Einführung in die Klima- und Hydrogeographie
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Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Skript zur Vorlesung „Einführung in die Klima- und Hydrogeographie“ WS 2008 / 09 Freie Universität Berlin 1 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 1 2 Definitionen........................................................................................................ 6 1.1 Wetter ......................................................................................................................6 1.2 Witterung .................................................................................................................6 1.3 Klima ........................................................................................................................6 1.4 Räumliche Einteilung von Klimaten......................................................................6 1.4.1 Makroklima......................................................................................................................... 6 1.4.2 Mesoklima.......................................................................................................................... 6 1.4.3 Mikroklima.......................................................................................................................... 6 Klimaelemente ................................................................................................... 6 2.1 Messung ..................................................................................................................6 2.2 Klimaelemente ........................................................................................................6 2.2.1 Traditionell ......................................................................................................................... 6 2.2.2 Modern............................................................................................................................... 7 2.3 2.3.1 Astronomisch ..................................................................................................................... 7 2.3.2 Geographisch..................................................................................................................... 7 2.4 Sphären ...................................................................................................................7 2.4.1 Atmosphäre........................................................................................................................ 7 2.4.2 Lithosphäre ........................................................................................................................ 7 2.4.3 Hydrosphäre ...................................................................................................................... 7 2.4.4 Pedosphäre........................................................................................................................ 7 2.4.5 Morphosphäre.................................................................................................................... 7 2.4.6 Biosphäre........................................................................................................................... 7 2.5 3 Faktoren ..................................................................................................................7 Klimasystem ...........................................................................................................8 Kennzeichnung / Aufbau der Atmosphäre ...................................................... 8 3.1 Definition .................................................................................................................8 3.2 Zusammensetzung .................................................................................................8 3.3 Gliederung...............................................................................................................8 3.3.1 Nach Temperatur ............................................................................................................... 8 3.3.2 Nach Zusammensetzung................................................................................................... 8 3.3.3 Nach Reibung .................................................................................................................... 9 3.3.4 Ozonschicht ....................................................................................................................... 9 3.4 Auswirkungen der Atmosphäre auf Klima und Wetter .......................................9 3.4.1 Konvektion ......................................................................................................................... 9 3.4.2 Gase und Strahlungsabsorption ........................................................................................ 9 3.5 Luftdruck .................................................................................................................9 3.5.1 Grundsätzlich ..................................................................................................................... 9 3.5.2 Normaler Luftdruck ............................................................................................................ 9 3.5.3 Änderung des Luftdrucks mit der Höhe ........................................................................... 10 2 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 4 5 6 7 3.5.4 Hydrostatische Grundgleichung....................................................................................... 10 3.5.5 Barometrische Höhenformel ............................................................................................ 10 3.5.6 Aerologisches Grundgesetz............................................................................................. 11 Strahlungs- und Wärmehaushalt ................................................................... 12 4.1 Solarkonstante......................................................................................................12 4.2 Umlauf der Erde um die Sonne und Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung.12 4.3 Strahlungsbilanz...................................................................................................12 4.3.1 Bilanzierung kurzwelliger Strahlung................................................................................. 12 4.3.2 Bilanzierung langwelliger Strahlung ................................................................................ 13 4.3.3 Strahlung und Wärmebilanz der Erdoberfläche............................................................... 13 Atmosphärische Zirkulation ........................................................................... 14 5.1 Thermodynamik ....................................................................................................14 5.2 Druckgradient(kraft) / Entstehung von Winden .................................................14 5.3 Corioliskraft ..........................................................................................................14 5.4 Geostrophischer und Ageostrophische Winde .................................................15 5.4.1 Geostrophischer Wind ..................................................................................................... 15 5.4.2 Ageostrophischer Wind.................................................................................................... 15 5.5 Zyklone und Antizyklone .....................................................................................15 5.6 Planetarische Luftdruck- und Windgürtel ..........................................................16 5.6.1 Äquatoriale Tiefdruckrinne / ITCZ.................................................................................... 16 5.6.2 Sub- oder randtropischer Hochdruckgürtel...................................................................... 16 5.6.3 Subpolare Tiefdruckrinne................................................................................................. 16 5.6.4 Polares Kältehoch............................................................................................................ 16 5.7 (Polar-) Jetstream .................................................................................................16 5.8 Westwinddrift ........................................................................................................16 5.9 Zirkulationszellen .................................................................................................17 Meeresgeographie........................................................................................... 17 6.1 Bedeutung für das Klima .....................................................................................17 6.2 Entstehung von Meeresströmen .........................................................................17 6.2.1 Driftströme ....................................................................................................................... 18 6.2.2 Thermohaline Zirkulation ................................................................................................. 18 6.2.3 Salinität ............................................................................................................................ 18 6.3 Gyres .....................................................................................................................18 6.4 Westwinddrift und Zirkumpolarstrom.................................................................18 6.5 Äquatorialströme ..................................................................................................18 6.6 Wichtige Ströme ...................................................................................................19 6.7 North Atlantic Circulation / NAO .........................................................................19 6.8 Upwelling / Strömungsaufstieg ...........................................................................19 Monsun und ENSO .......................................................................................... 19 3 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 7.1 Tellurische Effekte................................................................................................19 7.2 Verlauf der ITCZ ....................................................................................................19 7.3 Massenerhebungseffekt.......................................................................................19 7.4 Monsun ..................................................................................................................20 7.4.1 Definition .......................................................................................................................... 20 7.4.2 Indischer Monsun............................................................................................................. 20 7.4.3 Südost-Monsun................................................................................................................ 20 7.4.4 Wintermonsun.................................................................................................................. 20 7.4.5 Afrikanischer Monsun ...................................................................................................... 20 7.5 8 7.5.1 Wasserzirkulation............................................................................................................. 21 7.5.2 Walkerzirkulation.............................................................................................................. 21 7.5.3 El Niño ............................................................................................................................. 21 7.5.4 La Niña............................................................................................................................. 21 7.5.5 SOI................................................................................................................................... 22 Klimaklassifikation .......................................................................................... 23 8.1 Kontinentalität.......................................................................................................23 8.1.1 Thermisch ...........................................................................................................23 8.1.2 Hygrisch..............................................................................................................23 8.2 Maritimität .............................................................................................................23 8.3 Aridität ...................................................................................................................23 8.4 Humidität ...............................................................................................................23 8.5 Klimadiagramme...................................................................................................24 8.5.1 Walter-Lieth-Diagramme.................................................................................................. 24 8.5.2 Diagramme nach Lauer und Frankenberg....................................................................... 24 8.6 9 El Niño Southern Oscillation (ENSO)..................................................................21 Genetische und effektive Klassifikation.............................................................24 8.6.1 Flohn (genetisch) ............................................................................................................. 25 8.6.2 Köppen und Geiger (effektiv)........................................................................................... 25 8.6.3 Lauer und Frankenberg (effektiv) .................................................................................... 27 Quartäre Klimawechsel und –schwankungen (Paläoklima) ........................ 28 9.1 Erdzeitalter ............................................................................................................28 9.2 Indikatoren für Paläoklimaschwankungen.........................................................28 9.3 Ursachen der Klimaschwankungen ....................................................................29 9.3.1 Exzentrizität ..................................................................................................................... 29 9.3.2 Präzession ....................................................................................................................... 29 9.3.3 Obliquität.......................................................................................................................... 29 9.3.4 Sauerstoffisotope ............................................................................................................. 30 9.3.5 Heinrich Events................................................................................................................ 30 9.3.6 Dansgaard-Oeschger-Zyklen........................................................................................... 31 4 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 9.4 Holozäne Klimaschwankungen und kleine Eiszeit............................................31 9.4.1 Pleistozäne Vereisung ..................................................................................................... 31 9.4.2 Eem-Interglazial und Weichsel-Glazial............................................................................ 32 9.4.3 Holozän............................................................................................................................ 32 9.4.4 Sonnenflecken ................................................................................................................. 33 9.4.5 Vulkanaktivität.................................................................................................................. 33 10 Stratigraphie................................................................................................. 33 10.1 Definition ...............................................................................................................33 10.2 Genaue Einteilung Holozän und Pleistozän (in Deutschland)..........................34 11 Hydrologie .................................................................................................... 34 11.1 11.1.1 Physikalische............................................................................................................... 34 11.1.2 Ökonomische............................................................................................................... 35 11.2 Wasserkreislauf und Wasserbilanz.....................................................................35 11.2.1 Wasserkreislauf ........................................................................................................... 35 11.2.2 Wasserbilanz und –haushalt ....................................................................................... 38 11.3 12 Wasserknappheit ..................................................................................................34 Seen .......................................................................................................................41 11.3.1 Dimiktischer See.......................................................................................................... 41 11.3.2 Oligotrophie ................................................................................................................. 41 11.3.3 Mesotrophie................................................................................................................. 41 11.3.4 Eutrophie ..................................................................................................................... 42 11.3.5 Hypertrophie ................................................................................................................ 42 Index ............................................................................................................. 43 5 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 1 Definitionen 1.1 Wetter Augenblicklicher Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit 1.2 Witterung Ablauf meteorologischer Erscheinungen in einer Region (bzw. Ablauf von Wetterzuständen während mehrerer Tage) 1.3 Klima Mittlerer Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort über einen längeren Zeitraum 1.4 Räumliche Einteilung von Klimaten 1.4.1 Makroklima Klima einer Zone, einer Region oder eines Kontinentteils 1.4.2 Mesoklima Klima einer Landschaft 1.4.3 Mikroklima Klima der bodennahen Luftschichten eines Standortes 2 Klimaelemente 2.1 Messung Die Messung erfolgt durch direktes Messen (z.B. Temperatur), Schätzung (z.B. Sichtweite) oder Beobachtung (z.B. Wetterphänomene) Die Aufzeichnung/Messung kann beispielsweise in einer Wetterhütte geschehen (Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Niederschlag, Bedeckungsgrad, Sichtweite, Bedeckungsgrad des Himmels etc,) 2.2 Klimaelemente 2.2.1 Traditionell Temperatur, Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung, Luftdruck … 6 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 2.2.2 Modern Strahlungsgrößen, Schadstoffkonzentrationen … 2.3 Faktoren 2.3.1 Astronomisch - Länge und jahreszeitliche Variation von Tag und Nacht Solarer Einstrahlungswinkel und solares Energieangebot Spektrale Charakteristika der Einstrahlung (z.B. UV-Anteile) 2.3.2 Geographisch 2.4 Geographische Breite Höhe über Meeresspiegel Topographie (der Stationsumgebung) Mikroklima Entfernung vom Ozean Entfernung von größeren Eisgebieten Entfernung von Verdichtungsräumen … Sphären 2.4.1 Atmosphäre Bereich über dem Boden 2.4.2 Lithosphäre Bereich des Untergrundes (Bodenzusammensetzung, Gesteine etc.) 2.4.3 Hydrosphäre Bereich der Wasserkreisläufe (z.B. Ozeane; Überschneidung mit Atmosphäre und Lithosphäre) 2.4.4 Pedosphäre Bodenbereich 2.4.5 Morphosphäre Bereich der Erdbewegungen (neben Tektonik auch Sedimentierung etc.) 2.4.6 Biosphäre Bereich der lebendigen Organismen 7 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 2.5 Klimasystem Der Zustand des Klimas wird als ein System aus Klimafaktoren und den komplexen Wechselwirkungen dieser Komponenten betrachtet werden. Stark vereinfacht kann es als ein Zusammenspiel von Sonne, Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und den sog. Archiven (s. Paläoklimatologie) bezeichnet werden. 3 Kennzeichnung / Aufbau der Atmosphäre 3.1 Definition Allgemein: Atmosphäre beschreibt die Massenhülle, die aufgrund der Anziehung eines Himmelskörpers an ihn gebunden ist Erdspezifisch: Die Erdatmosphäre zeichnet sich durch das Vorhandensein von Wasserdampf und Sauerstoff gegenüber Atmosphären anderer Planeten aus. 3.2 Zusammensetzung In Bezug auf trockene, reine Luft in [Vol.-% | Gew.-%]: - 3.3 Stickstoff: Sauerstoff: Argon: CO2: Spurenbeimischungen: 78 20,9 0,9 0,03 0,17 | 75,5 | 23,1 | 1,2 | 0,05 | 0,15 Gliederung 3.3.1 Nach Temperatur - 0 – 10 km / Troposphäre: Temperaturabfall (bis -55°C) 11 – 50 km / Stratosphäre: Temperaturanstieg durch Strahlungsabsorption der Ozonschicht (bis 0°C) 51 – 80 km / Mesosphäre: Temperaturabfall (bis -90°C) 80 – 1000 km / Thermosphäre: Temperaturanstieg durch frei werdende kinetische Energie der wenig dichten Moleküle (über 400°C) 1000 – 10000 km / Exosphäre: k.A. (wahrscheinlich Temperaturabfall) 3.3.2 Nach Zusammensetzung - Homosphäre (oder Turbosphäre): Bis ~100 km Höhe sind die Moleküle der verschiedenen Gase gleichmäßig gemischt (konvektive und turbulente Durchmischung) Heterosphäre: Ab ~100 km entmischen sich die Moleküle und lagern sich aufgrund der insgesamt geringen Dichten und aufgrund der spezifischen Eigendichten übereinander an (1. Sauerstoff / 2. Helium / 3. Wasserstoff…) 8 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 3.3.3 Nach Reibung - Pelosphäre: Eine Reibung an der Erdoberfläche und Beeinflussung der Atmosphäre geschieht lediglich bis in eine Höhe von ~1,5 km. Freie Atmosphäre: Die Luftmassen werden nicht mehr durch Reibungserscheinungen beeinflusst. 3.3.4 Ozonschicht Die Ozonschicht besitzt ihr Maximum in einer ungefähren Höhe von ~30 – 40 km 3.4 Auswirkungen der Atmosphäre auf Klima und Wetter 3.4.1 Konvektion Das Wettergeschehen beschränkt sich grundsätzlich auf die Troposphäre (also bis zur Tropopause), da die Temperatur bis in die Höhe von ~10 km kontinuierlich sinkt und anschließend wieder ansteigt, sodass die Luftmassen ab dieser Höhe nicht mehr weiter steigen können („Ein Luftpaket steigt auf, wenn es wämrer als seine Umgebung ist“). Dabei kühlt die Luft bei einem trockenadiabatischen Aufstieg um 1 Kelvin pro 100 m, während die Umgebungstemperatur mit 0,65 Kelvin pro 100 m sinkt. Æ Die Konvektion bleibt auf die Troposphäre beschränkt. 3.4.2 Gase und Strahlungsabsorption Ozon absorbiert UVC-Strahlung und sorgt somit für die Inversion (also Temperaturzunahme) in der Stratosphäre. CO2 und Wasserdampf absorbieren ebenfalls solare Einstrahlungen bzw. Wärmeabstrahlungen und führen somit zu einem „natürlichen Treibhauseffekt“, der sich positiv auf die Oberflächentemperatur der Erde auswirkt (mit Effekt +15°C, ohne -18°C Oberflächentemperatur) 3.5 Luftdruck 3.5.1 Grundsätzlich Im Gegensatz zu Wasser ändern sich Druck und Dichte innerhalb der Luftsäule. Luft ist komprimierbar – mit zunehmender Höhe einer Luftsäule nehmen Gewicht und somit der Luftdruck und -dichte zu (analog gilt, dass der Luftdruck mit größerer Höhe in der Atmosphäre abnimmt). 3.5.2 Normaler Luftdruck Die Angabe des Luftdrucks erfolgt in Hektopascal (hPa) (früher mbar). 9 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Der Luftdruck bezeichnet die Kraft die senkrecht von der Oberschicht der Erdatmosphäre auf die Erdoberfläche wirkt. Der mittlere Luftdruck auf Meeresniveau entspricht ungefähr 101.300 N/m² = 1013 hPa. An der Tropopause herrscht lediglich noch ein Luftdruck von ~100 hPa. 3.5.3 Änderung des Luftdrucks mit der Höhe Der Luftdruck sinkt mit abnehmender Höhe, da sich die auflastende Luftsäule verkürzt. Dabei sinkt neben dem Luftdruck selbst aufgrund der abnehmenden Dichte ebenso der Druckgradient einzelner Schichten. Die Abnahme des Luftdrucks ist in erster Linie von der Luftdichte sowie der Änderung der Höhe abhängig. 3.5.4 Hydrostatische Grundgleichung (1) dp = −g ⋅ ρ ⋅ dz Mit dp – Änderung des Luftdrucks g – Schwerebeschleunigung ρ (rho) – Luftdichte dz – Änderung der Höhe Æ dp ~ dz (Proportionalität Druck- zu Höhenänderung) Es gilt: (2) ρ= Mit ρ (rho) p R T p R ⋅T – Luftdichte – Luftdruck – allg. Gaskonstante – absolute Temperatur für die betrachtete Luftschicht 3.5.5 Barometrische Höhenformel Aus (1) und (2) (s.o.) folgt die barometrische Höhenformel, die neben der Proportionalität von Druck- und Höhenänderung ebenfalls eine umgekehrte Proportionalität zur Lufttemperatur: (3) dp = −g ⋅ p ⋅ dz R ⋅T Mit g dz dp – Änderung des Luftdrucks – Schwerebeschleunigung – Änderung der Höhe p – Luftdruck 10 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie R – allg. Gaskonstante T – absolute Temperatur für die betrachtete Luftschicht Æ dp ~ 1/T (Proportionalität Druckänderung zu Umgebungstemperatur) Der Luftdruck nimmt in dichter kalter Atmosphäre schneller ab, als in weniger warmer und dichter Atmosphäre. Î Aus obigen Formeln ergeben sich folgende zwei Anwendungsmöglichkeiten: 1. Berechnung des Luftdrucks auf einer anderen Höhe: p1 = p0 ⋅ e − g ⋅z1 R ⋅T 2. Berechnung der Höhendifferenz aus der Luftdruckänderung: Δz = p R ⋅T ⋅ ln 0 g p1 3.5.6 Aerologisches Grundgesetz Bei gleichem Druck am Boden gilt: 1. Wenn am Boden Kaltluft herrscht, bedeutet dies einen niedrigeren Druck in der Höhe. Dies führt zu einem Höhentief. 2. Wenn am Boden Warmluft herrscht, ergibt sich in der Höhe, aufgrund eines höheren Luftdrucks, ein Höhenhoch. Flächen gleichen Drucks liegen über dem Äquator höher als an den Polen (aufgrund unterschiedlicher Erwärmung). Somit ist die Luft unterschiedlich stark in vertikaler Richtung ausgedehnt. Dies führt zu Druck- und Energieausgleichsdynamiken, die in der atmosphärischen Zirkulation eine wichtige Rolle spielen (s.u.). 11 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 4 Strahlungs- und Wärmehaushalt 4.1 Solarkonstante Die Solarkonstante bezeichnet die annähernd konstante Bestrahlungsstärke der Sonneneinstrahlung an der Obergrenze der Erdatmosphäre. Diese schwankt jedoch im Laufe von Jahrzehnten. Dies hängt unter anderem mit den Sonnenflecken sowie dem Sonnenmagnetfeld zusammen. 4.2 Umlauf der Erde um die Sonne und Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung Die Erde vollzieht (Umlauf wird auch Revolution genannt) innerhalb eines Jahres eine elliptische Bahn um die Sonne. Die größten Abstände zur Sonne erreicht die Erde in Sommer- und Wintersolstitium (21.06. und 22.12.). Die Sonneneinstrahlung erreicht hier den maximalen Winkel (Zenit, 90°) von 23,5° N/S und ruft an den Polen die Polarnächte hervor. Die größte Nähe zur Sonne wird in den Äquinoktien (21.03. und 23.09.) erreicht. Hier ist der Einfallswinkel genau rechtwinklig (Zenit) über dem Äquator. Die unterschiedlichen Einfallswinkel werden durch die Neigung der Erdachse hervorgerufen. Da diese langfristig rotiert, ändern sich im Laufe von Jahrtausenden die maximalen Einstrahlungswinkel. Im Zenit (90°) ist die eingestrahlte Energiemenge pro Flächeneinheit bzw. die Einstrahlungsintensität maximal. 4.3 Strahlungsbilanz 4.3.1 Bilanzierung kurzwelliger Strahlung Die Sonne strahlt vor allem kurzwellige Strahlung ab (~ 0,2 – 2 μm / sichtbare Strahlung liegt bei ungefähr 0,4 – 0,8 μm). Kurzwellige Strahlung wird einerseits in der Erdatmosphäre (und Wolken) gestreut und andererseits bereits teilweise absorbiert und reflektiert. Eine Absorption geschieht vor allem durch die Erdoberfläche sowie Wasserdampf (also Wolken). Reflektiert wird die kurzwellige Einstrahlung einerseits durch die Erdoberfläche, welche langwellige Wärmestrahlung zurückgibt, und andererseits durch Wolken. Die Reflexion wird auch Albedo genannt. 12 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Es gilt: Globalstrahlung – Albedo = effektive Einstrahlung 4.3.2 Bilanzierung langwelliger Strahlung Die Langwellige Strahlung bezeichnet die langwellige Wärmeabstrahlung der Erde (die langwellige Sonneneinstrahlung ist eher gering). Diese entsteht als Albedo vorwiegend an der Erdoberfläche (geringe Mengen auch bei der Reflexion in Wolken). Die langwellige Wärmeabstrahlung wird einerseits aus der Atmosphäre wieder ausgestrahlt und andererseits in der Atmosphäre wiederum durch CO2, O3 (Ozon) und H2O (Wasserdampf, Wolken) in Form der atmosphärischen Gegenstrahlung auf die Erde zurückgestrahlt. Dies ergibt für die langwellige Strahlungsbilanz der Erde: Atmosphärische Gegenstrahlung – langwellige Ausstrahlung = effektive Ausstrahlung 4.3.3 Strahlung und Wärmebilanz der Erdoberfläche Aus obigen Erkenntnissen ergibt sich eine Gesamtstrahlungsbilanz der Erde: Q + q + G − α (Q + q ) − A − L − V = 0 Mit Q – direkte Einstrahlung q – indirekte, gestreute Einstrahlung G – atmosphärische Gegenstrahlung α – Reflexionsfaktor A – direkte Ausstrahlung L – latente Wärmestrahlung V – fühlbare Wärmestrahlung Da die Einstrahlung der Sonne in den verschiedenen Breiten aufgrund der unterschiedlichen Einstrahlungswinkel variiert, ergibt sich für etwas über 30° N/S ein Strahlungs- bzw. Energieüberschuss, für die Breiten in den Polregionen entsprechend ein Strahlungs- oder Energiedefizit. 13 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 5 Atmosphärische Zirkulation 5.1 Thermodynamik Warme Luft besitzt eine geringere Dichte als kalte Luft. Warme Luft steigt auf – kalte Luft fällt. Aufsteigende Warmluft bildet in der Höhe ein Höhenhoch und am Boden ein Bodentief (für Kaltluft gilt dies umgekehrt). Grundsätzlich gilt großräumig über der Erde: An den Polen befinden sich dank der absinkenden Kaltluft Bodenhochs und Höhentiefs, in den niedrigeren Breiten aufgrund der aufsteigenden, warmen Luft Höhenhochs sowie Bodentiefs. Es entsteht so ein globales, meridionales Energiegefälle. Die Frontalzone zwischen diesen beiden thermischen Gebieten verläuft zwischen 40° und 50° N/S. 5.2 Druckgradient(kraft) / Entstehung von Winden Die Druckgradientkraft resultiert aus horizontalen Luftdruckunterschieden. Der Gradient zeigt hierbei immer von hohem zu tiefem Druck. So entsteht ein Wind (also Druckausgleichsbewegung der Luftmassen), welcher die Druck- bzw. Energiedefizite ausgleicht und solange vorherrscht, bis der Ausgleich vollzogen ist. Je höher die Druckunterschiede, desto stärker wirkt der Druckgradient und desto schneller bewegen sich die Luftmassen. Isobaren (Linien gleichen Drucks) verlaufen immer senkrecht zum Druckgradienten. Der Ausgleich von Druckunterschieden impliziert zudem den Ausgleich von Temperaturdifferenzen (da warme und kalte Luft unterschiedliche Dichten und somit Drücke aufweisen). Æ Es lässt sich somit folgern, dass zum Ausgleich der Druckunterschiede zwischen Äquator- und Polregion Winde wehen. Die Luftmassen bewegen sich – aufsteigend am Äquator – in der Höhe in Polrichtung, kühlen dort ab und fließen nach dem Absinken in Bodennähe wieder in Richtung Äquator zurück. Letzteres simples Zirkulationsschema gilt allerdings nur unter der Vorraussetzung, dass die Erde nicht rotiert. Anderenfalls entsteht die Corioliskraft, welche das System in Form einer wichtigen Komponente erweitert. 5.3 Corioliskraft Neben Zentrifugal-, Reibungs- und Erdanziehungskraft spielt die Corioliskraft eine wichtige Rolle bei der atmosphärischen Zirkulation. Bei ihr handelt es sich 14 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie um Scheinkraft, die aufgrund der mit der Breite variierenden Rotationsgeschwindigkeiten der Erde auftritt. Sie wirkt bei großräumigen Bewegungen vor allem auf Wasser- und Luftmassen. Auf der Nordhalbkugel führt die Corioliskraft zu einer Rechts-, auf der Südhalbkugel zu einer Linksablenkung. Je nach Bewegungsgeschwindigkeit, geographischer Breite und Rotationsgeschwindigkeit der Erde wirkt die Corioliskraft stärker oder schwächer auf ein Teilchen. In Abhängigkeit ergibt sich für den Äquator kein Auftreten der Corioliskraft, an den Polen ist sie maximal. 5.4 Geostrophischer und Ageostrophische Winde 5.4.1 Geostrophischer Wind Geostrophische Winde bezeichnen horizontale Luftmassenbewegungen ohne Reibungseinfluss (d.h. in der Höhe). Sie strömen unter Einfluss der Gradient- und Corioliskraft – wenn diese sich im Gleichgewicht befinden - isobarenparallel und führen zu keinem Druckausgleich. 5.4.2 Ageostrophischer Wind Im Gegensatz zu geostrophischen Winden sind ageostrophische Winde der Oberflächenreibung ausgesetzt. Diese wirkt genau entgegen der Windrichtung und führt zu einer Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit. Dadurch wirkt eine geringere Corioliskraft (die bei größerer Geschwindigkeit zunimmt), sodass die Druckgradientkraft sie übertrifft und keine isobarenparallele Strömungsrichtung hervorgerufen wird. Somit fließt Luft weiter von Hoch- zu Niedrigdruckregionen und es findet ein Druckausgleich statt. 5.5 Zyklone und Antizyklone In der Höhe entstehen aufgrund der geostrophischen, isobarenparallelen Bewegungsrichtung der Luftmassen - nach deren Aufsteigen – Antizyklone, d.h. die Luft bewegt sich (auf der Nordhalbkugel) rechtsdrehend um das Höhenhoch. Entsprechend gilt dies für Zyklone umgekehrt – diese strömen linksdrehend beim Abfallen der Luftmassen. 15 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 5.6 Planetarische Luftdruck- und Windgürtel 5.6.1 Äquatoriale Tiefdruckrinne / ITCZ Da die Sonneneinstrahlung am Äquator bzw. in der ITCZ (bis 23,5° N/S) maximal ist und die Süd- und Nordostpassate (vom Pol zurückkehrende Luftmassen) konvergieren, d.h. von Nord und Süd zusammenströmen, steigt die Luft hier auf (Æ Bodentief / Windstille in den sog. Kalmen oder Doldrums) und fließt antizyklisch in Polrichtung. 5.6.2 Sub- oder randtropischer Hochdruckgürtel Die vom Äquator zuströmenden Luftmassen werden durch die Corioliskraft rechts- bzw. linksdrehend abgelenkt bis sie isobarenparallel bis auf ca. 30° N/S den subtropischen Hochdruckgürtel bilden. 5.6.3 Subpolare Tiefdruckrinne Die aus dem subtropischen Hochdruckgürtel weiter polwärts strömenden Luftmassen stauen sich in der Höhe bei ca. 30° N/S. Dies führt zu einem Absinken der Luft (und der Entstehung der Westwinddrift in diesen Breiten). Diese schiebt sich jedoch auf die bereits vom Pol zurückströmende Luft an der polaren Kältefront oder auch Frontalzone auf. So entsteht eine subpolare Tiefdruckrinne (in der Höhe). 5.6.4 Polares Kältehoch Die zuströmenden (wärmeren) Luftmassen werden abgekühlt und sinken aus der Höhe auf den Pol. Es entsteht das Polarhoch. Die Luft strömt von hier bodennah wieder in Richtung Äquator. 5.7 (Polar-) Jetstream Der Polarjetstream entsteht in großer Höhe über der polaren Frontalzone. Es handelt sich hierbei um Luftmassen, die nach dem Aufgleiten auf die Frontalzone aus der Westwinddrift in die Höhe abgelenkt wurden und dort in großer Geschwindigkeit die Erde in Ostrichtung (d.h. aus Westen) kanalartig umfließen. 5.8 Westwinddrift Die Westwinddrift entsteht zwischen 30° - 40° N/S als Folge des Luftstaus in diesen Breiten. Die Luft wird hier westwärts abgelenkt und umfließt die gesamte Erde. Allerdings sind die Westwinde auf der Südhalbkugel, aufgrund der geringen Landmasse, wesentlich stärker und umströmen die Antarktis kontinuierlicher. Die Westwinddrift mäandriert entlang der polaren Frontalzone in Form der Rossbywellen. Dies führt zum Einschließen und Abkapseln warmer bzw. kalter Druckgebilde, welche in der Folge als dynamische (Ryd-Scherhag-Effekt) 16 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Hoch- bzw. Tiefdruckgebiete in Pol- und Äquatorrichtung sowie westwärts ziehen. Unter einem Höhenhoch herrscht hierbei ebenfalls ein Bodenhoch vor (für Tiefdruckgebiete analog). 5.9 Zirkulationszellen Polare Zelle Ferrelzelle Hadleyzelle AZA 6 Meeresgeographie 6.1 Bedeutung für das Klima - 6.2 71% der Erdoberfläche von Wasser bedeckt Ozeane speichern und transportieren Energie Ozeane speichern Treibhausgase (CO2, O3) Wassergehalt der Atmosphäre vorwiegend von Oberflächentemperatur (Verdunstung) der Ozeane gesteuert Entstehung von Meeresströmen Wichtige Entstehungsfaktoren: - Winddrift Dichteunterschiede Temperaturunterschiede Gezeiten 17 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 6.2.1 Driftströme Durch Winde an den Oberflächen der Ozeane kommt es zur Wasserbewegung aufgrund von Reibung. Da die Corioliskraft in einem Wirkungswinkel von 90° die Wassermassen ablenkt, kommt es zu einer von der Windrichtung um 45° (nach rechts bzw. links) abweichenden Strömungsrichtung des Oberflächenwassers. Unterliegende Schichten werden weiter abgelenkt, sodass eine Strömungsspirale (Ekman Spirale) entsteht. 6.2.2 Thermohaline Zirkulation Salzgehalt (s. Slinität) und Temperatur führen aufgrund von Dichteunterschieden (kaltes, salzhaltiges sinkt ab) zu einer vertikalen Zirkulation. 6.2.3 Salinität Der Salzgehalt (auch Salinität genannt) wird maßgeblich von Verdunstung und Niederschlag bestimmt. In der Folge führt dies zwischen 30° N/S dank eines Niederschlagsdefizits zu einer erhöhten Salzkonzentration. Nebenmeere verhalten sich den transkontinentalen Ozeanen gegenüber als Verdünnungs(z.B. Ostsee, arktischer Ozean) oder Konzentrationsbecken (z.B. Mittelmeer). 6.3 Gyres Gyres entstehen als Folge der globalen Druck- und Winddriftverhältnisse. Sie gleichen als Energietransporteure die globalen Energiedefizite zwischen höheren und niederen Breiten aus. 6.4 Westwinddrift und Zirkumpolarstrom In der Antarktis herrscht aufgrund der kaum durch Landmassen beeinflussten Westwinddrift und der polaren Ostwinde eine starke zirkumpolare Strömung vor. Diese verhindert einen effektiven Energieaustausch mit niederen Breiten. Um die Arktis hingegen fließt kein Zirkumpolarstrom, sodass z.B. über Golfstrom (Wärmezufuhr) und Labradorstrom (kalte, äquatorgerichtete Strömung) ein unaufhörlicher Energieaustausch stattfindet. 6.5 Äquatorialströme Die Nord- und Südäquatorialströme entstehen als äquatorwärts fließende Wassermassen aus den Gyres (durch Ablenkung an den Kontinentalplatten sowie der Corioliskraft). Sie fließen nördlich und südlich des Äquators in westlicher Richtung. Dazwischen fließt der ostwärts gerichtete äquatoriale Gegenstrom. Wichtig für klimatische Phänomene sind hierbei der atlantische Süd(Benguelastrom) und der pazifische Nord-Äquatorialstrom, welche als warme Meeresströmungen Hurricanes verursachen können. 18 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 6.6 Wichtige Ströme Wichtige Ströme im sog. „conveyor belt“ (Gürtel von energietransportierenden globalen Strömen) sind: - Golfstrom (w) Benguelastrom (w) Humboldtstrom (w) Kuro-Shio-Strom (w) Labradorstrom (k) Kalifornischer Strom (k) Sowie die o.g. Äquatorialströme (w) 6.7 North Atlantic Circulation / NAO Zirkulationssystem von Golfstrom (und Atlantischem Strom bzw. Golfstromdrift; w), Labradorstrom (k), Kanarenstrom (k) und NordÄquatorialstrom (w). Dieses System ist ein wichtiger Energie- und Nährstofflieferant für Europa und Nordamerika und beeinflusst das globale Klima erheblich. 6.8 Upwelling / Strömungsaufstieg Upwelling beschreibt den Aufstieg von (nährstoffreichem) Tiefenwasser durch ablandige Luftströmungen an Kontinentalhängen. 7 Monsun und ENSO 7.1 Tellurische Effekte Tellurische Effekte bezeichnen die Einflüsse der Land-Wasser-Verteilung auf die Zirkulation. Für große Landmassen gilt: 1. Im Sommer: starke Konvektion Æ Tiefdruck 2. Im Winter: starke Auskühlung Æ Hochdruck 7.2 Verlauf der ITCZ Der Verlauf der ITCZ ist neben dem solaren Einstrahlungsmaximum vor allem von tellurischen Effekten abhängig. So schwankt der Verlauf der ITCZ innerhalb eines Jahres um mehr als 20°. 7.3 Massenerhebungseffekt Der Massenerhebungseffekt beschreibt den Einfluss großer Flächenerhebungen auf die Luftdruckverhältnisse und –temperaturen. 19 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie So bildet sich über dem zentralasiatischen Hochplateau während des Sommers ein starkes Bodentief, während des Winters ein Bodenhoch aus. Dies hängt mit der relativen, starken Erwärmung/Abkühlung der hoch gelegenen Flächen zusammen. 7.4 Monsun 7.4.1 Definition Monsune werden als starke, beständige Luftströmungen innerhalb der unteren Troposphäre mit nahezu konstanter Strömungsrichtung und -stärke beschrieben. Zudem kehren sie jahresperiodisch die Richtung um. Dabei muss die Richtungsumkehr einen minimalen Winkel von 120° beschreiben, die Beständigkeit im Mittel bei mind. 40 % liegen und ihre Strömungsgeschwindigkeit mindestens einmal im Jahr 3 m/s überschreiten. 7.4.2 Indischer Monsun Der indische Monsun entsteht (im Sommer) aus Südost-Passaten, welche nach dem Überschreiten des Äquators in nord-östliche Richtung wehen. Dabei saugen sich die warmen Luftmassen über dem indischen Ozean mit Wasser voll und regnen über den hoch gelegenen Regionen Indiens ab (Luv/Lee). Zu dieser Jahreszeit befindet sich über dem zentralasiatischen Hochplateau ein stabiles Tief. 7.4.3 Südost-Monsun Der Südost-Monsun betrifft den südostasiatischen Raum und weht aus südöstlicher Richtung (Süd-Ost-Passate). 7.4.4 Wintermonsun Während des Winters kommt es zum Wintermonsun, der über Indien aus nord-östlicher, über Südostasien aus nord-westlicher Richtung weht. Von zentraler Bedeutung für die Entstehung dieses Monsuns ist das winterliche Hochdruckgebilde über dem zentralasiatischen Massiv. 7.4.5 Afrikanischer Monsun Der afrikanische Monsun entsteht aus dem Hochdruckgebiet über dem Südatlantik. Er weht in nord-östlicher Richtung über den afrikanischen Kontinent. Allerdings wird er in seiner Strömungsrichtung über dem altweltlichen Wüstengürtel unterbrochen und muss - gehindert durch die aus dem zentralasiatischen Höhenhoch (sommerliches Bodentief) absinkenden warmen Luftmassen – in östlicher Richtung wehen. Über der Sahara entstehen im Sommer ein Kälte-Höhen-Hoch und ein Bodentief. 20 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 7.5 El Niño Southern Oscillation (ENSO) 7.5.1 Wasserzirkulation Der Humboldtstrom fließt gespeist von arktischem kaltem Wasser entlang der Westküste Südamerikas äquatorwärts. Entlang des Süd-Äquatorialstromes bewegen sich die erwärmenden Wassermassen an der Oberfläche in Richtung Südostasiens (vor allem Indonesien). Dort sinken kältere Wasserströmungen unter die tropisch-warmen Schichten ab und fließen in der tiefe wieder in Richtung des Humboldtstromes. 7.5.2 Walkerzirkulation Die Walkerzirkulation überlagert die obige Wasserzirkulation: Die Luft wird innerhalb der ITCZ (ungefähr über Indonesien) erwärmt. So entsteht ein Tiefdruckgebiet. Die aufgestiegenen feucht-warmen Luftmassen fließen in Richtung des stationären Hochs vor der südamerikanischen Küste und sinken dort (auch aufgrund der kalten Oberflächentemperatur des Pazifiks) herab und strömen wiederum in Form des Südostpassats in Richtung Indonesien. Dort steigen die Luftmassen wiederum dank der Erwärmung an der Meeresoberfläche und der Passatinversion auf. (Die Passate stellen den südostasiatischen Monsun dar) Die Walkerzirkulation tritt ebenso im Atlantik und indischen Ozean auf. Hier lassen sich ebenso von der SO abhängige, El Niño ähnliche Phänomene beobachten, deren Ausprägung und –wirkungen jedoch hinter dem pazifischen zurückbleiben, da die Temperaturdifferenzen innerhalb der andere Ozeane vor den Küsten geringer sind (vgl. Südamerika – Humboldtstrom). 7.5.3 El Niño El Niño tritt auf, sobald die SO für ein Erschlaffen und Ausbleiben des Südostpassats sorgt: Das hervorgerufene Abschwächen und Erliegen des Süd-Äquatorialstromes hat zur Folge, dass das warme, südostasiatische Oberflächenwasser in Richtung Südamerika fließen kann. Dies führt zum Ausbilden eines Tiefdruckgebiets vor der südamerikanischen Küste und einer Umkehrung der Walkerzirkulation. Die vor Südamerika aufsteigenden warmfeuchten Luftmassen führen zu starken konvektiven Niederschlägen in der (Luv-) Küstenregion und im Hinterland zu Dürren. Auch in Südostasien bedeutet El Niño, aufgrund des Ausbleibens des Südostmonsuns, starke Dürren. 7.5.4 La Niña Während El Niño die Umkehr der Walkerzirkulation beschreibt, handelt es sich bei La Niña um eine Verstärkung der normalen Verhältnisse: So führt verstärkt im Humboldtstrom (also vor Südamerika) aufquellendes, kaltes Tiefenwasser die Zirkulation. Dies hat vermehrte Dürren in Südamerika und verstärkte Niederschläge und vermehrte Wirbelstürme im Südostasiatischen Raum zur Folge. 21 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 7.5.5 SOI Der South Oscillation Index (SOI) wird aus der Luftdruckdifferenz zwischen Darwin (Australien) und den Osterinseln berechnet und soll anhand der Stärke der Luftdruckschwingungen zur Vorhersage von El Niño und La Niña dienen. 22 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 8 Klimaklassifikation 8.1 Kontinentalität Grundsätzlich gilt Kontinentalität als die Eigenschaft großer Landmassen dem Jahreszyklus der Temperatur eine große Schwankung zu verleihen. Der Kontinentalitätsindex von Gorczynski berücksichtigt hierbei die Amplitude der Temperatur sowie die geographische Breite als ausschlaggebende Faktoren. 8.1.1 Thermisch Thermische Kontinentalität zeichnet sich durch große tages- und jahreszeitliche Temperaturschwankungen sowie eine geringe Verzögerung der Jahrestemperaturextremwerte gegenüber dem Eintritt in ein Solstitium (d.h. kälteste/wärmste Temperaturen gg. 21.06. und 22.12.) aus. 8.1.2 Hygrisch Hygrische Kontinentalität bezeichnet die geringe Luftfeuchte sowie vorwiegend vorherrschende konvektive Sommerniederschlage. Zudem herrscht ein geringerer Bedeckungsgrad. 8.2 Maritimität Maritimität herrscht dort vor, wo aufgrund des Einflusses von Ozeanen geringere jahres- und tageszyklische Temperaturschwankungen vorherrschen. Die Extremwerte der Temperatur sind gegenüber dem Eintritt der Soltitien stärker verzögert und es herrscht eine größere Luftfeuchte vor. Des Weiteren gibt es vorwiegend advektive (also horizontal verlaufende) Niederschläge und der Bedeckungsgrad ist höher. 8.3 Aridität Herrscht Aridität, so überwiegt die Verdunstung dem Niederschlag. Aridität und Humidität werden durch eine sogenannte Trockengrenzformel voneinander abgegrenzt. Diese richtet sich je nach Klassifikationsmodell. 8.4 Humidität Humidität besagt, dass in einem Gebiet mehr Niederschlag fällt, als Wasser verdunstet. 23 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 8.5 Klimadiagramme 8.5.1 Walter-Lieth-Diagramme Bis 50°C bzw. 100mm Niederschlag gilt die Einteilung der y-Achse in 10mmSchritten. Danach wird in 200mm-Schritten beschriftet. Ab 50°C bzw. 100mm werden die Flächen geschwärzt dargestellt. Auf der Nordhalbkugel wird die x-Achse von Januar bis Dezember, auf der Südhalbkugel von Juli bis Juni (aufgrund der Verschiebung von Sommer und Winter) beschriftet. 8.5.2 Diagramme nach Lauer und Frankenberg 8.6 Genetische und effektive Klassifikation Ziel der Klimaklassifikation ist es eine Typisierung der lokal unterschiedlichen Einzelklimate zu schaffen. Diese lassen sich dann wiederum in übergeordnete Gruppen eingliedern und letztlich objektiv (und auch statistisch) von einander abgrenzen. 24 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Bei der genetischen Klassifikation werden Druck- und Windfeld aus dem Energiehaushalt abgeleitet. Die Klimazonen wiederum aus diesen Feldern. Die effektive Klassifikation zieht Grenzwerte von Klimaelementen (z.B. Temperatur und Niederschlag) sowie deren Einfluss auf die Klimaindikatoren (z.B. Vegetation) heran. 8.6.1 Flohn (genetisch) Sommer stetige Klimate alternierende Klimate Winter 7 hochpolare Ostwindzone polare Ostwinde 6a boreale Zone Sonderbedingungen 6 Subpolarzone 5 außertropische Westwindzone 4 subtropische Winterregenzone (Mittelmeerklima) 3 subtropische Trocken- und Passatzone 2 Randtropen 1 Äquatoriale Westwindzone polare Ostwinde Westwinddrift außertropische Westwinde subtropischrandtropischer Hochdruckgürtel außertropische Westwinddrift Passate äquatoriale Westwinde Passate Westwinde Die obige Klassifikation nach Flohn beinhaltet keine Monsunklimate! 8.6.2 Köppen und Geiger (effektiv) 1. Buchstabe: o o o o o A: tropische Klimate [ kein Monatsmittel < 18°C ] B: Trockenklimate 1. BW: Wüstenklima 2. BS: Savannen- / Steppenklima C: warme, gemäßigte Klimate [ kältester Monat -3° bis +18°C] D: boreale, subarktische Klimate [ kältester Monat unter - 3°C, wärmster über 10 °C ] E: schneereiche, kalte Klimate / Eisklimate [ wärmster Monat < -10 °C 2. Buchstabe: o o o f: immerfeucht m: Sonderbuchstaben z.B.: Am – tropisches Monsunklima s: sommertrocken 25 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie o w: wintertrocken 3. Buchstabe: o o o o a: heiße Sommer b: warme Sommer kühle Sommer strenge Winter 3. Buchstabe (bei BW/BS): o o h: heiß (T > 18°C) k: kalt (T < 18°C) Einteilungsflussdiagramm: Die Vorteile bei einer Klassifizierung nach Köppen und Geiger liegen in der einfachen Farbgebung sowie der markanten Darstellung von Trockengebieten. 26 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Auch sind Rückschlüsse auf die Genese (AZA / Energiehaushalt bzw. Druckund Windverhältnisse) in begrenztem Umfang möglich. Die Nachteile liegen in der Inkonsequenz der Klassifikation in Bezug beispielsweise auf die thermische Klassifizierung von Trockengebieten. Zudem sind keine subtropischen und Höhenklimate enthalten. 8.6.3 Lauer und Frankenberg (effektiv) Die Einteilung erfolgt bei Lauer und Frankenberg anhand der Einstrahlungsbedingungen sowie dem Wärme- und Wasserhaushalt. Die Vorteile der Klassifikation nach Lauer und Frankenberg liegen in den konsequenten Kriterien und der Angabe von Höhenklimaten. Nachteilig wirken sich in der Darstellung die etlichen Zusatzschraffuren aus. Auch ist die klassische Savannengliederung nicht nachvollziehbar (es fehlt beispielsweise die Dornsavanne). 27 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 9 Quartäre Klimawechsel und –schwankungen (Paläoklima) 9.1 Erdzeitalter Erdzeitalter Formation (Periode / System) Epoche / Abteilung / Serie Holozän (Alluvium) Quartär Neogen Pleistozän (Diluvium) Pliozän Känozoikum (Erdneuzeit) Miozän Oligozän Tertiär Eozän Paläogen Paläozän Oberkreide Kreide Unterkreide Weißer Jura (Malm) Mesozoikum (Erdmittelalter) Jura Brauner Jura (Dogger) Schwarzer Jura (Lias) Keuper Trias Muschelkalk Buntsandstein Perm Karbon Zechstein Rotliegendes Oberkarbon Unterkarbon Oberdevon Devon Paläozoikum (Erdaltertum) Mitteldevon Unterdevon Silur Beginn in Mio. Jahren vor heute 0,011 1,8 5,33 23,03 33,9 55,8 65,5 100 141 160 178 195 210 225 230 251 280 325 345 360 370 395 430 Ordovizium 500 Oberkambrium Kambrium Mittelkambrium Unterkambrium Kryptozoikum (Erdurzeit) 9.2 Präkambrium 570 ~ 5000 Indikatoren für Paläoklimaschwankungen Um frühere Klimate rekonstruieren zu können, sind verschiedene Indikatoren (Archive) heranzuziehen: - Glazialablagerungen (Eisbohrkerne) 28 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie - 9.3 Geomorphologische Formen (z.B. Sedimentierung) Paläoböden (Vegetationsveränderungen) (Veränderungen in der Tierwelt) Wechsel in Isotopenzusammensetzungen (z.B. in Tiefsee- und Eiskernbohrungen, Kalkschalen von Mollusken etc.) Ursachen der Klimaschwankungen Bei der Betrachtung der Ursachen von Klimaschwankungen werden in erster Linie Holo- und Pleistozän des Quartärs betrachtet. 9.3.1 Exzentrizität Exzentrizität beschreibt die Verlagerung von Perihel (lürzeste Entfernung zur Sonne) und Aphel (größte Entfernung zur Sonne): Diese Änderungen werden durch Gravitationswechselwirkungen der Erde mit anderen Planeten zyklisch im Abstand von ungefähr 100.000 Jahren hervorgerufen. Die so hervorgerufenen Veränderungen der Sonneneinstrahlung bzw. deren Winkel führen zu Anwachsen und Abschmelzen von Eis. 9.3.2 Präzession Die Präzession wird durch die Ausübung eines Drehmoments durch die Sonne auf die Erdrotation hervorgerufen. Sie beschreibt das Kreiseln der Erdachse (mit einem Zyklus von 23.000 Jahren) und führt zur Verlagerung der Jahreszeiten auf der Erde bei dem Umlauf um die Sonne. Die momentane Konstellation (Winter der Nordhemisphäre im Perihel / Sommer im Aphel) fördert milde Winter und kühle Sommer. 9.3.3 Obliquität Obliquität bezeichnet die zyklische Änderung der Erdekliptik (Achsenschiefe). Diese schwankt mit einem Rhythmus von 41.000 Jahren zwischen 21,5° und 24,5° (zurzeit 23,5°). Ist der Neigungswinkel maximal kommt es auf beiden Hemisphären zu sehr heißen Sommern (und umgekehrt zu sehr kalten Wintern und milden Sommern). 29 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 9.3.4 Sauerstoffisotope Grundsätzlich: - 16 18 O: besitzt 16 Neutronen O: besitzt 18 Neutronen Anwendung: Beispielsweise wird bei der Verdunstung von Wasser 18O relativ im verbleibenden Wasser angereichert (Verhältnis 18O:16O verschiebt sich). Im Gegensatz dazu ist 18O im Wasserdampf um ca. 10 ‰ niedriger als 16O. Dies führt dazu, dass 16O zu Kaltzeiten in Eis, 18O im Meerwasser angereichert wird. Bei Warmzeiten geschieht das Gegenteil: Der 16O-Gehalt sinkt im Eis und steigt im Meerwasser an. Dies kann beispielsweise anhand von Eisbohrkernen oder Kalkschalen nachvollzogen werden. Über die Isotopenstadien von Eis oder Kalkschalen lassen sich Rückschlüsse auf das Alter ziehen. 9.3.5 Heinrich Events Das Abschmelzen von Eis (vor allem aus dem Laurentischen Eis / Nord Amerika) und der Fluss des Schmelzwassers in den Nordatlantik werden als Heinrich Event bezeichnet. Sie passieren in einem Zyklus von ca. 7000 Jahren 30 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie und bewirken eine Störung der thermohalinen Zirkulation des Nordatlantiks bzw. führen zu einer Abkühlung. Das Abrutschen des Eises (Ice Rafted Debris - IRD / nordamerikanische und grönländische Eisschilde) wird auf eine zu dem Zeitpunkt zu dicke Eiskappe zurückgeführt. Die so geschehene verstärkte Zufuhr von Süßwasser führt zu einer geringeren Bildung von Tiefenwasser. Als Folge bleibt die thermohaline Zirkulation (Labradorstrom und Golfstrom) aus und führte zu einer schnellen Abkühlung Nord- und Mitteleuropas. Als Beleg für die Heinrich Events gelten entsprechende Sedimentablagerungen im Nordatlantik. 9.3.6 Dansgaard-Oeschger-Zyklen Diese Zyklen beschreiben schnelle Klimaschwankungen während bzw. zwischen den letzten Eiszeiten des Pleistozäns. Auf der Nordhemisphäre stellen sie sich als rasante klimatische Erwärmungen und allmähliche langsame Abkühlung dar. Sie stehen in Zusammenhang mit den Heinrich Events und treten in einem Zyklus von ca. 1470 (7*210 / 17*86,5) Jahren auf. Beispielsweise: Erwärmung des Grönlandeisschelf vor 11.500 Jahren innerhalb von 40 Jahren in drei Etappen von jeweils +8°C. 9.4 Holozäne Klimaschwankungen und kleine Eiszeit 9.4.1 Pleistozäne Vereisung Schon vor Beginn des Pleistozäns setzte im Tertiär eine Abkühlung ein, die von einem sehr hohen Temperaturniveau im Mesozoikum ausging. Die Temperaturen lagen im globalen Mittel bis zu 10°C über dem derzeitigen, die Erde war eisfrei. Heute wird angenommen, dass bereits im Tertiär im Bereich der Antarktis die Eisbildung einsetzte. Die Temperaturen lagen im globalen Mittel jedoch noch immer bis zu 5°C über den heutigen, so dass der arktische Raum eisfrei blieb. Eine permanente arktische Vereisung setzte erst im Übergang zum Pleistozän (und damit zum Quartär) ein. Für die Dauer des Pleistozäns werden heute in erster Linie anhand der Sauerstoff-Isotopen-Methode über 20 Kaltzeiten und Glaziale mit dazwischen liegenden Warmzeiten beziehungsweise Interglazialen unterschieden. 31 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 9.4.2 Eem-Interglazial und Weichsel-Glazial Das Eem-Interglazial war, insbesondere im Vergleich zum Holozän, sehr instabil und von vielen Kälteeinbrüchen geprägt (vergleiche Abbildung). Im vieljährigen nordhemisphärischen Mittel war es im Eem jedoch etwas wärmer als derzeit (ausgegangen wird von ca. 1°C). Während des Weichsel-Glazials lagen die Temperaturen im nordhemisphärischen Mittel etwa 4 bis 5°C niedriger als im Holozän - der derzeit andauernden Warmzeit. Dies führte zu einer Eisbedeckung, die in ihrem Ausmaß in etwa dem dreifachen der heutigen entsprach. Damit einhergehend kam es zu einer Absenkung des Meeresspiegels um mehr als 100m. Auch das WeichselGlazial ist durch eine Vielzahl von Klimaschwankungen gekennzeichnet. Besonders hervorzuheben ist die rasche Erwärmung gegen Ende des Glazials und der schnelle Übergang in die folgende Warmzeit, das Holozän. 9.4.3 Holozän Beim Holozän handelt es sich um eine Warmzeit, die (seit 11.000 Jahren) bis heute andauert. Die wärmste Phase, das postglaziale Optimum um 6.000 Jahre vor heute, fällt ins Atlantikum. Spätere Klimagunst- und Ungunstphasen lassen sich häufig mit historischen Ereignissen korrelieren. So spricht man beispielsweise vom Optimum der Römerzeit (um 2.000 Jahre vor heute), dem Pessimum der Völkerwanderung (um 1.500 Jahre vor heute) sowie dem mittelalterlichen Optimum (um 1.000 Jahre vor heute). Hervorzuheben ist also, dass es im Verlauf des Holozäns bereits mehrere Phasen gab, in denen es im Mittel sowohl kälter, aber auch wärmer war als heute. Die Klimagunst des mittelalterlichen Optimums (1 bis 1,5°C höhere Jahresmitteltemperaturen als heute) äußerte sich unter anderem auch in der Verbreitung der Weinanbaugebiete. Im Spätmittelalter setzte dann jedoch eine Abkühlung ein, Sturmfluten und Hungersnöte in Folge von Missernten häuften sich. Die Verschlechterung der Lebensbedingungen während der folgenden Kleine Eiszeit führte zu mehreren Auswanderungswellen in neu entdeckte Länder. Die kleine Eiszeit, die bis 1850 andauerte, war gekennzeichnet durch eine im Vergleich zu heute um etwa 1°C kältere Jahresmitteltemperatur in Europa. Verbreitet kam es zu Gletschervorstößen. 32 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie In die ausgehende Kleine Eiszeit fällt der Beginn der direkten instrumentengestützten Klimabeobachtung. Betrachtet man nun die Temperaturentwicklung, für die eine genügende Flächenabdeckung erst seit 1850 gegeben ist, so ist ein Erwärmungstrend deutlich zu erkennen. Die Angaben zum Temperaturanstieg für hemisphärische und globale Mittelwerte schwanken je nach Autor um einen Wert von 0,5°C für die letzten 150 Jahre. 9.4.4 Sonnenflecken Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Sonnenflecken, d.h. größerer Sonnenabstrahlung, und Einstrahlung auf der Erde. Ein Sonnenfleckenzyklus umfasst ca. 11 Jahre. 9.4.5 Vulkanaktivität Die bei einem Vulkanausbruch frei werdenden Emissionen (z.B. Sulfate) in die Erdatmosphäre können sich kurzfristig und schlagartig auf regionale Klimate auswirken. 10 Stratigraphie 10.1 Definition Stratigraphie bezeichnet die Einteilung der Erdschichten anhand der Einteilung der Erdgeschichte in Erdzeitalter. Interstadiale bezeichnen die Wärmeschwankungen innerhalb eines Glazials während Stadiale die Kälteschwankungen beschreiben. Die Liedtkekarte zeigt die Vereisungen Europas während der verschiedenen Glaziale und Interglaziale. 33 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 10.2 Genaue Einteilung Holozän und Pleistozän (in Deutschland) 11 Hydrologie 11.1 Wasserknappheit 11.1.1 Physikalische Physikalische Wasserknappheit tritt dann auf, sobald Grundwasserreserven verbraucht sind bzw. nicht ausreichend Niederschlag zum Auffüllen dieser Speicher vorhanden ist (V > N). 34 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 11.1.2 Ökonomische Ökonomische Wasserknappheit besagt das Wasserverteilungsproblem innerhalb eines Staates / einer Region. Es fällt ausreichend Niederschlag, das Wasser kann aber nicht in alle Gebiete verteilt werden. 11.2 Wasserkreislauf und Wasserbilanz 11.2.1 Wasserkreislauf 11.2.1.1 Hydrologisches Jahr Das hydrologische Jahr beginnt bereits im November. 11.2.1.2 Massenerhaltung Die Massenerhaltung ist Grundlage für die Kontinuitätsbeziehungen des globalen Wasserhaushalts. Sie besagt, dass Masse weder gewonnen, noch vernichtet werden kann. Daher gilt grundsätzlich: N = V + Q (Niederschlag ist gleich Verdunstung und Abfluss) Bzw. N – V – Q – ΔS, mit ΔS = R - B (Rücklage und Verbrauch) 11.2.1.3 Definition Niederschlag Nach DIN: Niederschlag ist Wasser der Atmosphäre, dass nach Kondensation und Sublimation (direkter Übergang von festem zu gasförmigem Zustand) von Wasserdampf in der Lufthülle ausgeschieden wurde und sich infolge der Schwerkraft zur Erdoberfläche bewegt […]. Charakteristika: o Höhe o Dauer o Räumliche Verteilung o Häufigkeit / Jährlichkeit o Zeitlicher Intensitätsverlauf o Art 11.2.1.4 Niederschlagsregime Charakteristischer Jahresgang der Niederschlagshöhe an einem bestimmten Ort, bedingt durch die maßgebenden Regimefaktoren. 11.2.1.5 Relative Luftfeuchtigkeit Die relative Luftfeuchtigkeit ist definiert als der Quotient aus tatsächlicher Menge des Wasserdampfs und der maximal möglichen (hängt von der Temperatur ab / je wärmer die Luft, desto mehr Wasserdampfspeicherkapazität) Menge des Wasserdampfs in einer Luftmasse: rF = 100 f mit f – tatsächliche Menge und F – max. Aufnahmemenge (in g/m³) F 35 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 11.2.1.6 Niederschlagsarten 1. Konvektiv Niederschlag / Kondensation durch Abkühlen der Luftmassen bei Aufsteigen in vertikaler Richtung (z.B. ITCZ). Auch beim Zusammenstoßen von Warm- und Kaltfronten kommt es zu einem raschen vertikalen Aufstieg und so zur Kondensation (z.B. Gewitter – Cumulonimbus). Charakteristisch: Kurze, räumlich begrenzte (geringes Niederschlagsfeld) aber sehr intensive Niederschläge. 2. Advektiv Advektive Niederschläge entstehen bei dem horizontalen Aufgleiten warmer auf kalte Luftmassen. Hierbei schiebt sich die wärmere Luft über die Kaltfront, kühlt ab und es kommt so zu Kondensation und Niederschlag. Charakteristisch: Lang anhaltende Dauerniederschläge (> 6 Std.), große Flächenausdehnung (1000 km²) und geringere Intensität 3. Orographisch Orographische Niederschläge entstehen beim Überwinden warmer, mit Feuchtigkeit gesättigter Luftmassen von Gebirgen. Die Luft steigt an einer Seite feuchtadiabatisch auf, kühlt ab und kondensiert. Nach dem Überwinden des Gebirges sinkt die Luft wiederum trockenadiabatisch ab und erwärmt sich um mehr °C, als sie sich zuvor abgekühlt hatte (Föhn- / Chinookeffekt). Trockenadiabatischer Aufstieg: Feuchtadiabatischer Aufstieg: 1° C /100 m 0,6° C /100 m 11.2.1.7 Niederschlagsmessung Niederschläge werden in erster Linie in sog. Selbstschreibenden Niederschlagsmesser erfasst. Hierbei schreibt eine Nadel, die über einen Schwimmer mit dem Auffangbehälter gekoppelt ist, die Niederschlagsmenge im zeitlichen Ablauf mit. 11.2.1.8 Erfassung von Gebietsneiderschlägen Einerseits ist die Berechnung mittels der Thiessen-Polygon-Methode möglich. Andererseits können Niederschläge ebenso mittels Isohyeten (Linien gleichen Niederschlags in mm) räumlich erfasst werden. Mittels Radar können Niederschläge direkt räumlich in Ihrer zwei- und dreidimensionalen Ausprägung sowie in Ihrer Intensität gemessen werden. 11.2.1.9 Begriffe 1. Bemessungsniederschlag [mm] Niederschlagshöhe eines bestimmten Niederschlagsereignisses, das der wasserwirtschaftlichen und baulichen Planung zugrunde gelegt wird 2. Dauerniederschlag Lang andauerndes Niederschlagsereignis (> 6 Std.) mit geringer, sich meist wenig ändernder Niederschlagsintensität und ausgedehntem Niederschlagsfeld (> 1000 km²) Æ Durch überwiegend horizontale Luftbewegung (Advektion) entstanden und daher auch als advektiver Niederschlag bezeichnet. Dauerniederschlag in flüssiger Form: Landregen, Dauerregen 36 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 3. effektiver Einheitsniederschlag Niederschlagsereignis mit einem Einheitsvolumen von 1, das mit einer konstanten Niederschlagsintensität über ein Einzugsgebiet flächenhaft gleichmäßig verteilt und in einem bestimmten Zeitintervall gefallen ist. 4. Effektivniederschlag / abflusswirksamer Niederschlag hNE [mm] Teil des Gebietsniederschlags, der als Direktabfluss wirksam wird. 5. Gebietsrückhalt hNR [mm] Teil des Gebietsniederschlags, der nicht als Direktabfluss wirksam wird. Æ Ursachen für den Gebietsrückhalt sind z. B. Benetzungsverlust einschließlich Interzeption, Muldenverlust, Verdunstung, Versickerung. 6. Interzeption Vorübergehendes Speichern von gefallenem Niederschlag oder abgesetztem Niederschlag an Pflanzenoberflächen. 7. Neiderschlagsabschnitt TA Zeitspanne zwischen Niederschlagsbeginn und Niederschlagsende auch unter Einschluss von Niederschlagsunterbrechungen. 8. Niederschlagsdauer TN oder D s. Niederschlagsabschnitt 9. Niederschlagsereignis Niederschlagsgeschehen, dessen Niederschlagsdauer, Niederschlagsverlauf und räumliche Verteilung an der Erdoberfläche natürlich gegeben oder je nach Fragestellung hieraus festzulegen sind. 10. Niederschlagsintensität iN [mm / min oder mm / h] Quotient aus Niederschlagshöhe und Zeit 11. Niederschlagsregime Charakteristischer Jahresgang der Niederschlagshöhe an einem bestimmten Ort, bedingt durch die maßgebenden Regimefaktoren. 12. Niederschlagsspende rN [l / s km²] Quotient aus dem Volumen des in einer bestimmten Zeitspanne auf eine bestimmte Fläche gefallenen Niederschlags und dem Produkt aus dieser Zeitspanne und dieser Fläche. 13. Niederschlagsverlauf Zeitliche Abfolge der Niederschlagsintensitäten an einem bestimmten Ort während eines Niederschlagsereignisses. 14. Starkregen Regen, der im Verhältnis zu seiner Dauer eine hohe Niederschlagsintensität hat und daher selten auftritt, z.B. im Mittel höchstens zweimal jährlich. 37 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 15. Bestandsniederschlag Wenn der Freilandniederschlag (NF) auf Pflanzen trifft, kommt es zu folgenden Ereignissen: o Interzeptionsevaporation (Ep) o Kronendurchlass (NK) o Stammablauf (NS) Der Bestandniederschlag NB ergibt sich als Summe aus NK, NF und NS. 11.2.2 Wasserbilanz und –haushalt 11.2.2.1 Abflussmessung Der Abfluss eines Flusses oder Baches (also Vorfluters) mittels: 1. Dreieckswehr (direkte Messung mittels Winkel und Durchflusshöhe) 2. Venturikanal (direkte Messung mittels Durchflusshöhe) 3. Pegel (indirekte Messung anhand Querschnitt und Fliessgeschwindigkeit über hydrometrischem Flügel) 11.2.2.2 Abfluss (Q) und Abflussbildung 11.2.2.3 Hochwasser Definition: „Zustand in einem oberirdischen Gewässer, bei dem der Wasserstand oder der Durchfluss einen bestimmten Wert (Schwellenwert) erreicht oder überschritten hat“ 38 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Hochwasser tritt ein, wenn es in Folge starker Niederschläge zu einem Sättigungs- und Infiltrationsüberschuss und somit verstärktem Oberflächen- und Zwischenabfluss kommt. Auch in Folge von Sturmfluten oder einem Abbruch von Speichern (Stauseen oder Gletschern) kann ein Hochwasser bzw. eine Überschwemmung stattfinden. Bemessungshochwasser: Angenommenes Hochwasser, basierend auf statistischen Verfahren sowie regelmäßig gemessen Hochwassern (dient beispielsweise zur Ermittlung von Deichhöhen). 11.2.2.4 Abflussregime Allgemein werden in der Hydrologie unter dem Begriff „Regime“ die relativen oder absoluten Schwankungen eines Wasserhaushaltselementes innerhalb eines bestimmten Zeitraumes zusammengefasst. Unter Abflussregime wird (oft) das hydrologische Gesamtverhalten eines Fließgewässers verstanden. Ausdruck mittels des dimensionslosen Pardé-Koeffizienten: PK t = MQt (Monat ) MQ(Jahr ) 11.2.2.5 Abflussregimetypen 1. Einfaches Abflussregime Besitzt genau ein Jahresmaximum. Typen: o ozeanisches Regenregime (Max. im Winter – hohe Niederschläge) o Schneeregime des Tieflandes (Max. im Frühjahr – nach Schneeschmelze) o Schneeregime des Berglandes (Max. im frühen Sommer – nach verzögerter Schneeschmelze o Glaziales Regime (Max. im Sommer – Schnee- und Eisschmelze nur im Hochsommer) 2. komplexes Abflussregime 1. Grades Besitzen mehrere Maxima. Typen (Benennung nach Maximumsgröße): o Mediterranes Regen-Schnee-Regime o Schnee-Regen-Regime o Ozeanische Regen-Schnee-Regime 3. komplexes Abflussregime 2. Grades Komplexe Abflussregime 2. Grades stellen den Abfluss eines Fliessgewässers unterteilt in verschieden Flussabschnitt dar. 39 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 11.2.2.6 Wasserbilanz Deutschland 11.2.2.7 Wasserbilanz Schweiz 40 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 11.3 Seen 11.3.1 Dimiktischer See a: Vollzirkulation in Frühjahr und Herbst b: Stagnation während des Sommers aufgrund der Temperaturdifferenzen in den versch. Wasserschichten. c: Stagnation der Zirkulation aufgrund der Eisdecke. Æ Wasser kann in einem dimiktischen See (stehenden Gewässer) nur zirkulieren, wenn alle Wasserschichten die gleichen Temperaturen aufweisen. Eine Zirkulation wird durch Luftreibung an der Seeoberfläche initiiert. 11.3.2 Oligotrophie Dies bedeutet, dass die Nährstoffe in einem See gleichmäßig in allen Schichten (Tiefen) verteilt sind. Allerdings herrscht Nährstoffarmut. 11.3.3 Mesotrophie Mäßig produktiver See, der mehr Nährstoffe als oligotrophe Seen besitzt. 41 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 11.3.4 Eutrophie Dies bedeutet einen großen Nährstoffreichtum, der gegenüber oligotrophen Gewässern jedoch ungelichmäßig über die Tiefen verteilt ist (CO2 sammelt sich so beispielsweise in größeren Tiefen). 11.3.5 Hypertrophie Übermäßiges Nährstoffangebot und damit Überproduktion. Kann zum Sterben ( Umkippen) eines Sees führen. 42 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie 12 Index Abfluss..............................................38 Abflussregime...................................39 Advektiver Niederschlag ...................36 Aerologisches Grundgesetz..............11 Afrikanischer Monsun .......................20 Ageostrophischer Wind.....................15 Albedo ..............................................12 Antizyklone .......................................15 Äquatoriale Tiefdruckrinne................16 Äquatorialströme ..............................19 Argon ..................................................8 Aridität ..............................................23 Atmosphärische Gegenstrahlung .....13 Barometrische Höhenformel .............10 Bemessungshochwasser..................39 Bemessungsniederschlag.................36 Benguelastrom .................................19 Berechnung der Höhendifferenz aus der Luftdruckänderung ...........11 Berechnung des Luftdrucks auf einer anderen Höhe ................11 Bestandsniederschlag ......................38 Chinook ............................................36 CO2 .....................................................8 Conveyor belt ...................................19 Corioliskraft.......................................14 Dansgaard-Oeschger-Zyklen............31 Dimiktischer See...............................41 Dreieckswehr....................................38 Driftströme ........................................18 Druckgradient ...................................14 effektive Klimaklassifikation ..............25 Effektivniederschlag .........................37 Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung ......................12 Eisbohrkerne ....................................30 Eisdecke ...........................................41 El Niño ..............................................21 Erdatmosphäre ...................................8 Erdzeitalter .......................................28 Eutrophie ..........................................42 Exosphäre ..........................................8 Exzentrizität ......................................29 Ferrelzelle............................................. Siehe Zirkulationszellen Flohn .................................................... Siehe Genetische Klimaklassifikation Föhn ................................................ 36 Freie Atmosphäre .............................. 9 Gebietsrückhalt................................ 37 Genetische Klimaklassifikation ........ 25 Geostrophischer Wind ..................... 15 Gesamtstrahlungsbilanz der Erde.... 13 Glaziale............................................ 33 Golfstrom ......................................... 19 Gyres ............................................... 18 Hadleyzelle .......................................... Siehe Zirkulationszellen Heinrich Events................................ 30 Heterosphäre ..................................... 8 Hochdruckgürtel............................... 16 Höhenhoch ...................................... 11 Höhentief ......................................... 11 Holozän ........................................... 34 Homosphäre ...................................... 8 Humboldtstrom ................................ 19 Humidität ......................................... 23 Hydrologisches Jahr ........................ 35 Hydrostatische Grundgleichung....... 10 Hygrische Kontinentalität ..................... Siehe Kontinentalität Hypertrophie .................................... 42 Ice Rafted Debris ............................. 31 Indischer Monsun ................................ Siehe Monsun Interstadiale ..................................... 33 Interzeption ...................................... 37 Interzeptionsevaporation ................. 38 Isohyeten ......................................... 36 Isotopenstadien ............................... 30 ITCZ................................................. 19 Jetstream ......................................... 16 Kalifornischer Strom ........................ 19 Kleine Eiszeit ................................... 32 Klima.................................................. 6 Klimadiagramme.............................. 24 Kontinentalität .................................. 23 Konvektiver Niederschlag ................ 36 Köppen und Geiger.............................. Siehe Effektive Klimaklassifikation Kronendurchlass.............................. 38 Kuro-Shio-Strom .............................. 19 La Niña ............................................ 21 43 Einführung in die Klima- und Hydrogeographie Labradorstrom ..................................19 Lauer und Frankenberg ........................ Siehe Effektive Klimaklassifikation, Siehe Klimadiagramme Liedtkekarte ......................................33 Luftdruck.............................................9 Luftsäule .............................................9 Maritimität .........................................23 Massenerhaltung ..............................35 Massenerhebungseffekt ...................19 Meeresströmen.................................17 Mesosphäre........................................8 Mesotrophie......................................41 mittelalterliches Optimum .................32 Monsun.............................................20 Nährstoffe .........................................41 Niederschlag.....................................35 Niederschlagsregime ........................35 North Atlantic Circulation ..................19 Oberflächentemperatur der Erde ........9 Obliquität ..........................................29 Oligotrophie ......................................41 Orographischer Niederschlag ...........36 Ozeane .............................................17 Ozonschicht........................................9 Pardé ................................................39 Pegel ................................................38 Pelosphäre .........................................9 Pleistozän .........................................34 Polare Zelle .......................................... Siehe Zirkulationszellen Polares Kältehoch ............................16 Polarnächte ......................................12 Präzession........................................29 Radar................................................36 Regime .............................................39 Relative Luftfeuchtigkeit ...................35 Rossbywellen ...................................16 Ryd-Scherhag-Effekt ........................16 Salinität.............................................18 Sauerstoff ...........................................8 Sauerstoffisotope..............................30 Scheinkraft........................................15 Schwerebeschleunigung...................10 Solarkonstante..................................12 Sommersolstitium .............................12 Sonnenflecken ................................. 33 South Oscillation Index (SOI)........... 22 Spurenbeimischungen ....................... 8 Stadiale............................................ 33 Stammablauf.................................... 38 Stickstoff ............................................ 8 Strahlungsbilanz .............................. 12 Stratigraphie .................................... 33 Stratosphäre ...................................... 8 Subpolare Tiefdruckrinne................. 16 Südost-Monsun..............Siehe Monsun Tellurische Effekte ........................... 19 Temperaturentwicklung ................... 33 Thermische Kontinentalität .................. Siehe Kontinentalität Thermodynamik ............................... 14 Thermohaline Zirkulation ................. 18 Thermosphäre ................................... 8 trockenadiabatisch............................. 9 Tropopause........................................ 9 Troposphäre ...................................... 8 Turbosphäre ........................................ Siehe Homosphäre Umkippen, See ................................ 42 Umlauf der Erde um die Sonne........ 12 Upwelling ......................................... 19 UVC-Strahlung................................... 9 Venturikanal..................................... 38 Vulkanaktivität.................................. 33 Walkerzirkulation ............................. 21 Walter-Lieth-Diagramme...................... Siehe Klimadiagramme Wasserbilanz ................................... 40 Wasserknappheit ............................. 34 Wasserkreislauf ............................... 35 Westwinddrift ................................... 16 Wetter ................................................ 6 Wintermonsun...................................... Siehe Monsun Wintersolstitium ............................... 12 Witterung ........................................... 6 Zenit................................................. 12 Zirkulationszellen ............................. 17 Zirkumpolarstrom............................. 18 Zyklone ............................................ 15 44
