalb der
Tropopause konzentrieren
II die planetarische Zirkulation:
- planetarische Frontalzone: trennt die nur gering horizontalen Temperaturunterschiede
der Tropikluft von der weniger homogenen Polarluft; daher bis 18km Höhe über
Tropen der Druck hoch und über Polargebiete tief
- diesem Druckgefälle enstpricht geostrophisch eine Westdrift
- die planetarische Frontalzone ist instabil,d.h. kleinste Auslenkung der Strömung kann
große Folgen haben==> es können mäanderartige Wellen in Frontalzonen entstehen
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diese Mäanderwellen sind stets asymmetrisch und können beim Abschnüren von
Mäander die Westdrift blockieren, so dass z.B. in Mitteleuropa Witterungsanomalien
auftreten
Weil die Corioliskraft zum Pol hin zunimmt, bekommt zyklonaler Wirbel eine
Zusantzkomponente zum Pol und jeder antizyklonale Wirbel eine zum Äquator==> so
sammeln sich an der Äquatorseite der planetarischen Frontalzone Hochdruckzellen
und an der Polseite Tiefdruckzellen. Das Ergebnis heißt suptropischer
Hochdruckgürtel (z.B. Azorenhoch) und subpolare Tiefdruckfurche (z.B. Islandtief)
durch subtropischen Hochdruckgürtel kommt es zu einem nach oben abnehmendes
Druckgefälle von den Subtropen zum Äquator ==> dies entspricht einem gleichmäßig
wehendem geostrophischem Ostwind (Urpassat mit Mächtigkeit von 10km)
zusätzlich entsteht durch die Reibung in der Grundschicht eine Komponente zum
Tiefdruck – also äquatorwärts gerichtet – welche als Passate (Mächtigkeit von 0,52km) bezeichnet werden
Passate sind über See mit flachen Quellwolken instabil geschichtet, doch bei
zunehmender Mächtigkeit können kräftige Schauer auftauchen
Passate werden nach oben durch Passatinversion, wo bei absinkender Bewegung die
Luft trocken und wolkenfrei ist, begrenzt
über der Passatinversion bei 1-2,5km Höhe kehrt sich die Nordsüd-Komponente der
Strömung um
meridionale Passatzirkulation ist also durch Bodenreibung hervorgerufene
ageostrophische Zirkulation innerhalb des Urpassats
die Zone tiefsten Drucks und konvergierender Winde schwankt jahreszeitlich (im
gleichen rythmus wie die planetarische Frontalzone) am Äquator = innertropische
Konvergenzzone. Hierran sind auch aufsteigende Bewegungen, Wolken und
Niederschläge geknüpft
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in ITC bilden sich flache Tiefdruckstörungen aus (außer im Bereich unter 4° Breite),
die mit der höhenströmung von Ost nach West wandern und polwärts ausscheren==>
aus diesen Störungen entstehen schwere Niederschläge mit Gewitter, es können auch
langlebige tropische Orkane (Taifun, Hurrikan) entstehen
die meridionale Passatzirkulation sieht auf dem Globus wie zwei symmetrisch
angeordnete Schrauben mit sehr langgestreckten Windungen aus; an der ITC berühren
sie sich und bewegen sich aufwärts (auch hier meridionale und vertikale Windrichtung
sehr gering gegenüber Ostströmung
Antipassat: Kaltluftvorstöße drängen Urpassat zum Äquator oder nach unten zurück,
während er in dazwischenliegenden Höhenhochkeilen polwärts treiben kann: dies
wirkt vor allem in Form von westlichen Winden
zwischen subpolarem Tiefdruckgürtel und subtropischem Hochdruckgürtel setzt sich
im Bereich der hochtroposphärischen Westdrift auch am Boden eine Zone mit
Westwinden ab (v.a. für gemäßigte Breiten wichtig)
in Nähe vom Magnetpol (75°Breite) liegen aerologische Kältepole vor; diese
beherrschen das gesamte Strömungsfeld der Atmosphäre
im Bereich des polaren Kältehochs herrschen bis 2-3km Höhe Ostwinde, darüber
Westwinde
Luftdruckgürtel
Polares Kaltlufthoch
Breite
80-90°
Subpolare Tiefdruckrinne
55-65°
Subtropischer Hochdruckgürtel
25-30°
Äquatoriale Tiefdruckrinne
0-10°N
Windgürtel
>
polare Ostwinde (1-3km)
>
außertropische Westwinde
>
tropische Ostwinde (1-10km)
über alle: Westwinde bis 18-20km (Winter z.T. über 50km)
Lehrsätze:
1. bei gleichem Luftdruck am boden herrscht in der höhe im gleichen Niveau über
Kaltluft tiefer, über Warmluft hoher Druck
2. oberhalb der Bodenreibungsschicht, d.h. schon im Niveau der tiefen Wolken (1-2km),
weht der Wind (außerhalb der Äquatorialzone < ca. 5° Breite) nahezu parallel zu den
Isobaren, wobei der tiefe Druck auf der Nordhalbkugel links, auf der Südhalbkugel
rechts bleibt.
3. Durch die Wirkung der Bodenreibung werden die Bodenwinde mehr oder minder
zum tiefen Druck hin abgelenkt, über See schwach, über Land und in der
Äquatorialzone stark
4. Gegeneinanderwehende (konvergierende) Bodenwinde bewirken aufsteigen mit
Abkühlung und Kondensation (Bewölkung, Niederschlag), auseinanderwehende
(divergierende) Bodenwinde dagegen Absinken, Erwärmung und Wolkenauflösung
5. Zwischen der tropisch-subtropischen Warmluft und der polaren Kaltluft besteht
(Satz1) ein Druckgefälle polwärts; diesem entspricht auf beiden Halbkugeln eine
Westdrift (Satz2)
6. Diese Westdrift wird durch einen komplizierten Austauschmechanismus zu schmalen
Düsenströmungen konzentriert, denen (gemäß Satz 2 und 1) ein starkes Druck- und
Temperaturgefälle (Frontalzone) und große vertikale Windscherung entspricht
7. Wegen der fehlenden (dynamischen) Stabilität der Westdrift im Bereich der
Frontalzonen kommt es immer wieder als Folge horizontaler Auslenkungen
(besonders an Hindernissen) zur Bildung großräumiger Mäanderschwingungen der
Westdrift.
8. Im Bereich zunehmender/abnehmender Geschwindigkeit der Westdrift erleidet jedes
Luftteilchen quer zu den Isobaren eine Ablenkung nach der kalten warmen Seite, d.h.
auf der Nordhalbkugel nach links/rechts. Dieser Mechanismus führt am Boden zur
Entstehung von Druckänderungen und damit zur Bildung von Hoch- und
Tiefdruckwirbeln (Antizyklonen und Zyklonen)
9. Die zyklonalen/antizyklonalen Wirbel der Westdrift scheren aus der Höhenströmung
polwärts/äquatorwärts aus und bilden in ihrer Gesamtheit den subpolaren
Tiefdruckgürtel/subtropischen Hochdruckgürtel mit (nach Satz 3 und 4)
aufsteigenden/absinkenden Bewegungen und
Kondensation(Wolkenbildung)/Verdampfung (Wolkenauflösung) in der freien
Atmosphäre.
10. Hierdurch entsteht in der einheitlichen subtropisch-tropischen Warmluft ein
Druckgefälle zum Äquator und (nach Satz 2) die tropische Ostströmung des Urpassats,
aus dem durch Bodenreibung (Satz 3) die äquatorwärts wehenden Passate hervorgehen
11. Der Konvergenz der Passate (ITC) entspricht ein Grütel mit zyklonalen, umlaufenden
Winden (Mallungen) und tropischen Schauer- und Gewitterregen (Zenitalregen, Satz
4).
12. In der Höhe wehen über dem (im Durchschnitt bis 10km mächtigen) Urpassat
wechselnde, um W schwankende Winde (Antipassat), als Ausläufer der
außertropischen Westdriftmäander (Satz 7).
13. im Gefolge der jahreszeitlichen Wanderung des Zenitstandes der Sonne verlagern sich
die planetarischen Wind- und Luftdruckgürtel nach der jeweiligen Sommerhalbkugel
hin, jedoch wegen der unterschiedlichen Wärmebilanz über Land viel weiter als über
dem Meer.
III: die monsunalen Zirkulationsanteile (Einfluss der Verteilung von Land und Meer)
- im Sommer wird Festland im Gegensatz zum Meer stark erwärmt, im Winter stark
abgekühlt, daher im Sommer flache Hitzetiefs und im Winter intensive Kältehochs
- die seichten Hitzetiefs der sommerlichen Kontinente ziehen die benachbarten
Tiefdruckfurchen an, die winterlichen Kältehochs stoßen sie ab==>so verlagert sich
z.B. die subpolare Tiefdruckfurche in Nordasien im Sommer von 55°Breite nach
75°Breite im Winter
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viel wesentlicher ist die Verlagerung von ITC: über sehr stark erhitztes subtropisches
Festland wandert sich im Nordsommer nach N aus (über Afrika ca. 15°, über Indien
gar 30°), während sie im Südsommer ebenfalls 15-20° Südbreite erreichen kann ==>
Aufspaltung der ITC
durch rasche Veränderungder Corioliskraft in Äquatornähe werden überschreitende
Strömungen gebremst und zum Aufsteigen gezwungen==> Entstehung einer weiteren
Konvergenz in der Nähe des mathematischen Äquators.
Der vom Äquator weiter wegliegende Zweig hat durch Überhitzung der Kontinente
am Boden einen tieferen Druck==> Druckgefälle von mathematischen Äquator zu
neuen Konvergenzzone (=westlicher Gradientwind)
daher bei etwa 60% des Erdumfanges im Bereich der tiefen Wolken eine westliche
Strömung jeweils im Sommer der betreffenden Halbkugel, die in den bodennahen
Reibungsschichten stark nach SW(NHK) bzw. NW(SHK) abgelenkt wird
in den übrigen Gebieten der Tropen kommt es zum Wechsel von westlichen Winden
im Sommer (labil und feucht) zu östlichen, passatischen Winden im Winter (stabil und
trocken)
daher mit Verzögerung von 1-3Monaten nach Sonnenhöchststand Regenzeit
(Zenitalregen)
Lehrsätze:
14. Unter Monsunen verstehen wir alle vorherrschenden Windsysteme, die jahreszeitlich
ihre Richtung um wenigstens 120° ändern.
15. die physikalischen Ursachen dieser Monsunen liegen
a) in der von der Sonnenstrahlung abhängigen, zur jeweiligen Sommerhalbkugel
hin gerichteten jahreszeitlichen Wanderung der planetarischen Luftdruck- und
Windgürtel in den kontinentalen Sektoren der Erde,
b) in der sommerlichen Erwärmung sowie der winterlichen Abkühlung des
Landes relativ zum Ozean, besonders in höheren Breiten
16. Besonders in den Tropen haben Winde aus West/Ost mit polwärts/äquatorwärts
gerichteten Komponenten im statistischen Sinne eine Tendenz zur Hebung/Senkung
und damit zu instabiler/stabiler Vertikalschichtung und
Niederschlagsreichtum/Trockenheit
17. In den kontinental beeinflussten Abshcnitten der Tropenzone wandert auf der SHK die
ITC soweit polwärts aus, dass zwischen ihr und dem Äquator westliche Winde, am
Boden mit einer zur ITC gerichteten Komponente entstehen. Dabei werden die Passate
der WHK (infolge der Abnahme der ablenkenden Kraft der Erdrotation) bei
Annäherung an dem Äquator gebremst bzw. in westliche Winde umgelenkt.
Hadley-Zelle:
- modellhaft ein Zirkulationsmuster innerhalb der Troposphäre zwischen dem
Subtropischem Hochdruckgürtel und dem Äquator beschreibt
Bei einer Hadley-Zelle handelt es sich um ein thermisch bedingtes Zirkulationssystem der
Luft, das nach dem britischen Arzt und Meteorologen George Hadley benannt wurde. Diese
vertikal verlaufenden Zellen erstrecken sich auf der einen Seite nördlich und südlich des
meteorologischen Äquators und werden auf der anderen Seite durch den subtropischen
Hochdruckgürtel (auf dem jeweiligen 30. Breitengrad) begrenzt. Angetrieben wird das
System durch die zunehmende Erwärmung der Luftmassen im Bereich des Äquators. Auf
niedrigen Höhen neigt Luft in Richtung Äquator zu treiben. Von dort steigen die nun
erwärmten Luftmassen auf bis in die Tropopause, um anschließend polwärts zu strömen. Es
erfolgt eine Abkühlung. Die Grenze zwischen den nördlichen und südlichen Luftmassen wird
innertropische Konvergenzzone genannt. Ab dem 30. Breitengrad folgen die mittlerweile
abgekühlten Luftmassen einer Abwärtsbewegung, und strömen nachfolgend wieder in
Richtung Äquator.
9. Klimaklassifikationen
Humides Klima: ist gleichbedeutend mit feuchtem Klima. Dabei handelt es sich um ein
Klima, in dem die jährlichen Niederschläge größer sind als die Verdunstungskapazität. Dies
hat eine hohe Luftfeuchtigkeit zur Folge
Man spricht von einem ariden Klima (lateinisch aridus = trocken, dürr), wenn die potentielle
Verdunstung den Niederschlag einer Region übersteigt. Dies hat eine sehr niedrige
Luftfeuchtigkeit zur Folge.
Genetische Klimaklassifikationen:
basieren auf der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Ein Ort wird also anhand seiner
Lage in einem bestimmten Windgürtel einer bestimmten Klimazone zugeordnet. Beispiele
sind Klimaklassifikationen von Flohn oder Neef
Effektive Klimaklassifikationen:
beruhen auf Zusammenhängen zwischen Klimaelementen und Vegetation. Die einzelnen
Klimaten werden durch Schwellenwerte der Klimaelemente voneinander abgegrenzt.
Beispiele sind die Klassifikationen von Köppen, Troll und Paffen oder die ökologische
Klimaklassifikation nach Lauer und Frankenberg
Klimazonen der Erde - Klimaklassifikation nach E. Neef
Klimazone
schematisches
Klimadiagramm
Klimatyp
(Achsen: Walter-Lieth-Diagramm)
Polare Klimazone
Polarklima
Subpolare Klimazone
Subpolares Klima
Gemäßigte Klimazone
Seeklima der Westseiten
Übergangsklima
Kühles Kontinentalklima
Sommerwarmes
Kontinentalklima
Ostseitenklima
Subtropische Klimazone
Winterregenklima der
Westseiten
Subtropisches Ostseitenklima
Passatklimazone
Trockenes Passatklima
Feuchtes Passatklima
Tropisches Wechselklima
Zone des Tropischen
Wechselklimas
Äquatoriale Klimazone
Äquatorialklima
Weiterhin gibt es bei Neef noch die Klimate der Hochgebirge, die sich in allen Klimazonen in hohen
Gebirgen ausbildet.
Nach Köppen gibt es folgende Klimazonen:
Klimazone
Merkmale
A - Tropische Regenklimate
kein Monatsmittel unter 18°C
B - Trockene Klimate
Klima arid oder semiarid (zur Abgrenzung der B-Klimate)
C - Warmgemäßigte Klimate kältester Monat zwischen +18°C und -3°C
D - Boreale Klimate
kältester Monat unter -3°C; wärmster Monat über +10°C
E - Kalte Klimate
wärmster Monat unter 10°C
Weiterhin definiert Köppen folgende Klimatypen:
Klimatyp
Vorkommen in den Klimazonen
f (immerfeucht, keine Trockenzeit)
A, C, D
w (wintertrocken)
A, C, D
s (sommertrocken)
A, C, D
m (Mittelform zwischen winter- und sommertrocken) A
S (semiarid, siehe Abgrenzung der B-Klimate)
B
W (arid, siehe Abgrenzung der B-Klimate)
B
T (wärmster Monat zwischen 0°C und 10°C)
E
F (alle Monate unter 0°C)
E
In den B-, C- und D-Klimazonen ordnet Köppen zu jedem Klimatyp noch ein Klimauntertyp zu.
Vorkommen in den
Klimazonen
Klimauntertyp
h (heiß, Jahrestemperatur über 18°C)
B
k (kalt, Jahrestemperatur unter 18°C)
B
a (heißer Sommer, wärmster Monat > 22°C)
C, D
b (warmer Sommer, wärmster Monat < 22°C)
C, D
c (kurzer Sommer, weniger als vier Monate haben eine
Temperatur > 10°C
C, D
d (extrem kalter Winter, kältester Monat < -38°C)
D
Die folgende Tabelle zeigt die häufigsten Klimatypen, die Köppen klassifiziert hat
Hauptklimatypen nach Köppen
Af
Tropisches Regenwaldklima
Der trockenste Monat hat mindestens 6 cm Niederschlag.
Aw
Savannenklima
Trockenzeit im Winter
BS
Steppen oder Trockensavannenklima
siehe Abgrenzung der B-Klimate
BW
Wüstenklima
siehe Abgrenzung der B-Klimate
Cf
Feuchttemperiertes Klima
Der trockenste Monat hat mehr als 3 cm Niederschlag.
Cw
Warmes, wintertrockenes Klima
Im trockensten Wintermonat fält 10mal weniger Niederschlag als im
feuchtesten Sommermonat.
Cs
Warmes, sommertrockenes Klima
Der trockenste Sommermonat hat weniger als 3 cm Niederschlag und es fällt
dreimal weniger Niederschlag als im feuchtesten Wintermonat.
Df
Winterfeucht-kaltes Klima
Dw
Wintertrocken-kaltes Klima
ET
Tundrenklima
EF
Dauerfrostklima
Die Klimatypen der
Klimaklassifikation
nach Köppen auf der
Klimarübe
(aus:
MAUSER 2004)
Die Klimarübe ist
eine
grafische
Darstellung
der
Klimaregionen
der
Erde, bei der die
Festlandsflächen
entlang eines jeden
Breitenkreises
zusammengezogen
werden und so einen
"Idealkontinent"
ergeben, der die
Form einer Rübe hat.
Der Grund dafür ist,
dass sich der größte
Teil der Landmasse
auf
der
Nordhalbkugel
befindet.