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Bibliografische Informationen der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internat über http://dnb.ddb.de abrufbar. International Knowledge: Klima & Wetter ISBN: 978-3-937775-83-8 © 2008 Contmedia Verlag GmbH, Oberstraße 60, 39288 Burg, Germany. Alle Rechte vorbehalten. www.contmedia.com Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetz ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Konzeption und Gestaltung: Contmedia Verlag GmbH, Burg, Germany Bilder soweit nicht anders benannt: Archiv der Contmedia GmbH Gesamtherstellung: Contmedia GmbH, Meppen, Germany Printed in China Das verwendete Papier ist aus chlorfrei gebleichten Rohstoffen hergestellt, holz- und säurefrei. KLIMA & WETTER Phänomene der Atmosphäre Wetter & Klima Inhalt Klimagrundlagen Unterschied zwischen Klima und Wetter Klimatologie Klimafaktoren & Klimaelemente Klimaelemente Die Atmosphäre der Erde Der Ort des Wetters, die Troposphäre Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre Strahlungs- & Wärmehaushalt der Erde Wetter Meteorologie Satellitenmessung Wolken Luftfeuchtigkeit Wolkenbildung Bedeutung für den Strahlungshaushalt Wolkenklassifikation Wolkenfamilien Helligkeit & Farbe der Wolken Farbe der Wolken Wetterbeobachtung Wetterablauf beim Durchzug einer Zyklone Wettervorhersagen Höhenwetterkarten 7 8 9 10 11 11 12 12 Wettermerkmale unter Einfluss des Föhns 38 Die Passat- & Monsunzirkulation 40 Die Passatzirkulation 40 Wanderung des ITC mit dem Zenitstand der Sonne 41 Die Monsunzirkulation 41 Meeresströmungen 43 Der Golfstrom 44 Wüstenbildung durch kalte Meereströmung 45 Der El Nino & die Walker-Zirkulation 46 14 17 18 18 20 20 20 22 23 25 26 28 28 29 30 31 Zirkulationssysteme 33 Die Atmosphärische Zirkulation 34 Jetstream 35 Die allgemeine Zirkulation der Erde 36 Luftdruckgebiete 36 Die Coriolis-Kraft 36 Wind 37 Entstehung des Windes 37 Regionale Windsysteme 37 Synoptische & Fallwinde 38 Wetterphänomene 49 Gewitter 50 Elektrische Phänomene 52 Der Blitz 52 Blitzarten 53 Das Elmo‘sfeuer 54 Wirbelstürme 56 Hurrikan 56 Entstehungsart 57 Voraussetzungen zur Sturmbildung57 Der Tornado 58 Polarlicht 60 Mitternachtssonne 61 Klimazonen 63 Klimazonen & Klimaklassifikation 64 Die äquatoriale Klimazone 67 Zone des tropischen Wechselklimas 68 Passatklimazone 68 Die subtropische Klimazone 70 Die gemäßigte Klimazone 71 Die subpolare Klimazone 73 Die polare Klimazone 73 Gebirge & ihr Einfluss auf das Klima 73 Klimawandel Geophysische Faktoren für Klimawandel Die Temperatur 75 76 76 Die Neigung der Erdachse & die Umlaufbahn der Erde um die Sonne76 Die Sonne 76 Der Kontinentaldrift 78 Der Vulkanismus 78 Historie des Klimawandel 79 Klimageschichte 79 Die Entwicklung der Erderwärmung oder Abkühlung 79 Sonneneinfluss 80 Die Sonnenflecken im 11-Jahres-Rhythmus 81 Kontinentaldrift & Eiszeit 82 Globale Erwärmung Das Ozonloch Entstehung von Ozon Der Treibhauseffekt Physikalische Grundlagen Atmosphärischer Treibhauseffekt Folgen der globalen Erwärmung Ausmaß Umweltauswirkungen Veränderte Jahreszeiten Verschiebung der Klimazonen Auswirkung auf die Meere Erwärmung der Meere & Anstieg des Meeresspiegels Veränderte Meeresströmungen Rückgang der Gletscher Polarkappen & Eisschilde Dürren & Überschwemmungen Vermehrung der Hurrikane 85 86 86 88 88 89 90 90 90 90 91 91 Glossar Index 94 96 91 91 92 92 92 92 Klimagrundlagen Kapitel 1 Das Klima der Erde wird bestimmt durch die Sonnenstrahlen und ihre Auswirkungen auf die Erdoberfläche, die Kontinente und die Ozeane. Dadurch entstehen Wechselwirkungen. Die entstehende Wärme wird durch die Treibhausgase der Atmosphäre festgehalten. Winde und Meeresströmungen spielen eine besondere Rolle im Klimageschehen der Erde. Das Klima selbst kann nur in einem größeren zeitlichen und räumlichen Zusammenhang betrachtet werden, um globale Klimaveränderungen zu be­ob­ achten. Neben dem Klima ist das Wetter ein wichtiger Faktor zur Erforschung der Klimaverhältnisse unseres Planeten. Beide beschreiben meteorologische Vorgänge in der Atmosphäre, können aber nicht miteinander gleichgesetzt werden. Um das Zusammenspiel von Klima und Wetter zu verstehen, müssen gewisse Grundlagen verstanden werden. Unterschied zwischen Klima und Wetter Um die einzelnen Zusammenhänge zwischen Wetter und Klima zu verstehen, sollten zuerst die unterschiedlichen Definitionen betrachtet werden. Klima wird als Sammelbegriff für alle Vorgänge in der Atmosphäre, die an einem bestimmten Ort und über einen längeren Zeitraum hinweg stattfinden, verwendet. Beschrieben wird das Klima durch Mittelwerte seiner physikalischen Größen, wie Niederschlagsmengen, Durchschnitts­ temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung und Sonneneinstrahlung. Wetter kann nicht mit Klima gleichgesetzt werden. Wetter beschreibt zwar ebenfalls meteorologische Vorgänge, aber mit einer geringen zeitlichen Gültigkeit. Es betrifft den momentanen Zustand der Atmosphäre während einer Stunde oder auch einem Tag. Die Witterung zeigt den Charakter des Wetters über mehrere Tage oder auch über eine Jahreszeit hinweg. Klima hingegen wird in einem Zeitraum von 30-40 Jahren gemessen. Nach der räumlichen Ausbreitung wird das Klima in drei Bereiche eingeteilt: • das Großklima, auch Makroklima genannt, teilt die Erde in verschiedene Klimaregionen ein. • das regionale Klima, bekannt unter dem Fachbegriff Mesoklima, beschreibt das Klima in einer Re- Sonnenstrahlung gion oder an einem bestimmten Ort, wie dem Mittelmeerraum, einer Insel oder Gebirgsregionen. Merke: • Das Wetter beschreibt nur den momentanen Zustand der Atmosphäre. • Das Klima beschreibt alle Vorgänge in der Atmosphäre in bestimmten Gebieten über einen Zeitraum von 30 – 40 Jahren. • Das Klima wird in folgende Untersysteme unterteilt: das Großklima, das regionale Klima und das Mikroklima. Weitere Subsysteme nennt man Atmosphäre, Kryosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Biosphäre und schließlich der Mensch. • das Mikroklima beschreibt das Klima in einem Wald oder in Bodennähe. Heute wird Klima vor allem als ein System von Wechselwirkungen verstanden, das aus folgenden Teilgebieten besteht: • die Atmosphäre mit ihren vielen physikalischen Prozessen, wie der Wolkenbildung und den Windsystemen; • die Eishülle der Erde mit den Gletschern, Eisbergen und Polkappen. Sie wird auch Kryosphäre genannt; • die Lithosphäre, welche die Gesteinshülle des Planeten mit allen Rohstoffen und Vulkanen umfasst; • die Hydrosphäre, die Wasserhülle der Erde mit allen Ozeanen, Flüssen und Seen; • die Biosphäre betrifft die Vegetation, Tier- und Pflanzenwelt unseres Planeten; • und schließlich der Mensch, der durch seine Handlungen zerstörerisch oder schützend in jede dieser wichtigen Sphären eingreift. All diese Teilsysteme haben Einfluss auf das Klima und jenes in Wechselwirkung auf die einzelnen Untersysteme. Grafische Darstellung der Untersysteme Ozonschicht Wolken Großräumige Zirkulation Gase (z.B. CO2, O2, SO2 ATMOSPHÄRE Kleinräumige Zirkulation KRYOSPHÄRE Verdunstung Niederschlag BIOSPHÄRE Gletscher Mensch Boden Eis Salzgehalt Meeresströmungen 8 Wetter & Klima | Klimagrundlagen HYDROSPHÄRE LITHOSPHÄRE Klimatologie Die Klimatologie ist Teilgebiet der Meteorologie und der physischen Geografie und beschäftigt sich mit den Klimavorgängen unseres Planeten. Als physische Geografie bezeichnet man den naturwissenschaftlichen Teil der Geografie. Ihre Aufgabe ist es, statistische Daten über die Erdatmosphäre zu sammeln und auszuwerten. Antennen Ausrüstung Radiometer Die Meteorologie beschäftigt sich mit allen chemischen und physikalischen Prozessen, die in der Erdatmosphäre stattfinden. Hierfür benötigt sie folgende Hinweise: Sonnenzellenflächen Ausrüstung • Messungen der Wetterstationen von Luftdruck, Temperatur und Niederschlag; • Satellitenbilder, die in regelmäßigen Abständen ihre Bilder an die Empfangsstationen der Erde senden. Einer der bekanntesten Satelliten ist der Meteosat, der sich stets über dem gleichen Punkt der Erde befindet und mit dessen Daten man auch längere Wetterprognosen wagen kann. Mit seiner Hilfe können das Wetter, aber auch die Wolken über den Meeren beobachtet und prognostiziert werden. Weitere Bilder senden die polarumlaufende Satelliten, welche die Erde 14-mal pro Tag umkreisen können. • Computer simulierte Wettermodelle, auf deren Diagnose die Wettervorhersage hauptsächlich beruht. Apogäumsmotor Aufbau eines Meteosat. Er liefert täglich bis zu 48 Aufnahmen in unterschiedlichen Spektralkanälen, also Spektralbereichen, in denen der Sensor arbeitet. Sie sind optisch sichtbar durch den Infrarotbereich. • weitere Messdaten werden von Bojen, Schiffen, Flugzeugen, aber auch Wetterballons und Regen-Radargeräten geliefert. Satelliten-Aufnahme der Erde Wetter & Klima | Klimagrundlagen 9 Klimafaktoren & Klimaelemente Durch die unterschiedliche Ausprägung bestimmter Faktoren in differenzierten Räumen wird das Klima der Erde stark beeinflusst. Folgende Klimafaktoren gehören zu den wichtigsten uns bekannten Daten: • Die geografische Breite, welche die Temperatur einer gewissen Region bestimmt. Am Nordpol ist es um vieles kälter als am Äquator, da die Sonnenstrahlen an den Polen eine viel größere Fläche beleuchten müssen. Durch den hohen Einfallswinkel der Sonnenstrahlen am Äquator ist die Erwärmung wesentlich höher. • Die Lage zum Meer, da die Temperaturschwankungen in Meeresnähe geringer sind, als im Binnenland. Rückführen kann man dies auf die Tatsache, dass die Meere im Sommer mehr Wärmezufuhr haben und im Winter die gespeicherte Wärme wieder abgeben, womit die Temperaturschwankungen am Meer geringer sind. • Die Höhenlage: Die Temperaturen nehmen mit ansteigender Höhe in den Gebirgen ab. Wind zugewandten Seiten, auch Luv genannt, bringen im Gebirge mehr Niederschläge als die LeeSeiten, die vom Wind abgewandt sind. Merke: • Die Klimatologie befasst sich mit der Erforschung aller Klimavorgänge. Ihre Messdaten erhält sie von Wetterstationen, Satellitenbildern, Computer simulierten Modellen und Bojen von Schiffen. • Die Klimafaktoren setzen sich aus der geografischen Breite, der Lage zum Meer, der Höhenlage und der Bodenbedeckung zusammen. • Zu den Klimaelementen zählt man Luftdruck, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag und Wolken. • Die Bodenbedeckung: In Städten mit viel Asphalt ist die Erwärmung der Luft wesentlich höher als bei schneebedeckten Flächen. Dunkle Flächen absorbieren die Wärme der Sonneneinstrahlung wesentlich besser. Die bereits vorgestellten Klimafaktoren, wie Lage zum Meer, geografische Breite, Höhenlage und Bodenbedeckung sind je nach Region unterschiedlich stark ausgeprägt. Die geografische Breite bestimmt vor allem die Temperatur in dem zuständigen Ort. Diese erwähnten Klimafaktoren bestimmen die Klimaelemente, welche das Klima erst wirklich messbar zu machen. Klimafaktoren Höhenlage/Lage zu Gebirgen Geografische Breite -23°C Nordpol Wolkenauflösung -> weniger Niederschlag Schnee Hauptwindrichtung 23,5°N Nördl. Wendekreis Lee Luv Regen Äquator Bodenbedeckung/Lage zum Meer 23,5°S Südl. Wendekreis So.: Wärmeaufnahme kühle Meeresluft Südpol -33°C 10 Wetter & Klima | Klimagrundlagen Wi.: Wärmeabgabe milde Meeresluft Stadtklima hohe Erwärmung Klimaelemente Gegenseitige Beeinflussung der Klimaelemente Klimaelemente werden durch Messgrößen erfasst und beschreiben das Wetter und das Klima bestimmter Regionen. Sie berechnen sich aus meteorologischen Elementen wie Niederschlagssummen oder Temperaturmittelwerten. (Beispiel) hohe Temperatur (22°C) Zu den bekanntesten Elementen gehören Luftdruck, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Wolken und Bedeckung des Himmels. Diese Erscheinungen werden an den Wetterstationen gemessen und an den lokalen Wetterdienst weitergeleitet. Früher wurden diese Werte nach den Mannheimer Stunden gemessen, d.h. jeweils um 7, 14 und 21 Uhr. Heute werden die Klimaelemente in Computern gespeichert und weitergeleitet. Mittlerweile werden vor allem mehrere Messungen pro Tag erstellt, wodurch die Wettervorhersagen und Ergebnisse wesentlich genauer vorhergesagt und bestimmt werden können. Warmluft steigt auf, Luft strömt nach oben, Sogwirkung am Boden Luftdruck fällt /Tiefdruck (998 hPa) beim Aufstieg: Abkühlung, relative Luftfeuchte steigt Wolken (Gewitterwolke - Cumulonimbus) Da sich Klimaelemente gegenseitig beeinflussen, soll der Sachverhalt durch folgende Grafik näher erläutert werden. Niederschlag (9 l/m²) Das tägliche Wetter wird also durch die Klimafaktoren und die Ausprägung der Klimaelemente entscheidend beeinflusst. Das eigentliche Klima wird über einen Durchschnittsmesswert von ca. 30 Jahren ermittelt. Klima ist somit eine Verallgemeinerung des täglichen Wetters. Die Atmosphäre der Erde Die Lufthülle unserer Erde, die Atmosphäre, ist jener Platz, an dem sich unser Wetter und Klima abspielen. Ohne sie hätten wir auf der Erde enorme Temperaturschwankungen zwischen extrem heiß und kalt. Sie schützt uns vor dem Einfall kosmischer Strahlung und Teilchen und sorgt für einen geregelten Temperaturausgleich. Ohne der Atmosphäre wären wir vor kosmischen Einwirkungen und der Sonnenstrahlung ungeschützt und auf der Erde gäbe es ein Vakuum, d.h. unsere menschlichen Körper würden sich dehnen und ‚platzen‘. Nach ihrem Temperaturverlauf wird die Atmosphäre in verschiedene Schichten unterteilt. In der obersten Thermosphäre findet man Temperaturen bis 1000 Grad Celsius. Dies sind die Thermosphäre, die Mesosphäre, die Stratosphäre, und die Troposphäre. Die Sphären werden durch die Stratopause, Tropopause und Mesopause abgegrenzt. In einer Höhe von ca. 50 km. befindet sich die Stratopause, in der sich die Ozonschicht befindet, die die UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Diese können wir optisch, auf Grund der unterschiedlichen Wellenlänge, nur als Licht wahrnehmen. Zur Bildung von Ozon muss kurzfristig UV-Licht absorbiert werden. Wetter & Klima | Klimagrundlagen 11 Der Ort des Wetters, die Troposphäre Merke: Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre Die Troposphäre ist die unterste Schicht unserer Atmosphäre. In ihr spielt sich das gesamte Wettergeschehen ab. Für Meteorologen ist sie daher die interessanteste Atmosphärenschicht. Aufsteigende Warmluft erwärmt diese Schicht und kühlt sie an anderer Stelle wieder ab. Dies erzeugt Luftdruckunterschiede, die als Ursache der Wolken- und Windbildung gelten und ein wesentlicher Faktor zur Erscheinung des Wetters sind. Eine Abgrenzung der Troposphäre liefert die Tropopause, die über den Polen geringer ist als über den Tropen. Ursache ist die stärkere Ausdehnung der warmen Luft der Tropen gegenüber der eisigen Polarluft. Die Atmosphäre besteht aus Gasen, die durch die Anziehungskraft der Erde gebunden werden. Die untersten 100 Kilometer werden auch als Homosphäre bezeichnet, die aus folgenden Zusammensetzungen besteht: 78,08% Stickstoff, 20,95% Sauerstoff, 0,93 Argon. Als Spurengase bezeichnet man jene Anteile, die unter 1% liegen, wie Ozon, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Einige der Spurenelemente wirken als Treibhausgase und halten die Durchschnittstemperatur der Erde bei 15 Grad Celsius, indem sie Wärmestrahlung absorbieren. Die Schichten der Atmosphäre nennt man Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre und Thermosphäre. Sie werden durch die Tropopause, die Stratopause und die Mesopause getrennt. In der Troposphäre spielt sich das Wettergeschehen ab. Die untersten 100 km werden auch als Homosphäre bezeichnet. Diese besteht aus Stickstoff, Sauerstoff und Argon mit den Spurenelementen Methan, Wasserstoff, Kohlendioxid und Ozon. Höhe in km 110 Polarlicht THERMOSPHÄRE 100 Mesopause 85 MESOSPHÄRE 65 Stratopause 50 Ozonschicht STRATOSPHÄRE 30 Tropopause 12 Wettergeschehen TROPOSPHÄRE 0 -80 -40 0 40 80 120 Temperatur in °C 12 Wetter & Klima | Klimagrundlagen Aufbau der Erdatmosphäre Geostationäre Fernseh-Satelliten in 36.000 km Höhe G-Schicht (in 500–700 km Höhe) Exosphäre (bis 10.000 km Höhe) Thermosphäre (bis 450 km Höhe) Ionosphä re (von 70 –700 km Höhe) E- und F-Schicht (in 100–300 km Höhe) Mesosphäre (bis 80 km Höhe) D-Schicht (in 70–90 km Höhe) Stratosphäre (bis 50 km Höhe) Troposphäre (bis 20 km Höhe) Ozonschicht (14–35 km, schirmt UV-Strahlen der Sonne ab) Erde Wetter & Klima | Klimagrundlagen 13 Strahlungs- & Wärmehaushalt der Erde Die Sonne ist die größte Energiequelle der Erde. Erreichen die Sonnenstrahlen unseren Planeten, wird ein komplexer Vorgang in der Atmosphäre in Bewegung gesetzt. Im Durchschnitt erreichen 1370 Watt pro Quadratmeter Sonnenstrahlen die Obergrenze der Atmosphäre. Dieser Effekt wird als Solarkonstante bezeichnet. Durch die Wolken und die Atmosphäre werden 19% der Strahlen sofort absorbiert. Die in der Atmosphäre vorkommenden Gase, wie H2O und CO2, nehmen die Strahlung auf und verwandeln sie in Wärme. Davon werden 26% durch Wolken reflektiert und ins All zurückgesandt. Ein Teil der kurzwelligen Strahlung wird durch die Wolken und Partikel in der Atmosphäre gestreut und erreicht die Erdoberfläche als so genannte diffuse Strahlung. Im Gegensatz dazu gibt es auch die direkte Strahlung, bei der keine Streuung der Sonnenstrahlen stattfindet. Gemeinsam werden die direkte und diffuse Strahlung als Globalstrahlung bezeichnet. Von diesen werden erneut 4% von der Erdoberfläche reflektiert, die sogenannte Reflexstrahlung. Als Albedo bezeichnet man das Verhältnis der einfallenden zur reflektierten Strahlung. 51% der gesamten einfallenden Sonnenstrahlung wird von der Erde absorbiert und in langwellige, infrarote Wärmestrahlung umgewandelt. Der Erdboden wird durch die infrarote Strahlung erhitzt, und die entstehende Wärme wird als Ausstrahlung der Oberfläche wieder abgegeben. Zwei Drittel dieser Strahlung werden von den Wolken erneut reflektiert und zur Erde zurückgesandt. Somit wird nur ein geringer Teil der Ausstrahlung der Erdoberfläche auch tatsächlich in den Weltraum zurück abgegeben. Dieser Vorgang wird effektive Ausstrahlung genannt. Die Gegenstrahlung selbst bewirkt den natürlichen Treibhauseffekt und hält die Durchschnittstemperatur der Erde auf 15 Grad Celsius. Von der Atmosphäre selbst werden 49% langwelliger Strahlung in den Weltraum geschickt. Betrachtet man nun die Strahlungsbilanz im Gesamtsystem Erde und Atmosphäre stellt man fest, dass von der Erde genauso viel Energie wieder abgegeben wird, wie sie von der Sonne Energie aufnimmt. Somit ist langjährig die Strahlungsbilanz ausgeglichen. Allerdings erkennt man, dass die Erdoberfläche im Gegensatz zur Atmosphäre einen Energieüberschuss von 30% hat. Um die Differenz auszugleichen wird Ener­ gie von der Erdoberfläche in die Atmosphäre transportiert. 14 Wetter & Klima | Klimagrundlagen Der Energietransport von der Erde findet in verschiedenen Formen statt: • Durch fühlbare, sensible Wärme: Diese Wärme kann mit einem Thermometer gemessen werden und wird durch Wind durch Advektion, dem horizontalen Aufgleiten von Warmluft über Kaltluft, oder durch Konvektion, die vertikal aufsteigende Warmluft bei der Bildung von Wolken, transportiert. • Durch latente Wärme: So bezeichnet man die Wärme, die im gasförmigen Wasserstoff vorhanden ist. Beim Verdunsten des Wassers von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand, muss es Wärme aufnehmen. Diese wird im Wasserdampf gespeichert und beim Übergang in einen flüssigen Zustand wird diese Wärme wieder abgegeben. Die Strahlungsbilanz der Erde ist auch stark vom jeweiligen Ort abhängig. An den Polen beleuchtet die gleiche Anzahl Sonnenstrahlen eine viel größere Fläche als am Äquator. Daher wird dem Äquator mehr Energie zugeführt. Beeinflusst wird der Strahlungshaushalt auch von der Art und Menge der Wolken und dem Albedo. So reflektiert Schnee wesentlich mehr der einfallenden Sonnenstrahlen, als der Sand in der Wüste. Wasser reflektiert bis zu 80% der Sonnenstrahlen, wenn diese in einem flachen Winkel einfallen, aber nur 5%, wenn die Sonne am Zenit steht. Man kann also sagen, die Strahlungsaufnahme eines Ortes ist von den Faktoren der Bewölkung, Merke: • Als Solarkonstante wird das Eintreffen der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche bezeichnet. • Globalstrahlung sind die direkte und die diffuse Strahlung, bei der das eintreffende Sonnenlicht gestreut wird. Als Reflexstrahlung bezeichnet man die reflektierte Strahlung von der Erde. • Der Energietransport der Erde findet durch sensible und latente Wärme statt. • Albedo beschreibt das Verhältnis der einfallenden zur reflektierten Strahlung. Einfall der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche am Beispiel einer Taschenlampe den einfallenden Sonnenstrahlen und der Erdoberfläche, die unterschiedliche Albedos bewirkt, abhängig. Die Strahlung, die wieder von dem Ort abgegeben wird, ist abhängig von den Faktoren Temperatur der Erdoberfläche und deren Beschaffenheit, wie Wald, Schnee, Wasser, Sand und der Bewölkung. Zusammenfassend wird festgestellt, dass jedes Gebiet der Erde eine andere Strahlungsbilanz hat. Durch die Polarnacht, in der in den po- laren Regionen fast ein halbes Jahr keine Sonneneinstrahlung stattfindet, gibt es im Jahresdurchschnitt ein Energiedefizit. Regionen am Äquator weisen einen Energieüberschuss auf, da sie das gesamte Jahr über bestrahlt werden. Um diese Energieverteilung einander anzugleichen, muss Energie von niederen in hohe Breiten transportiert werden. Dies erfolgt durch die Windsysteme und die Meeresströmungen. Aus dem Wärmeunterschied zwischen Pol und Äquator resultieren daher die unterschiedlichen atmosphärischen Zirkulationen, wie auch die Meeresströmungen. kurzwellige Strahlungsbilanz Strahlungshaushalt der Erde langwellige Strahlungsbilanz Sonneneinstrahlung (Solarkonstante) Albedo 100% kurzwellige Sonnenstrahlung 26% a 4% Effektive Ausstrahlung AE Absorbtion 19% Reflexion Wolken Absorbtion nstra Glob diffuse Strahlung Gege direkte Strahlung ng G Ausstrahlung der Oberfläche AO 98% Reflexion Absorbtion 51% g AG hlun ahlu alstr Reflexstrahlung R 77% Erdoberfläche langwellige Wärmestrahlung Wetter & Klima | Klimagrundlagen 15 Wetter Kapitel 2 Das Wetter beschäftigt die Menschen täglich, da es einen großen Einfluss auf unser Leben hat. Eine rasche Wetteränderung kann der Auslöser für gesundheitliche Probleme, wie Kopfschmerzen, Herzprobleme oder weiche Knie sein. Auch die Grippewellen hängen indirekt mit dem Wetter zusammen. Bei Rekordhitze geht die Motivation und Leistungsfähigkeit der Menschen zurück, bei angenehmen Temperaturen nimmt die Produktivität zu. Die Menschen fühlen sich auch bei wochenlanger Kälte nicht wohl und wünschen sich wärmere Temperaturen. Aber auch auf die Lebensverhältnisse der Menschen hat das Wetter in den verschiedensten Regionen großen Einfluss. Besonders in der Landwirtschaft ist der Mensch stark von den Launen des Wetters abhängig, welches ganze Ernten zerstören kann. Daher ist für den Menschen eine gute Wettervorhersage von großem Nutzen. Meteorologie Die Meteorologie konzentriert sich auf die Erforschung der Dynamik der unteren Erdatmosphäre und dem dadurch hervorgerufenen Wetter. Die Meteorologie klassifiziert das Wetter an einem bestimmten lokalen Ausgangspunkt an Hand der verschiedenen Phänomene in der unteren Atmosphärenschicht, der Troposphäre. Den Verlauf des Wetters bestimmt die atmosphärische Zirkulation, die von den Sonnenstrahlen und der regionalen Energiebilanz geprägt sind. Als relativ junge Wissenschaft vereint sie viele verschiedene Wissenschaften in sich. Das größte Problem der Meteorologie als empirische Wissenschaft ist die Erfassung und Ausarbeitung der relevanten Daten. Die Datenerfassung kann nur zum Teil in vorgegebenen künstlichen Rahmenbedingungen erstellt werden. Man ist daher auf die von der Natur vorgegebenen Bedingungen angewiesen, was die Vervielfältigung von natürlich gegebenen Messverhältnissen einschränkt. Trotz einer Vielzahl von Messgeräten lässt sich Niederschlag nur schwer erfassen, vor allem in der Form von Schnee, Hagel und Tau. Erschwert wird die Datenerfassung zusätzlich durch topographisch ausgeprägte Höhenunterschiede. Man beschränkt sich daher meist auf Messung der Bodenabstände in einer Höhe von zwei bis zehn Metern. Zu beachten ist, dass hierbei die Wetterdynamik nur durch die Messung von einer Vielzahl gegebener Standpunkte vorhergesagt werden kann. Man spricht hierbei vor allem über den Einsatz von Wetterstationen, da die Standardisierung von Messgeräten nur bedingt eingesetzt werden kann. Zusätzlich spielt die zeitliche Vergleichbarkeit unter den Klimaforschern eine besondere Rolle. Auf eine hohe Genauigkeit der Wetterprognosen wird oft verzichtet, da die neuesten Messgeräte für viele Länder unbezahlbar sind und man sich auf die teils sehr veralteten Messgeräte verlassen muss. Der Wechsel der Messapparate ist oft auch mit einem Wechsel der Datenqualität verknüpft, was bei jahrzehntelangen Messreihen schnell zu falschen Prognosen führen kann. Man verzichtet daher auf eine höhere Genauigkeit und verlässt sich mehr auf die Vergleichbarkeit. Besonders bei einer globalen Erwärmung mit Temperaturveränderungen sind die veralteten Daten wenig hilfreich. Daher ergibt sich die Notwendigkeit, Messdaten kritisch zu hinterfragen und einzuordnen. 18 Wetter & Klima | Wetter Satellitenmessung Ein wichtiges Hilfsmittel unserer Zeit bildet die Satellitenmeteorologie. Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von 400 bis 800 km oder sind auch in einer Höhe von 36000 km stationär verankert. Durch sie ist eine großflächige Erfassung von Daten möglich, dank denen man vor allem globale Zusammenhänge erfassen und letztendlich verstehen kann. Satellitendaten werden besonders in der Klimatologie immer häufiger verwendet, um Daten über Regionen zu erlangen, die keinen oder nur geringen Zugang zu anderen Messtechniken haben, wie die Windgeschwindigkeitsbestimmungen über den Ozeanen. Eine genauere Kenntnis der Wetterlage über den Ozeanen kann zu einer besseren Wetterprognose in Küstenregionen führen, was besonders für monsunbetroffene Länder, wie Indien, von Vorteil und lebenswichtig ist. Aufbau einer Wetterstation Wetterstation Eine wichtige Rolle spielen in der Meteorologie Modelle und Simulationen, die einen Aufschluss über die Wetteraktivität geben können. Mit dem steigenden Anspruch auf Wettervorhersagen ist eine Auswertung von Wetterkarten nicht mehr ausreichend. Eine umfangreiche Datenauswertung wird erst durch Rechensimulationen oder die Darstellung vereinfachter Modelle ermöglicht. Auch sind Zeiträume, in denen Schwankungen des Meeresspiegels auftreten, enorm groß und können statistisch nicht erfasst werden. Es exis­ tieren keine durchlaufenden und vergleichbaren Messreihen, daher können solche Zustände nur in Modellen simuliert werden. Sinnvoll einsetzbar sind aber nur simulierte Modelle und ihre innere Gestaltung, die die Natur adäquat beschreiben. Ein wichtiger Punkt sind die Natur vereinfachenden, statistischen Annahmen. Durch Lewis Fry Richardson wurde Anfang des 20. Jahrhunderts ein Modell entwickelt, dass zur Wettersimulation dient. Seine Thesen sind heute noch Grundlage der meteorologischen Simulation, wobei die Grenzen trotz computerunterstützter Techniken dennoch schnell erreicht werden. In das Verfahren der qualitativen und quantitativen Erfassung möglicher Wetterprognosen fließen auch statistische Verfahrungsweisen und experimentelle Beobachtungen ein. Merke: Die Meteorologie befasst sich mit der Erforschung des Wetters. Sie benötigt zur Wetterprognose Daten verschiedener Wetterstationen und der Satelliten. Wetter & Klima | Wetter 19 Wolken Wolken bringen der Erde Niederschläge und sind von besonderer klimatischer Bedeutung. An Hand ihres Aussehens können Aussagen über die Wetterentwicklung und den Zustand der Atmosphäre getroffen werden. Um die Wolkenbildung zu verstehen, sollte man erst die Luftfeuchtigkeit näher betrachten. g wasser/m Luft3 45 39,6 40 35 Übersättigung 30 Luftfeuchtigkeit In der Atmosphäre kommt Wasser in flüssiger Form als Regen, in fester Form als Eis oder Schnee oder gasförmig als Wasserdampf vor. Als Luftfeuchtigkeit bezeichnet man die Größe des gasförmigen Wassers in der Luft. Die maximale Luftfeuchtigkeit ist abhängig von der Temperatur. Die Luftfeuchtigkeit wird in verschiedenen Arten angegeben: die maximale Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Wasserdampf höchstens in einen Kubikmeter Luft passt. Sie ist stark temperaturabhängig. In kälterer Luft ist sie wesentlich geringer als in wärmerer Luft. Die absolute Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Wasserdampf tatsächlich in der Luft vorhanden ist. Die relative Luftfeuchtigkeit wird in Prozent angegeben. Übersteigt deren Wert 100%, so ist die Luft übersättigt. Dann kondensiert Wasserdampf zu Wasser, er wird also wieder flüssig. Dann erst können sich Wolken bilden, die aus flüssigem Wasser oder Eis bestehen. Aus der so genannten Taupunktkurve ist die maximale Luftfeuchtigkeit bei verschiedenen Temperaturen ersichtlich. Die Temperatur muss bis zum Taupunkt abkühlen, damit das Wasser kondensiert. Nun bilden sich Wolken. 20 30,4 23,1 25 20 17,8 15 12,8 9,4 10 5 0 1,4 2,3 -20 -10 3,3 -5 4,8 0 6,8 5 10 15 25 30 35 Temperatur in °C Taupunktkurve gasförmigen in einen flüssigen Aggregatzustand oder Resublimation von Wasserdampf, dem unmittelbaren Übergang eines gasförmigen Stoffes in einen festen Aggregatzustand, in der Troposphäre. Die Veränderungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit verursachen so die Entstehung, aber auch Auflösung von Wolken. Wolkenbildung Mit diesen Vorkenntnissen lässt sich nun die Wolkenbildung erklären. Entscheidend ist, dass sich Luft bis zum Taupunkt abkühlen muss. Wolkenbildung an sich entsteht durch den Durchzug von Warm- und Kaltfronten, die Luftmassen in höhere Schichten transportieren und dort abkühlen lassen. Von entscheidender Bedeutung sind auch die thermischen Aufwinde und die Zufuhr von kälteren und feuchteren Luftmassen. Aus physikalischer Sicht sind Wolken Ansammlungen von kleinen Eiskristallen oder Wassertröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als 0,01 Millimeter. Wolken bilden sich dann, wenn die Luft sich soweit abkühlt, dass die in ihr enthaltene Feuchtigkeit kondensiert. Voraussetzung dafür ist das Vorhandensein von Kondensationskernen, wie Aerosolen. Eiskristalle bilden sich erst ab einer Temperatur von -12° Celsius. Ab ca. – 40° gibt es in der Praxis keine Wassertröpfchen mehr, sondern nur noch Eiskristalle. Wolken bilden sich also durch Kondensation. Dieser Begriff beschreibt den Übergang eines Wenn nun für die Bildung stabiler Wassertröpfchen oder Eiskristalle die Bedingungen erfüllt sind, kommt es zur Entstehung von Wolken. Die haben weniger mit einer Wasseraufnahmefähigkeit der Luft als mit dem Verhältnis von Kondensation und Verdunstung zu tun. An der Oberfläche des Wassertröpfchens innerhalb einer Wolke findet ein ständiger Austausch von Wassermolekülen zwischen der Umgebungsluft und dem Tropfen statt. Nur wenn sich an den Tropfen mehr Wassermoleküle anlagern als diesen gleichzeitig verlassen, ist die Kondensationsrate höher als die Verdunstungsrate, und ein Wetter & Klima | Wetter 20 Wassertropfen beginnt zu wachsen und führt in weiterer Folge zu einer Wolkenbildung. Abhängig ist dieser Prozess im Wesentlichen von zwei Größen: • von der Temperatur, denn je wärmer das Tröpfchen ist, desto leichter lösen sich Wassermoleküle vom Tropfen. bestimmt wird. In der Erdatmosphäre wird die Tröpfchenbildung aber erst durch das Vorhandensein kleiner Staubkörnchen, unter anderem den Aerosolen, einem Gemisch aus festen und flüssigen Schwebeteilchen und Luft, möglich. Auf Grund ihrer geringen Größe bleiben die Tröpfchen auch bei Aufwind bestehen. In Regenwolken sind die Tropfen und deren Fallgeschwindigkeit höher. Kann der Aufwind das gravitative Absinken nicht mehr ausgleichen, beginnt es zu regnen. Hagel entsteht durch das Auftreten sehr starker Aufwinde, welche die Hagelkörner mehrmals aufsteigen und wieder absinken lassen, wobei diese ständig weiter wachsen. Folglich wird also die Bildung einer Wolke begünstigt von niederen Temperaturen und einer großen Anzahl von Wassermolekülen, das mit einer hohen Luftfeuchtigkeit gleichzusetzen ist. Gleichen sich Kondensation und Verdunstung aus, wird dies physikalisch als Taupunkttemperatur bezeichnet. Wird dieser überschritten, entstehen unter gewissen Bedingungen Tröpfchen, Die Temperatur ist abhängig vom jeweiligen Wasserdampfdruck, der sowohl von der Temperatur, als auch vom Krümmungs- und Lösungseffekt Vereinfacht dargestellt verdunstet Wasser von Gewässern und Wäldern durch eine hohe Erwärmung der Erdoberfläche. Diese Wasserteilchen steigen mit der leichten warmen Luft auf. Mit zunehmender Höhe kühlt das mitgeführte Wasser ab. Dieser Prozess ist auch unter dem Begriff trockenadiabatische Abkühlung bekannt. Die Luft kühlt so lange ab, bis sie den Taupunkt erreicht. Als Kondensationsniveau bezeichnet man die Höhe, in der dieser Prozess stattfindet. Nach dem Kondensationsvorgang der Wasserteilchen • von der Anzahl der Wassermoleküle in der Umgebung eines Tropfens; je mehr Wasserdampfmoleküle ein Wassertröpfchen umgeben, desto wahrscheinlicher ist, dass ein Molekül am Tröpfchen hängen bleibt. Die Wolkenbildung Zusammenlagerung der Wasserteilchen mit Staub und Dreck => Wolken Abkühlung der aufsteigenden Luft mit zunehmender Höhe: um 0,5°C pro 100m (=feuchtadiabatische Abkühlung) Kondensationsniveau (in m oder km) ^ = Taupunkt (°C) ^ = rel. Luftfeuchte = 100% Verdunstung (V) von Wasserdampf um 1°C Pro 100m (=trockenadiabatische Abkühlung) Wasserteilchen Wetter & Klima | Wetter 21 von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand lagern sie sich an Kondensationskernen, also Staub und Dreck der Atmosphäre, ab. Quellwolken bilden sich. Die Wassermoleküle steigen weiter auf, kühlen aber nicht mehr so stark ab. Dieser Vorgang ist unter dem Begriff feuchtadiabatische Abkühlung bekannt. Wird die Wolke mit ihren Wasserteilchen zu schwer, setzen Niederschläge, Regen, Schnee, Hagel, ein. Bedeutung für den Strahlungshaushalt Wolken haben nicht nur einen großen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde, sondern auch auf deren Lufttemperatur. Bemerkbar wird dieses Phänomen besonders im Sommer, wenn durch die Wolkendecke die direkte Sonneneinstrahlung abgeschirmt wird und es merklich kühler wird. Die vorhandene Wolkendecke reflektiert aber auch die erdeigene Ausstrahlung zu einem bestimmten Anteil zurück auf die Erdoberfläche. In Folge empfindet man eine klare Nacht als wesentlich kälter als eine wolkenbedeckte Nacht. Die Erdwärme entweicht ins All und kann durch den vorhandenen Wasserdampf kaum zurückgehalten werden. Diese Auswirkungen können besonders in Wüsten beobachtet werden, wo Wolken im Regelfall recht selten sind: Es wird in der Nacht viel mehr Wärme abgestrahlt beziehungsweise weniger Wärme zurückgehalten als in feuchteren Klimazonen. Daher gibt es zwischen Tag und Nacht enorme Temperaturunterschiede. Die Wirkung der Wolken beruht auf dem Zusammenspiel vieler Faktoren. Von Wichtigkeit sind hierbei die Wärmestrahlung und der Albedo-Effekt, der auch in Bezug auf die globale Erwärmung eine besondere Rolle spielt. Die Albedo der Bodenoberfläche bestimmt dabei, wie viel aus der Summe von direkter und diffuser Sonneneinstrahlung vom Erdboden aus in Richtung der Wolken als langwellige Strahlung ausgesandt wird. Deren optische Dicke ist nun maßgeblich Merke: • Luftfeuchtigkeit ist die Größe des gasförmigen Wassers in der Luft. Sie besteht aus der relativen, der maximalen und absoluten Luftfeuchtigkeit. • Wolken bilden sich durch Kondensation. Die Temperatur muss sich bis zum Taupunkt abkühlen. Wolkenbildung entsteht durch den Durchzug von Warm- und Kaltfronten. Der Prozess ist abhängig von der Anzahl der Wassermoleküle in der Nähe eines Tropfens und der Temperatur. • Aerosole sind kleine Staubkörnchen. 22 Wetter & Klima | Wetter Ein Wassermolekül dafür verantwortlich, wie viel dieser Strahlung auf die Erdoberfläche zurückreflektiert wird. Hierbei kann es beliebig oft zu Mehrfachreflektionen zwischen Wolkenunterseite und Erdboden kommen. Durch diese atmosphärische Gegenstrahlung wird die Sonnenstrahlung jedoch erhöht und gleicht damit die abschirmende Wirkung der Wolken teilweise aus. Die Wirkung der Wolken beruht auf dem Zusammenspiel vieler Faktoren. Von Wichtigkeit sind hierbei die Wärmestrahlung und der Albedo-Effekt, der auch in Bezug auf die globale Erwärmung eine besondere Rolle spielt. Die Albedo der Bodenoberfläche bestimmt dabei, wie viel aus der Summe von direkter und diffuser Sonneneinstrahlung vom Erdboden aus in Richtung der Wolken als langwellige Strahlung ausgesandt wird. Deren optische Dicke ist nun maßgeblich dafür verantwortlich, wie viel dieser Strahlung auf die Erdoberfläche zurückreflektiert wird. Hierbei kann es beliebig oft zu Mehrfachreflektionen zwischen Wolkenunterseite und Erdboden kommen. Durch diese atmosphärische Gegenstrahlung wird die Sonnenstrahlung jedoch erhöht und gleicht damit die abschirmende Wirkung der Wolken teilweise aus. In der höheren Atmosphäre ist es zu kalt und es entstehen nur noch Eiswolken. Wolken findet man meist in der Troposphäre, aber auch der Stratosphäre. Nach ihrer Form und Entstehung lassen sich Merkmale zur aktuellen Wetterlage ableiten. Wolkenklassifikation Wolken bestehen aus feinsten Wassertröpfchen oder Eiskristallen und sind ein wesentlicher Bestandteil unserer Atmosphäre. Sie sind das sichtbare Kondensationsprodukt des Wasserdampfes. Bestimmte Wolkenformen sind für die meisten Klimaregionen charakteristisch. Dennoch können fast alle Wolkenformen überall auf der Erde in Erscheinung treten. Trotz ihrer unendlich vielen Erscheinungsformen lassen sich Wolken anhand ihrer Entstehung klassifizieren. Die Wolken wurden zur internationalen Vereinheitlichung klassifiziert. Nach ihrer Entstehung werden sie in folgende zwei Arten eingeteilt: • Schichtwolken oder Stratuswolken - sie entstehen durch die Advektion, wenn warme Luft auf kalte Luft aufgleitet. • Quellwolken oder Cumuluswolken – sie ent­stehen, wenn Luft aufsteigt, also durch Konvektion. Quellwolken besitzen deutliche Strukturen, Schichtwolken hingegen sind vom übrigen Himmel stark abgegrenzt. Der Apotheker Luke Howard veröffentlichte im Jahre 1803 die erste Typisierung der Wolken. Er unterschied damals bereits zwischen den 4 Grundarten: die Haarlocke, Cirrus, die glatte Schicht, Stratus, den Haufen, Cumulus und den Schleier, Nimbus. Alle vier Arten gelten heute noch als Grundlage der Wolkenklassifikation. Bei dieser Wolkeneinteilung km Wolkenarten unterscheiden sich voneinander in Gestalt und Höhe. Man unterscheidet zwischen hohen, mittelhohen und tiefen Wolken. In diesen drei Wolkenstockwerken gibt es zahlreiche Untergruppierungen. Cirrus 10 9 Cirrostratus Cirrocumulus 8 Cumulonimbus 7 Altostratus 6 Altocumulus 5 4 Stratocumulus 3 Cumulus 2 Nimbostratus Stratus 1 Wetter & Klima | Wetter 23 1 Wolkenbildung Thermikblase Aufwind Wind 2 Wolkenbildung Wolken entstehen durch Ansammlung von Wassertropfen und Eiskristallen. Wird die Erdoberfläche erwärmt, steigt die angewärmte leichtere Luft in einer Thermikblase nach oben. Dabei dehnt sie sich aus und kühlt ab. Je kälter die Luft, desto eher kondensiert der Wasserdampf und bildet Wassertröpfchen. Mit dem Wind werden diese aus der Thermikblase herausgetrieben und es kommt zur Wolkenbildung. 24 Wetter & Klima | Wetter werden nicht die Prozesse, die zur Bildung der Wolken geführt haben berücksichtigt, sondern deren Erscheinungsbild, ihre Form und Gestalt und die Effekte, die sie hervorrufen. Ist die Luftfeuchtigkeit hoch genug, sind die Schichtwolken meist bei einer starken Atmosphärenschichtung konturlos. Gibt es eine labile Schichtung, kommt es zu Aufwinden und die so genannten Quellwolken bilden sich. Nach ihrem inneren Aufbau werden Wolken weiter klassifiziert. Sie dienen vor allem der Angabe der Lichtdurchlässigkeit. Wolkenfamilien Weiterhin werden die Wolken je nach ihrem Vorkommen in der Troposphäre in vier Stufen eingeteilt: tiefe, mittelhohe und hohe Wolken sowie Wolken mit einer großen vertikalen Ausstreckung. Diese wiederum werden in 10 Unterfamilien eingeteilt: Stratus: Unter Stratus versteht man die typische graue Wolkenschicht, die oft den ganzen Himmel bedeckt und auch als Hochnebel bezeichnet wird. Eine dichte Statusbewölkung kann zu Nieselregen führen. Auf den Gipfellagen der Gebirge herrscht gleichzeitig oft sonniges und klares Wetter. Wolken kurz vor Beginn eines Landregens Stratocumulus: Wie der Name bereits andeutet, ist diese Wolkenformation eine Mischform von schicht- und haufenweisen Wolken. Sie entstehen meist durch Winde und Bodeneinflüsse aus Stratuswolken und sind in kleine Ballen gegliedert. Eine Quellwolke Stratocumulus Die sich daraus ergebenden Wolkengattungen nennt man die hohen Wolken Cirrus, Cirrocumulus, Cirrostratus, die mittelhohen Wolken Altocumulus, Altostratus, die tiefen Wolken Stratocumulus, Stratus, und die Wolken mit der größten vertikalen Erstreckung Cumulus, Cumulonimbus und Nimbostratus. Diese zehn Gattungen lassen sich noch in weitere Unterarten unterteilen. Die wichtigsten Wolkenformationen sollen nun näher betrachtet werden: Cumulus: Die Cumuluswolke ist eine typische Quellwolke mit einer glatten Untergrenze und einem eigenen Schatten. Die Basis der Wolke ist daher sichtbar leicht abgedunkelt. Darüber erscheint sie blumenkohlartig und aufgehellt. Ihre Ränder sind scharf begrenzt, da sie vorwiegend aus Wassertröpfchen besteht. Wetter & Klima | Wetter 25 Nimbostratus: Dies ist eine typische Regenwolke, die den uns allen bekannten Landregen bringt. Im Winter bringt diese tiefhängende Wolke auch reichlichen Schneefall, der meist in Verbindung mit einer Warmfront steht. Cumulonimbus: Dieser Wolke spricht man die größte vertikale Ausdehnung und auch die größte interne Dynamik zu. Bekannt ist sie im allgemeinen Sprachgebrauch als die typische Gewitterwolke. In ihren oberen Bereichen bestehen diese Wolken aus Eiskristallen, in ihren unteren aus reinen Wassertröpfchen. Durch ihr Aufquellen können diese Wolken aus tieferen Schichten rasch in höhere aufsteigen. Dadurch gefrieren die Wassertröpfchen zu Eiskristallen und die typischen scharfen Ränder der Quellwolken verwischen sich. Helligkeit & Farbe der Wolken Bei der Farbe der Wolken denkt man vor allem an weiß. Dass dies nicht immer der Realität entspricht erkennt man an verregneten Tagen. Dann bedeckt eine dunkle graue Wolkenmasse den Himmel. Betrachtet man die Wolken aber an einem Tag mit viel Sonnenschein, dann sind diese Wolken tatsächlich weiß. Diese Weißfärbung Allmähliche Wolkenauflösung am Abend Wolkenauflösung Abends wird die Erd­ oberfläche weniger stark erwärmt. Die Bildung von Thermikblasen lässt nach. Die Wolken können nicht mehr weiter nachgebildet werden und lösen sich allmählich auf. 26 Wetter & Klima | Wetter ist abhängig von der Streuung des Sonnenlichtes an den Wassertröpfchen. Ist die Wellenlänge des Lichtes kleiner als die Anzahl der vorhandenen Wassertröpfchen, dann werden alle Wellenlängen an den Wassertröpfchen gleich gestreut. Dieser Effekt ist unter dem Begriff ‚Mie-Streuung‘ bekannt. Die Wellenlänge des Lichtes ist viel kleiner als der Durchmesser der Wassertröpfchen. Dies bedeutet, das gesamte sichtbare Licht wird gestreut. Erreichen uns nun alle Wellenlängen des sichtbar gestreuten Lichtes, erscheint es als weiß. Allen bekannt ist die Rotation eines Kreisels, der bei einer scheinbaren Mischung der Farben als weiß erscheint. An der Unterseite sind die meisten Wolken dunkel. Dies liegt daran, dass sich darin viele Wolkentröpfchen befinden, die das Licht mehrfach streuen und somit weniger Sonnenlicht durch die Wol- ke dringen kann. Die Helligkeit kann sich durch die Rückstrahlung von Eis erhöhen. Auch die Einwirkung von Dunst oder anderen atmosphärischen Optiken beeinflusst die Helligkeit der Wolken. Je nach Wolkendichte und Richtung des einfallenden Lichtes wird die Helligkeit der Wolke verstärkt, wenn sich der Dunst zwischen dem Betrachter und der Wolke befindet. Tagsüber können die Wolken ohne Probleme erkannt werden. Unter dem Einfluss des Mondlichtes in der Nacht sind Wolken nur erkennbar, wenn die Mondphase mehr als ein Viertel beträgt. Somit ist während einer dunklen Mondphase das Licht nicht hell genug, um sich bildende aber entfernte Wolken erkennen zu lassen. Dies gilt besonders für mondlose Nächte. Das Vorhandensein von Wolken kann man dann mittels dem Polarlicht Merke: • Man unterscheidet je nach Erscheinungsform 4 Hauptwolkenarten: Stratus, Cumulus, Nimbus und Cirrus. • Die Helligkeit der Wolken ist abhängig von der Streuung des Sonnenlichtes. • Die Farbe der Wolken ist von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes abhängig. • Der Rayleigh-Effekt ist die Streuung von Licht an Gasen. Farbe der Wolken Wetter & Klima | Wetter 27 oder anderer Effekte erschließen. In Großstädten erkennt man Wolken als Folge der von unten kommenden Beleuchtung. Farbe der Wolken Die Farbe einer Wolke hängt von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes ab. Eine nähere Erklärung liefert der Rayleigh-Effekt. Das Vorhandensein von Dunst zwischen Beobachter und Wolke befürwortet die Verfärbung einer Wolke. Weit entferntere Wolken können so orange, gelb oder rot erscheinen. Der Rayleigh-Effekt an sich bedeutet nur die Streuung von Licht an Gasen. Blaues Licht hat eine höhere Frequenz als rotes und wird daher stärker gestreut. Dieser Effekt ist für die Farben des Sonnenaufgangs wie auch Sonnenuntergangs verantwortlich. Einen weiteren Einfluss auf die Farbe ergibt die atmosphärische Optik. Bei genügend hohem Sonnenstand erscheinen die Wolken als weiß. Bei Dämmerung, besser bei Sonnenaufgang oder -untergang erscheinen die Wolken gelb bis orange. Der Himmel in der Umgebung der Wolken und der Sonne nimmt dieselbe Färbung an. Auch die Stellung der Sonne und die Wolkenhöhe haben einen erheblichen Einfluss auf die Wolkenfarben. Nachts ist die Helligkeit der Wolken zu gering, um Farben zu unterscheiden, außer sie werden vom Mond beleuchtet und haben eine helle bis weiße Farbe. Kaltfront 10 Kaltfront warme, aufsteigende Luft 5 vordringende Kaltluft 0 W N 30-50 kmh O Regen kalt S 100km Wetterbeobachtung Durch ihre hohe Eigendynamik reagieren Wolken rasch auf ihre Umwelt. Dabei kann man zwischen den beobachtbaren Eigenschaften der Wolken und ihren bedingten Eigenschaften eine Verknüpfung herstellen. Die Ausbreitung der Wolken und ihre Höhe geben Aufschluss über den konvektiven Prozess in der Atmosphäre. Die Bewegungen der Wolken geben auch Auskunft über die entsprechenden Windverhältnisse in der gegebenen Höhe der Wolken. Eine Wetterfront kündigt sich an, in dem sich mehr Cirruswolken aufziehen. Je nach Stärke der Wetterfront werden sie von Cumuluswolken und Cumulonimbuswolken begleitet. Den Unterschied zwischen Warm- und Kaltfront erkennt man daran, dass sich die Wolken bei der Warmfront langsamer aufziehen und bei der Kaltfront langsamer abziehen. Da kalte Luft schwerer ist und sich schneller voran drückt, zieht kalte Luft schneller ab. Bei einer Kaltfront schiebt sich die kalte Luft unter die warme und leichtere Luftmasse. Warmfront 10 sich nähernde Luft Wetter & Klima | Wetter 5 sich zurückziehende, kalte Luft 0 N S warm 100km 28 Warmfront Warmfront leichter Regen oder Schnee kalt W Wetterablauf beim Durchzug einer Zyklone In Mitteleuropa befinden wir uns in der Zone der außertropischen Westwinde. Diese transportieren Tiefdruckgebiete, Zyklonen, und Hochdruckgebiete, die Antizyklonen, die sich ständig neu bilden. Ein Tiefdruckgebiet entsteht, wenn kalte Luft aus dem Norden, die Polarluft, mit warmer Luft aus dem Süden, der Tropikluft, zusammentrifft. Die Westwinde strömen langsamer. Die Grenzfläche der Luftmassen gerät durch die hohen Temperaturunterschiede in Schwingungen. Die Winde entwickeln turbulente Strömungen, sie mäandrieren. An der Grenze zwischen kalter und warmer Luft fällt der Luftdruck und es entsteht eine Zyklone. Warme Luft strömt an der Vorderseite der Zyklone nach Norden, kalte an ihrer Rückseite nach Süden. So entstehen die Kalt- und Warmfronten. Ein Wirbel entwickelt sich, der nach Osten wandert, da er sich in einer Westströmung befindet. Die kalte Luft schiebt sich unter die warme Luft, die weiter angehoben wird. Der Warmsektor bildet sich, wenn die schneller wandernde Kaltfront die Warmfront erreicht. Nun hat sich die Kaltluft fast vollständig unter die Warmluft geschoben. Die aufsteigende Warmluft kühlt weiter ab. In der Atmosphäre hat ein globaler Temperaturaustausch stattgefunden. In einer Zyklone vermischen sich Außertropische Zyklone Kaltluftftront Zunächst spiralförmige Bewegung der Luftmassen, dann schiebt sich die Kaltfront unter die Warmfront Warmluftftront Zyklone erhalten ihre Kraft durch die Wärme, die freigesetzt wird, wenn riesige Wassermassen kondensieren. Dabei kühlt die aufsteigende Luft ab und kondensierter Wasserdampf baut hohe Gewitterwolken auf. Die Luft der Zyklone kreist entgegen dem Uhrzeigersinn. T Warmfront Kaltfront Warmsektor Warmluft Merke: W Zugrichtung der Zyklone Fronten einer Zyklone O • Zyklonen sind Tiefdruckgebiete. Sie entstehen durch das Zusammentreffen von kalter Luft aus dem Norden und warmer Luft aus den Tropen. • Antizyklonen sind Hochdruckgebiete. Wetter & Klima | Wetter 29 also warme Tropikluft und kalte Polarluft und sorgen so für einen Energieausgleich. Zyklonen sind also Tiefdruckgebiete, die sich in einer Westströmung bewegen und das Wetter in gemäßigteren Zonen, also in Mitteleuropa, beeinflussen. In so einem Tief ist ein charakteristischer Wetterablauf erkennbar. Zuerst nähert sich die Warmfront, gefolgt vom Warmsektor und danach der Kaltfront, die die Temperaturen erneut stark sinken lässt. Da die Kaltfront schneller wandert als die Warmfront, wird diese eingeholt. Die dabei aufsteigende Warmluft ist schon lange vor dem Eintreffen der Warmfront an den Cirruswolken erkennbar. Wenn nun vom Süden Warmluft einfließt, entsteht der Warmsektor, in welchem tiefe und mittelhohe Wolken entstehen und Nieselregen bringen. Hinter der Kaltfront sinkt die Luft ab. Die Warmluft vor der Kaltfront wird nach oben gedrückt. Diese aufsteigende Warmluft bringt starke Niederschläge mit Gewittern. Vor der Warmfront gibt es daher keine Niederschläge, während der Warmfront leichten Nieselregen, in der Phase des Warmsektors gibt es erneut keine Niederschläge, während der Kaltfront aber zum Teil heftige Gewitter. Erst mit Abzug der Kaltfront tritt eine Wetterbesserung ein. Tiefdruckgebiete aus dem Blick vom Weltall Wettervorhersagen Eine Wettervorhersage ist die Prognose des Zustandes der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt, an einem bestimmten Ort. Betrachtet wird der Zustand der gesamten Atmosphäre, und nicht nur Wettererscheinungen am Boden. Die grundlegende Idee ist, aus einem aktuellen und vergangenen Zustand der Atmosphäre, unter Anwendung bekannter physikalischer Regeln, einen Zustand für die Zukunft abzuleiten. Die physikalischen Regeln werden mit nichtlinearen Gleichungen beschrieben. Dies bedeutet, dass bereits kleinste Veränderungen in der Ausgangslage zu großen Veränderungen im Ergebnis führen. Bekannt ist dieser Prozess auch als Schmetterlingseffekt. Die Erforschung des Wetters ist seit dem Altertum überliefert, dürfte aber wesentlich älter sein wenn man bedenkt, wie stark der Mensch 30 Wetter & Klima | Wetter in der Landwirtschaft von Regen und Temperatur abhängig war. Die Lostage, auch bekannt als ‚Bauernregeln‘, sind fixe Tage im Kalender, die nach dem Volksglauben feste Vorhersagen über das Wetter in den nächsten Wochen und Monaten ermöglichen und Prognosen über den günstigsten Zeitpunkt für die Aussaat und eine mögliche Ernte erlauben. Sie werden seit Jahrhunderten von Menschen weitergegeben. Sie stützen ihre Wirksamkeit auf die langjährigen Erfahrungen mit dem Wetter, vor allem in der Landwirtschaft. Der Naturwissenschaftler Otto von Guericke erkannte erstmals 1660 den Zusammenhang zwischen dem Abfallen des Luftdrucks und dem Anzug eines Unwetters. Im Wesentlichen unterscheidet man in der modernen Wetterforschung zwischen einer numerischen und einer synoptischen Wettervorhersage. Häufig wird aber eine Kombination beider Verfahren verwendet, da die numerische Vorhersage mit einem Näherungsverfahren arbeitet und lokale Bedingungen nicht exakt abdecken kann, und da Merke: • Wettervorhersagen sind Prognosen über den Zustand der Atmosphäre zu bestimmten Zeitpunkten an bestimmten Orten. • Der Bauernkalender beschreibt fixe Tage im Kalender, nach denen der beste Zeitpunkt für Aussaat und Ernte angegeben wird. es mit einer Ausgangssituation arbeitet, die auch schon einige Stunden zurückliegen kann. Die Synoptik bedeutet ‚Zusammenschau‘. Man benötigt mehrere Wetterstationen, welche Wetterbeobachtungen nach einem einheitlichen Verfahren zu gleicher Zeit durchführen. Gemessen werden Luftdruck, Luftdruckänderung während der letzten drei Stunden, Lufttemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Taupunkt, Wolkenart, Höhe der Wolkenuntergrenze, Bedeckungsgrad, Sichtweite, Niederschlagsmenge und -art. Die gesammelten Daten werden in Wetterkarten eingetragen, die Aufschluss über Windgeschwindigkeit und Windrichtung, aber auch mögliche Wetteränderungen frühzeitig erkennen lassen. Die numerische Wettervorhersage gilt als Basis aller Wettervorhersagen. Aus dem Zustand der Atmosphäre zu einem gewissen Zeitpunkt, wird durch numerische Lösungen der Zustand zu einem späteren Zeitpunkt berechnet. Diese Berechnungen umfassen teilweise einen Zeitraum von 14 Tagen. Die physikalischen Größen wie Luftdruck, Temperatur und Windrichtung werden dreidimensional dargestellt. Höhenwetterkarten Höhenwetterkarten zeigen das Wetter in der Höhe eines bestimmten Luftdruckgebietes. Da Warmluft eine geringere Dichte als Kaltluft hat, dehnt sie sich stärker aus und liegt höher als Kaltluft. Eine Luftdruckfläche wird also durch warme Luft angehoben, durch kalte abgesenkt. Die Höhe der Luftdruckfläche an bestimmten Orten wird in Höhenwetterkarten eingetragen. In ihnen erkennt man besonders deutlich die Schlingen des Jetstreams und Großwetterlagen ergeben sich. Wetterhahn Wettervorhersage über Satellit, erkennbar sind die Wetterprobleme an der grünen Farbe Wetter & Klima | Wetter 31 systeme Z irkulations- Kapitel 3 Um die unterschiedlichen Prozesse in unserer Atmosphäre zu verstehen, ist ein Basiswissen über die unterschiedlichen Zirkulationssysteme von Wichtigkeit. Die Winde, Meeresströmungen und Luftdruckgebiete spielen nicht nur beim Wetter eine wichtige Rolle, sondern beeinflussen unser Klima enorm. Bei sämtlichen Klimaveränderungen kann man feststellen, dass diese Faktoren einen entscheidenden Beitrag liefern. Für einen Ausgleich der Temperaturen zwischen kalter Polarluft und warmer Luft des Äquators sorgen die zahlreichen atmosphärischen Zirkulationen und Meeresströmungen. Dieses Kapitel befasst sich vorwiegend mit der Erklärung über die Entstehung der Winde, der Wirkung der Meeresströmungen und deren Einfluss auf unser Klima. Ein besonderes Augenmerk wird auf das wechselseitige Zusammenspiel dieser Naturkräfte gerichtet. Die Atmosphärische Zirkulation Unter atmosphärischer Zirkulation versteht man die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre. Damit werden alle weltweiten Luftströmungen bezeichnet. Sie beruhen auf der unterschiedlichen Energiezufuhr der Erde durch die Sonne. Dazu zählen die außertropischen Westwinde, die Passatwinde, die Ostwinde, die Jetstreams und das Polarhoch. Am Äquator herrscht ein Energieüberschuss, die Erwärmung der Luft und des Bodens ist hoch. An den Polen herrscht ein Energiemangel und die Luft und der Boden sind stark abgekühlt. Die globale Zirkulation der Atmosphäre ergibt sich also aus diesem Gegensatz von Energie und Temperatur zwischen dem Äquator und den Polen und sorgt für einen Ausgleich zwischen der kalten Polarluft und der warmen tropischen Luft. Die globale Zirkulation erklärt nun, wie die überschüssige Energie vom Äquator zum Nordoder Südpol gelangt. Am Äquator steigt Warmluft durch ihre hohe Erwärmung auf, der Luftdruck fällt und ein thermisches Tiefdruckgebiet entsteht. Aus Wetterberichten bekannt ist dieser Prozess als Äquatoriale Tiefdruckrinne, oder auch Innertropische Konvergenzzone. Am Pol ist der gesamte Vorgang umgekehrt. Die kalte Luft zieht sich zusammen und sinkt ab und ein Atmosphärische Zirkulation Bodennahe Luftdruckgebiete und Winde Merke: Hochdruckgebiet, das Polarhoch, entsteht. Aus der Rotation der Erde um ihre Achse und der Coriolis-Kraft entstehen weitere Zirkulationssysteme zwischen diesen beiden thermischen Druckgebieten. • Atmosphärische Zirkulation bezeichnet die Zirkulationsvorgänge in der Atmosphäre auf Grund der unterschiedlichen Energiezufuhr der Erde durch die Sonne. Zwischen Äquator und Polen herrscht ein Gegensatz von Temperatur und Energie. Durch die unterschiedlichen Zirkulationssysteme wird ein Ausgleich muss geschaffen. • Bodenwinde sind die Passate, der außertropische Westwind, die Monsune und die polaren Ostwinde. • Jetstream sind Windbänder in der Troposphäre mit einer Windgeschwindigkeit von bis zu 360 km/h. Er dient dem Austausch von warmer und kalter Luft. Zusätzlich bildet sich in einer gewissen Höhe die Passatzirkulation aus. In der Höhe weht der so genannte Antipassat, am Boden der Nordostund der Südostpassat. Der Antipassat ist ein starker Westwind, aus dem sich der subtropische Jetstream entwickelt. Unter diesem Subtropenjetstream befindet sich ein Hochdruckgürtel. Aus diesen Hochdruckgebieten strömen die außertropischen Westwinde in Richtung der Pole und die Passatwinde in Richtung Äquator. Die Westwinde transportieren Hoch- und Tiefdruckgebiete in Richtung Osten und werden daher als wandernde Druckgebiete bezeichnet, die sich ständig neu bilden und wieder auflösen. Diese Zone der außertropischen Westwinde wird auch als planetarische Frontalzone bezeichnet und befindet sich zwischen dem 30. und 60. Breitengrad. Die Polarfront, auch unter dem Begriff subpolare Tiefdruckrinne bekannt, schließt sich dieser Westwindzone an. Dort strömen die polaren Ostwinde mit den Westwinden zusammen. Über dieser Polarfront weht der polare Jetstream, der Schlingen bildet. Er erzeugt Zyklonen und Antizyklonen. In dieser Zone geht Polarhoch H Polare Ostwinde Polarfront (Subpolare Tiefdruckrinne) T T Außertropische Westwinde Subtropischer Hochdruckgürtel H H Nordost-Passate T Innertropische Konvergenzzone (ITC) T Äquatoriale Tiefdruckrinne Südost-Passate H H Subtropischer Hochdruckgürtel Außertropische Westwinde Polarfront (Subpolare Tiefdruckrinne) Polare Ostwinde 34 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme T H Polarhoch T N Zyklone Jetstream H T Antizyklone Bodenwinde antizyklonale Bewegung zyklonale Bewegung Jetstream und wandernde Druckgebiete es wesentlich unruhiger und turbulenter zu, als in der Zone der Passatwinde, wo die Winde in entgegengesetzter Richtung wehen. In der Frontalzone wehen die Winde in die gleiche Richtung. Im Bereich dieser Winde trifft die warme Äquatorluft auf die kalte Polarluft. Dieser Temperaturgegensatz muss daher abgebaut werden, nämlich durch die Zyklonen am Boden und die Jetstreams darüber. Die Intensität dieser Winde und Druckgebiete wird noch durch weitere Faktoren beeinflusst, wie der unterschiedlichen Lage von Land und Meer und somit auch der unterschiedlichen Erderwärmung. Die Passatwinde, die polaren Ostwinde, die außertropischen Westwinde und die Monsune, eine Sonderform der Passate, sind also die Bodenwinde der Erde. Neben diesen bekannten Winden gibt es noch regionale Windsysteme. Jetstream Für einen weiteren Energieaustausch ist auch der Jetstream verantwortlich. Dies sind Windbänder in der Troposphäre mit Höchstgeschwindigkeiten von bis zu 360 km/h. Es gibt verschiedene Arten von Jetstreams, den tropischen, subtropischen und den polaren. Durch starke Sonneneinstrahlung am Äquator dehnt sich die Warmluft aus und die kalte Luft am Polar zieht sich durch erhöhte Wärmeabgabe zusammen. Dadurch erhöht sich der Gegensatz der Temperatur und des Luftdruckes. Auf der Nordhalbkugel werden die Winde nach rechts und auf der südlichen Halbkugel nach links abgewendet. Dies geschieht durch die Coriolis-Kraft und Westwinde entstehen. Die­ se Druckausgleichsströmungen nennt man den Jetstream. Die Polarfront wird am Boden also durch Tiefdruck repräsentiert, in der Höhe durch den Jetstream. In den unteren Lagen wird die Luft des Tiefdruckgebietes verwirbelt und der Jetstream wird in Wellenbewegungen versetzt. Er bildet die sogenannten Mäander, Schlingen. Dieses Wellenband ist auch als Rossby-Welle bekannt und umzieht die ganze Erde. Die Tiefdruckgebiete und Jetstreams treten gemeinsam auf. Die aufsteigende Luft des Tiefs wird vom Jetstream aufgenommen und die absteigende Luft des Jetstreams strömt aus den Antizyklonen, den Hochdruckgebieten aus. Für die Nordhalbkugel gilt daher: ist die Schlinge nach Norden ausgerichtet, befindet sich südlich davon ein Hochdruckgebiet. Ist die Mäander aber nach Süden ausgerichtet, befindet sich nördlich ein Tiefdruckgebiet. Durch den Tiefdruckwirbel am Boden und dem höher gelegenen Jetstream wird also warme und kalte Luft ausgetauscht. Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 35 Die allgemeine Zirkulation der Erde Die allgemeine Zirkulation der Erde ist das Zusammenspiel von Wind und den Luftdruckgebieten. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Coriolis-Kraft. Luftdruckgebiete Als Gebiete mit einem Hoch oder Tief bezeichnet man Regionen, deren Luftdruck den Normalwert von 1013 mbar überschreitet oder darunter liegt. Zwischen diesen Hoch- und Tiefdruckgebieten ist der Wind als Druckausgleichsströmung von enormer Bedeutung. Man unterscheidet zwischen den thermischen und dynamischen Luftdruckgebieten. Ein thermisches Hochdruckgebiet entsteht, wenn sich kalte Luft durch ihre größere Dichte zusammenzieht und absinkt. Der Druck auf die Luftschichten nimmt zu und der Luftdruck steigt. Ein thermisches Tiefdruckgebiet entsteht durch die Erwärmung der Luft. Sie wird leichter und steigt auf, der Druck auf die anderen Luftschichten nimmt ab. Der Luftdruck fällt. Auf Wetterkarten werden die verschiedenen Orte mit gleichem Luftdruck durch Isobaren, Linien, verbunden. Dynamische Luftdruckgebiete sind die Entstehung von Zyklonen und Antizyklonen, die sich im Bereich der Polarfront oder des Azorenhochs bilden und nach Osten abwandern. In der nördlichen Hemisphäre zirkuliert die Luft einer Antizyklone im Uhrzeigersinn um das Hochdruckgebiet, bei einer Zyklone dagegen. Auf der Südhalbkugel ist der Prozess umgekehrt. Das Azorenhoch wird mit dem Islandtief auch Aktionszentren genannt, da sie das Wetter ganzjährig bestimmen. Zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet entsteht ein enormes Druckgefälle, das zu einem Ausgleich geführt werden soll. Dies geschieht durch die von ihr erzeugte Druckgradientenkraft, welche die Winde erzeugt. Aber auch die Coriolis-Kraft wirkt auf die Druckgebiete ein und erklärt, warum sich die Druckgebiete im oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. nun ein Luftgebiet diese Breitengrade, behält es seine Geschwindigkeit bei. Strömt also Luft aus der nördlichen Hemisphäre in Richtung Süden, gelangt sie in Breitengrade, die sich schneller bewegen als die Region ihres Ursprungs. Die Luft bewegt sich also langsamer, als die Erde unter ihr. Damit wird sie scheinbar nach Westen abgelenkt. Strömt die Luft aber nach Norden, gelangt sie in Zonen mit langsamerer Erdbewegung und wird scheinbar nach Osten gelenkt. Auf der südlichen Halbkugel findet der gesamte Prozess umgekehrt statt. Die Strömungen werden also durch die Coriolis-Kraft gelenkt, im Norden nach Westen und im Süden nach Osten. Diese Kraft wirkt nur bei den großen Strömungen. Bei den kleineren regionalen Windsystemen zeigt sie keinerlei Wirkung. Sie bewirkt auch die Drehung von Tiefdruck- und Hochdruckgebieten. Die Luft müsste eigentlich direkt in das Tief strömen. Da sie aber durch die Coriolis-Kraft abgelenkt wird, strömt sie am Tief vorbei und bewegt sich in Linksdrehung um das Tief herum. Merke: • Thermische Hochdruckgebiete: kalte Luft zieht sich zusammen und sinkt ab, der Luftdruck steigt. Tiefdruckgebiete entstehen durch die Erwärmung der Luft, die leichter ist und aufsteigt. Der Luftdruck nimmt ab. • Aktionszentren sind das Azorenhoch und das Islandtief, welche unser Wetter ganzjährig bestimmen. • Die Coriolis-Kraft entsteht durch die Rotation der Erde um ihre Achse und ist eine Trägheitskraft. Sie hat seitlich wirkende Kräfte. Die Coriolis-Kraft und ihre Wirkung. Änderung der Stärke des Corioliseffekts 100% N Maximum an den Polen Breite 60° 86,7% 50% Ablenkung nach rechts Nordhalbkugel keine Ablenkung 0% Äquator Die Coriolis-Kraft Durch die Bewegung der Erde um ihre Achse entsteht die sogenannte Coriolis-Kraft. Diese seitlich wirkende Kraft wird nach ihrem Entdecker, dem Physiker G. C. Coriolis benannt. Sie ist eine Trägheitskraft, die entsteht, wenn die Trägheit der Luft, die eine sich bewegende Masse ist, sich gegenüber veränderten Bewegungsgrößen in einem sich drehenden System, wie der Erde, auswirkt. Am Äquator dreht sich die Erde schneller als an den Polen, da der Weg länger ist. Verlässt 36 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 30°N 0° 30°S Ablenkung nach links Südhalbkugel S Wind Lenticulariswolken / Darstellung der Leewellen Die Winde und ihre unterschiedlichen Systeme sorgen für den Druckausgleich in der Erdatmosphäre, aber auch beim Wetter kommt ihnen eine große Bedeutung zu. Entstehung des Windes Der Wind entsteht aus drei verschiedenen Faktoren: der Coriolis-Kraft, der Druckgradientenkraft, die den Druckausgleich zwischen Hochdruck und Tiefdruck erzeugt, und der Reibungskraft. Diese bremst die Geschwindigkeit des Windes durch den Widerstand der Erdoberfläche ab. Durch die Reibungskraft werden aber nur die Bodenwinde beeinflusst, und nicht jene der höheren Luftschichten. Sie bewirkt das Eindringen der Luft in ein Tiefdruckgebiet, da sie der Coriolis-Kraft entgegen wirkt und so einen Druckausgleich erzeugt. Die Winde können in zwei Gruppen unterteilt werden: die regionalen und die globalen Windsysteme. Zu den regionalen Windsystemen zählt man den Föhn, tropische Wirbelstürme, tagesperiodische Winde, und synoptische Winde. Zum globalen Windsystem zählt man die Passatwinde, Monsunwinde, polare Ostwinde und außertropische Westwinde, also all jene Winde der allgemeinen Atmosphärischen Zirkulation. Regionale Windsysteme Wie alle Windsysteme sind die regionalen Winde Zirkulationsformen, die nur in einzelnen Regionen wirksam sind. Man teilt sie in drei große Untergruppen ein: • Die tagesperiodischen Winde: Diese Windarten sind Druckausgleichsströmungen, deren Ablauf und Rhythmus sich alle 24 Stunden mehr oder weniger intensiv wiederholen. Zu diesen gehören die bekannten Land-See, Berg-Tal-Windsys­ teme und der Flurwind. • Das Berg-Tal-Windsystem tritt vor allen in Gebirgsregionen auf. In den Morgenstunden werden zuerst die Gipfel und Talhänge erwärmt. In den Tälern sammelt sich die schwere, absinkende Kaltluft. Über den Gipfeln wird Wärme abgestrahlt und Tiefdruckgebiete bilden sich. Die Kaltluft in den Tälern erzeugt einen hohen Luftdruck. Es weht der Talwind, vom Tal bis zum Gipfel. Im Laufe des Tages erwärmen sich die Täler sehr rasch, aber die Berggipfel kühlen am Abend schneller ab und es entsteht ein Hochdruckgebiet. In den Tälern hingegen entsteht ein Tiefdruckgebiet und es weht der Bergwind. Leewellen Altocumulus lenticularis Gebirge • Das Land-See Windsystem entsteht durch die hohe Erwärmung der Landflächen. Warme Luft steigt auf und der Luftdruck am Land fällt. Über dem Wasser ist der Luftdruck jedoch relativ hoch. Zwischen diesen beiden Druckgebieten bildet sich am Tag ein Seewind vom Meer. Diese bekannte ‚kühle Brise‘ am Strand kühlt das Land wieder ab. In der Nacht gibt das Wasser, das die Wärme sehr schnell speichern kann, verstärkt Wärme ab. Über dem Meer bildet sich ein Tiefdruckgebiet und die Landmassen kühlen ab. Der Luftdruck über dem Land ist hoch. Vom Land zum Wasser weht nachts der Landwind. Vormittag Abend T H Talwind Bergwind T H Berg-Tal-Windsystem See-Land-Windsystem H T Seewind H Tag T H T T Landwind H Nacht Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 37 T H Wärme- und Dunstglocke Land-Stadt-Wind kühleres Umland H Land-Stadt-Wind starke Erwärmung der Stadt durch: • dichte Bebauung • dunklen Asphalt (starke Absorbtion) • Abgase • Das Flurwindsystem: Dieses System beschreibt die Druckausgleichströmungen zwischen unterschiedlichen Fluren, wie Wiesen und Wald, aber auch Stadt und Umland. In der Stadt ist es oft um bis zu 3° Celsius wärmer als im Umland. Warme Luft über der Stadt steigt wegen ihrer geringeren Dichte auf, die kühlere Landluft sinkt ab, da sie sich zusammenzieht. Zum Ausgleich dieses Luftdruckgegensatzes bläst ein Wind vom Land in die Stadt. Die Kühle des Windes beugt einer Überhitzung der Stadt vor und entsorgt auch die Abgase der Stadt in höhere Sphären. Synoptische & Fallwinde Zu den Fallwinden zählen die Bora, der Mistral und der Föhn. Sie können in zwei Kategorien unterteilt werden, die warmen und kalten Fallwinde. Als synoptische Winde bekannt sind Schirokko, Etesien und der Leveche. Diese Winde entstehen nur bei bestimmten Wetterlagen, da sie aus der Sahara kommen. Sie bringen daher auch viel Staub und Sand nach Mitteleuropa, sind heiß und trocken. Der Schirokko kann in Italien zu sehr schmutzigen Regenfällen führen, da er über dem Mittelmeer viel Feuchtigkeit aufnimmt. Die Etesien wehen im Sommer über das östliche Mittelmeer. Der Föhn ist ein warmer und trockener Fallwind in den Alpen. Kommt er vom Süden, wird er auf der Alpennordseite als Südföhn bezeichnet und umgekehrt als Nordföhn. Der Wind entsteht, wenn die Luft vom Gebirge zum Aufsteigen gezwungen ist. Dabei kühlt sich die Luft um 1 Grad 38 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme Flurwind: Land-Stadt-Wind Celsius je 100 m ab. Diesen Abkühlungsprozess nennt man trockenadiabatisch. Die maximale Luftfeuchtigkeit sinkt ab. Da die absolute Luftfeuchte konstant bleibt, kondensiert Wasser und es bilden sich Wolken. Diese Temperatur wird als Taupunkt bezeichnet. Beim weiteren Aufstieg kühlt sich die Luft nur mehr um die Hälfte ab. Dies ist der feuchtadiabiatische Prozess. Wenn die Wolke zu schwer wird, beginnen die Niederschläge. Bekannt sind sie als Steigungsregen, da die Wolke durch das Aufsteigen von Luft entsteht. Danach sinken die Luftmassen wieder ab, die Luft erwärmt sich rasch und die relative Luftfeuchtigkeit sinkt unter 100%. Das Wasser der Wolken verdunstet zurück in einen gasförmigen Zustand. Beim weiteren Sinken der Luft erwärmt sie sich trockenadiabatisch, also um 1 Grad pro 100 m. Diese Luft, die nun vom Gebirge ins Tal strömt, wird als Föhn bezeichnet. Wettermerkmale unter Einfluss des Föhns Charakteristische Merkmale des Wetters unter Einfluss des Föhns sind warme Temperaturen, geringe Luftfeuchtigkeit, sturmartige Windgeschwindigkeiten, kleine und linsenförmige Wolken, die auch fischförmig auftreten und klare Luft. Die warmen Temperaturen lassen sich durch die Entstehung des Föhns erklären. Beim Absinken erwärmt sich die Luft wesentlich schneller als beim Aufsteigen. Da sich die Wolken über den Gebirgen entleeren, bleibt die Luftfeuchtigkeit niedrig. Die Wolken entstehen, wenn die Luft das Gebirge anströmt und angehoben wird. Dieser Prozess setzt sich auch in den oberen Schichten fort. Durch das Gebirge wird die Luft in wellenförmige Bewegung versetzt, die sogenannten Leewellen. Wenn die Luft im Wellenberg aufsteigt, kühlt sie ab und die Leewolken entstehen, sinkt jedoch die Luft zum Wellental wieder ab, verdunsten die Wolken, die auch Altocumulus lenticularis genannt werden. da er durch das Rhonetal kanalisiert wird. Daher wirkt er als kalter Wind, obwohl er wie der Föhn und die Bora trockenadiabatisch entsteht. Bei vielen Menschen hat der Föhn eine negative gesundheitliche Auswirkung, die unter dem Namen Föhnkrankheit bekannt ist. Seit dem Jahre 1981 sind diese gesundheitlichen Beschwerden Teil eines eigenen Forschungsgebietes. Vor Auftreten des Föhns kommt es zu einer so genannten ‚Vorfühligkeit‘, nur leichten Beschwerden. Zu den häufigsten Symptomen gehören Mattigkeit, Kopfschmerzen, Müdigkeit, Gliederschmerzen, Herzrasen und auch Depressionen. Diese Beschwerden werden auch unter dem Begriff Wetterfühligkeit verwendet und treten beim Herannahen eines Gewitters oder eines Tiefdruckgebietes ebenso auf. Föhnwetter gibt es natürlich nicht nur in den Alpen, sondern es existiert auch in Amerika, in den Rocky Mountains, oder im deutschen Mittelgebirge. Die Erwärmung ist dort aber nicht so stark, da die Gebirge niedriger sind und die Luft nicht so weit absinkt. • Die Bora ist der bekannte Fallwind an der Küste Istriens und Dalmatiens. Die Bora wirkt dank der trockenadiabitischen Erwärmung kalt, da sie in den Mittelmeerraum strömt. Sie tritt hauptsächlich im Winter auf. Die Forschung befasst sich in diesem Sinne mit dem Einfluss der atmosphärischen Vorgänge und Zustände und deren Wirkung auf den menschlichen Körper. Bisher wurde die Föhnkrankheit nur dadurch erklärt, dass der Föhn offenbar das menschliche Nervensystem angreift. Wie weit es zu Krankheitssymptomen kommt, scheint vom psychischen Zustand des Patienten abzuhängen. • Der Mistral ist ein Fallwind im Rhonetal. Befindet sich ein Tief über dem Mittelmeer und ein Hochdruckgebiet über der Biskaya, entsteht der Mistral. Er erreicht hohe Windgeschwindigkeiten, Merke: • Der Wind entsteht durch die Coriolis-Kraft, der Druckgradientenkraft und der Reibungskraft. Man unterscheidet zwischen globalen und regionalen Windsystemen, den BergSee- Windsystemen, Land-Meer-Systemen, Flurwindsystem und den tagesperiodischen Windsystemen. • Synoptische Winde, wie der Schirocco entstehen nur in bestimmten Wetterlagen über der Sahara. • Fallwinde sind der Föhn, Mistral und die Bora. Darstellung des Föhns S N Alpenhauptkamm Hoch Tief Föhnmauer -4°C 3500 3000 je Innsbruck +21°C 10 je C 0, 5° A bk 0m 10 um C üh lu ng 1° Bozen +10°C um 1000 g un 1500 m 200 Föhn är 0m w Er 2500 500 0 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 39 Die Passat- & Monsunzirkulation Diese Zirkulation bezeichnet die atmosphärische Zirkulation der Tropen und Subtropen. Sonne steht im Zenit am... Die Passatzirkulation Erreicht die Luft eine gewisse Höhe, strömt sie nach Norden oder Süden. Dieser Höhenwind weht in Richtung der Wendekreise und ist als Antipassat bekannt. Die Luft kühlt wieder ab und sinkt, der Urpassat entsteht. In diesem Moment bildet sich die Passatinversionsschicht, in der sich zwei Schichten Luft übereinander lagern: die abgesunkene warme Luft befindet sich über der aufsteigenden kalten Luft. Da die leichtere warme Luft nicht weiter unter die schwere Luft absinken kann, wird ein Luftaustausch verhindert. Durch dieses Phänomen können sich im Bereich der Passatwinde keine Wolken oder Niederschläge bilden. Durch das Absinken der Luft werden mehrere Luftschichten übereinander gelagert und es entsteht ein Hochdruckgebiet. H Passat Sie ist Teil der atmosphärischen Zirkulation, die zwischen 30 Grad Nord und 30 Grad Süd wirksam ist. Besonders am Äquator ist die Erwärmung der Erde sehr groß. Die Sonne steht hier fast ganzjährig am Zenit. Der Luftdruck ist niedrig, da die warme Luft in die Höhe steigt. Die aufsteigende Luft kühlt sich ab und Wolken entstehen, die auch Niederschläge bringen. Der Prozess ist als Konvektion bekannt. Diese Niederschläge kennt man auch unter dem Begriff Zenitalregen. Durch das Aufströmen der Luft entsteht eine Sogwirkung und Tiefdruckgebiete entstehen am Äquator. Dieses Phänomen nennt man die äquatoriale Tiefdruckrinne. nördl. Wendekreis 20°N ende absteig Luft Erwärmung Trockenheit 40°N 21.6. ITC 0 T Äquator 21.3.+23.9. H 20°S südl. Wendekreis 21.12. 40°S Grafische Darstellung der Passatwinde Die Passatzirkulation (Querschnitt) 16 km 8 km Höhenwind = Antipassat Urpassat 16 km 8 km Konvektion Urpassat Passatinversion H Passatwinde Subtropenhoch 30°N 40 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme T Innertropische Konvergenzzone Äquator H Subtropenhoch 30°S Ein bekanntes Hoch dieses Gebietes ist das Azorenhoch und gehört zum subtropischen Hochdruckgebiet. Zwischen diesem Hochdruckgebiet und der äquatorialen Tiefdruckrinne wehen die Passatwinde, um eine Ausgleichsströmung zu erzeugen. Am Äquator strömen diese Passatwinde zusammen und konvergieren. Die äquatoriale Tiefdruckrinne wird daher auch als Innertropische Konvergenzzone bezeichnet, mit der offiziellen Abkürzung ITC. Monsunwinde im Januar Auf der Nordhalbkugel weht der Passat aus dem Nordosten, da er durch die Coriolis-Kraft abgelenkt wird. In der südlichen Hemisphäre weht daher der Südostpassat, da er nach links abgelenkt wird. Da die Passatwinde im subtropischen Gürtel entstehen, sind sie warme und trockene Winde. Wehen sie über dem Meer, sind sie warm und feucht. Wanderung des ITC mit dem Zenitstand der Sonne Die Linie der größten Sonneneinstrahlung verlagert sich mit dem größten Zenitstand der Sonne, da dieser innerhalb eines Jahres wandert, und zwar vom südlichen Wendekreis zum Äquator, weiter zum nördlichen Wendekreis und wieder zum Äquator. Somit verschiebt sich auch die ITC im Laufe eines Jahres und als Folge die gesamte Zirkulation der Passate. Abhängig ist diese Verlagerung aber auch von der Lage der Gebirge und der Verteilung von Land und Meer. Mit dieser Lageveränderung lässt sich aber das Klima im Gebiet der Tropen und Subtropen erklären. Daher haben gewisse Klimazonen im Sommer mehr Niederschläge, als im Winter. Monsunregengebiet Kalte, trockene Winde Monsunwinde im Juli Die Monsunzirkulation Der Monsun gilt als Sonderform der gesamten Passatzirkulation. Als Monsune bezeichnet man Winde, die beständig wehen und halbjährlich ihre Richtung wechseln. Man unterscheidet zwischen Sommer- und Wintermonsun. Der Sommermonsun oder Südwestmonsun erwärmt den Kontinent im Nordsommer stark. Tiefdruckgebiete bilden sich und der ITC kann sich bis über den Himalaya verlagern. Die Südostpassate, die nach Norden wehen, werden beim Übertritt des Äquators zu Südwestwinden. Die Erklärung liefert die Coriolis-Kraft, die die Winde auf der Nordhalbkugel nach rechts ablenkt. Besonders über Indien führt dies zu heftigen Niederschlägen. Durch die Wanderung der Sonne verlagert sich der Zenitstand der Sonne im Nordwinter auf die Südhalbkugel. Ein Kältehoch bildet sich über Monsunregengebiet Feuchte, warme Winde Monsune Monsune wechseln halbjährlich ihre Windrichtung. Im Winter wehen kalte trockene Winde aus Afrika und Indien in südlicher Richtung. Es entsteht eine kühle und trockene Jahreszeit. Im Sommer kehren die Monsunwinde ihre Richtung um. Dadurch steigt warme Luft über dem Land auf. Südwestwinde bringen feuchte Luft vom Meer, die vor allem in Südostasien zu schweren Regenfällen führt. Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 41 Südostasien, da sich der Kontinent besonders im Winter stark abkühlt. Auf Grund der so entstehenden unterschiedlichen Luftdruckgebiete wehen über Indien und dem Indischen Ozean Nordostwinde in Richtung Äquator und der ITCZone. Dieser Wintermonsun ist kühl und trocken und entspricht dem Nordostpassat. Die Monsunzirkulation über Indien bezieht sich vor allem auf die unterschiedliche Verteilung von Land und Meer. Damit ist eine extreme Verlagerung der Innertropischen Konvergenzzone nach Norden verbunden. Auf diese Winde trifft man auch in Südamerika, Westafrika und Nordaustralien. Winter Sommer Kältehoch H Hitzetief T SüdOstMonsun NordWestMonsun Nord-Ost-Monsun (Wintermonsun) Süd-West-Monsun (Sommermonsun) Wind der außertropischen Monsunzirkulation Wind der tropischen Monsunzirkulation Die tropische und außertropische Monsunzirkulation Regionale Winde und tropische Wirbelstürme Suchowei Chinook Purga Blizzards Burane Chamsin Harmattan Northers Hurrikan Taifun Haboob Willy-Willy MauritiusOrkan Northers Pampero Fön Etesien Leveche Schirokko 42 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme Merke: Bora Mistral • Durch das Aufströmen der Luft entsteht eine Sogwirkung und ein Tiefdruckgebiet entsteht, die äquatoriale Tiefdruckrinne. • Passatinversionsschicht: zwei Schichten Luft lagern übereinander. • Monsune sind Sonderformen der Passatwinde. Sie wechseln halbjährig ihre Richtung und wehen beständig. Meeresströmungen Durch die Coriolis-Kraft werden die Oberflächenströmungen, die rein vom Wind angetrieben werden, auf der Nordhalbkugel, wie bereits erklärt, nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel nach links. An den Kontinentalküsten müssen sie umdrehen und zurückströmen. Die Meeresströmungen bezeichnen den Temperaturaustausch in den Ozeanen. Sie werden von verschiedenen Einflüssen in Bewegung versetzt: • Oberflächenströmungen in Richtung zu den Polen kühlen sich ab, werden dichter und sinken. Eine sehr kalte Tiefenströmung zurück zum Äquator entsteht. Die Meeresströmungen werden nach Tiefe, Temperatur und Entstehung unterschieden. • An der Meeresoberfläche reiben Winde und bringen das Wasser in Bewegung. Es entstehen Oberflächenströmungen, so genannte Driftströmungen. • Nach der Tiefe unterscheidet man Oberflächenströmungen und Tiefenströmungen. Die ersteren strömen in einer Tiefe bis maximal 200 Metern und entstehen durch den Wind. Die Tiefenströmung hingegen entsteht meist durch die Druckunterschiede, die sich im Wasser bilden. Die größte Rolle im Klimageschehen und Wettergeschehen der Erde spielen die Meeresströmungen gemeinsam mit der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Für den globalen Temperaturaustausch sind sie einer der wichtigsten Faktoren. • Nach ihrer Entstehung unterscheidet man die Meeresströmung in eine Driftströmung, die durch die Oberflächenreibung des Windes mit dem Wasser entstehen und jenes in Bewegung versetzen, und Gradientströmung. Durch den unterschiedlichen Salzgehalt, der Differenz zwi- Golfstrom Kalifornischer Strom Beispiel für die Meeresströmungen Nordpazifischer Wirbel Nordatlantischer Wirbel Nordatlantischer Wirbel Südpazifischer Wirbel Brasilstrom Südindischer Wirbel Perustrom Westwindströmung Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 43 schen den Temperaturen und der verschiedenen Dichte entstehen entweder zu hohe oder zu niedere Konzentrationen. Dadurch entsteht entlang des Gradienten eine Ausgleichsströmung. sich der Golfstrom nur an der Küste des amerikanischen Ostens. Der Nordatlantische Strom ist ein Ausläufer dieser Strömung, die bis nach Europa reicht. • Die kalten und warmen Meeresströmungen werden nach ihrer Temperatur unterschieden. Bei den warmen Strömungen wird wärmeres Wasser durch kälteres Umgebungswasser transportiert. Die bekanntesten sind der Golfstrom und der Karibische Strom. Umgekehrt ist dies der Fall beim Ostgrönlandstrom oder Humboldtstrom. Dort wird kälteres Wasser durch wärmere Gefilde bewegt. Für Europa hat der Golfstrom eine besondere Bedeutung. Vergleicht man die Küste Ostgrönlands mit der norwegischen Küste, die sich geo­ grafisch auf gleicher Breite befinden, bemerkt man dennoch gravierende Unterschiede. Während Grönland gekennzeichnet ist von vereisten Fjorden, kleinen Fischerdörfern, einer großen Eisdecke im Binnenland und einer Vegetation von Moos, Gräsern und Flechten, findet man in Norwegen keine vereisten Fjorde, sondern Mischwälder, Nadelwälder und Städte an den Küsten. Die Ursache dieser Differenzen findet man in der Meeresströmung. An der Ostküste von Grönland fließt der Ostgrönlandstrom, während Norwegens Küste durch den warmen Golfstrom, genauer dem Nordatlantischen Strom, beeinflusst wird. Als weiteres Beispiel könnte man auch die Halbinsel Labrador erwähnen, die in gleicher geografischer Breite wie Deutschland liegt. Auf Grund des Golfstromes findet man in Deutschland Laub- und Mischwälder, auf Labrador hingegen Nadelwälder und Tundra als Vegetation. All diese Meeresströmungen haben einen gro­ ßen Einfluss auf unser Klima, z.B. bei der Wüstenbildung durch eine kalte Meeresströmung oder dem Golfstrom, der Wärme nach Europa bringt. Der Golfstrom Weltweit bekannt ist der Golfstrom auch als Warmwasserheizung für Europa. Er wird häufig als die warme Meeresströmung vom Golf von Mexiko bis nach Nordeuropa im Nordatlantik bezeichnet. Aber im eigentlichen Sinne befindet 44 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme Golfstrom Merke: • Meeresströmungen bezeichnen den Temperaturaustausch in den Ozeanen. Sie werden nach Tiefe, Temperatur und Entstehung unterschieden. Sie haben großen Einfluss auf unser Klima. • Der Golfstrom ist die Warmwasserheizung Europas. • An den Küsten werden Wüsten durch kalte Meeresströmung und kaltes Auftriebswasser gebildet. Die warme Passatluft befindet sich über der kalten Luft und es kommt zu keiner Wolkenbildung, und somit zu keinem Regen. Der Temperaturausgleich zwischen den Polen und dem Äquator findet durch die Winde und die Meeresströmungen statt. Dieser Ausgleich geschieht in der atmosphärischen Zirkulation vor allem durch die Polarfront und die Tiefdruckwirbel, wobei sich warme und kalte Strömungen verwirbeln. Ähnlich ist der Vorgang bei der Meeresströmung, wenn der warme Golfstrom mit dem kalten Neufundlandstrom an der Ostküste Amerikas parallel strömt. Zwischen beiden Strömungen bilden sich Wirbel, die für den Temperaturausgleich im Ozean zwischen warmen Golfstrom und kaltem Polarwasser sorgen. Solche Wirbel bilden sich global zwischen allen warmen und kalten Meeresströmungen, die parallel fließen. Wüstenbildung durch kalte Meereströmung Die Bildung der Wüsten Atacama in Nordchile und Namib im Südwesten Afrikas ist auf dem ersten Blick verwunderlich, da sie direkt an der Westküste des jeweiligen Kontinents am Ozean liegen. Ursache für die Wüstenbildung in diesen Gebieten sind die kalten Meeresströmungen, besonders der Humboldtstrom für Südamerika und der Benguelastrom für Namibia. Die Luftschichten dieser Zonen sind in Wassernähe kühler als die warme Passatluft. Verursacht wird dieser Effekt durch die kalte Meeresströmung und das kalte Auftriebswasser. Zwischen den Luftmassen findet kein Austausch statt und es bildet sich eine Sperrschicht. Dieser Vorgang wird auch Inversion genannt. Es findet auch keine Konvektion, Aufsteigen der Luft statt, denn die leichtere Warmluft liegt über der schwereren kalten Luft. Daher gibt es auch keine Wolkenbildung und keine Niederschläge. Aus dem Dunst der kalten und feuchten Meeresluft bildet sich ein Nebel. Daher nennt man diese Küstenwüsten auch Nebelwüsten. Nebel über der Namib Wüstenbildung durch kalte Meeresströmung warme Passatluft Inversion (kühlere Luft durch kaltes Meerwasser) Nebel Wüste kalte Meeresströmung Kontinent kaltes Auftriebswasser Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 45 Der El Nino & die Walker-Zirkulation Die Walker-Zirkulation entsteht an den Kontinentalrändern und wird auch als äquatoriale Zirkulation bezeichnet. An den Küsten strömen kalte und warme Meeresströmungen. Über den kalten Meeresströmungen zieht sich die kühle Luft zusammen und sinkt auf Grund ihrer Schwere ab. Nun bilden sich über den kühlen Gewässern Hochdruckgebiete. Über den warmen Strömungen des Meeres bilden sich Tiefdruckgebiete, da die leichtere warme Luft in die Atmosphäre aufsteigt. Am Äquator werden die Wechselwirkungen zwischen Temperatur, Luftdruck und Meeresströmungen besonders wirksam. Hier bildet sich eine zum Äquator parallel liegende Zirkulation, die Walker Zirkulation. Dies sind die einzigen Winde, die nicht durch die Coriolis-Kraft abgelenkt werden, da sie sich genau über dem Äquator befinden und ihre Kraft dort nicht wirksam ist. In der Gesamtbetrachtung des Klimaphänomens hat diese Zirkulation nur eine geringe Bedeutung. Ihre Wichtigkeit ergibt sich, wenn man das Phänomen des El Nino verstehen will. Dieser ist eine Anomalie der Klimaverhältnisse im Pazifik und tritt alle 2 bis 7 Jahre auf. Meist tritt er im Dezember auf, daher auch der Name. Im Spanischen bedeutet El Nino das Christkind. An der Westküste Südamerikas kommt es zu heftigen Niederschlägen und einem großen Fischsterben. Als Ursache gilt der starke Anstieg der Wassertemperaturen. In Australien und den Philippinen herrscht Dürre und Trockenheit. In der Normalsituation wird an der Küste Südamerikas kaltes Wasser durch die Passatwinde nach Norden transportiert. Dadurch bildet sich in diesem Gebiet ein Hoch. In Australien und den Philippinen sammelt sich Warmwasser dank einer kalten Meeresströmung und es bildet sich ein Tief. Beide Luftdruckgebiete gehören zur Walker-Zirkulation. Die Winde treiben den Strom nach Westen. Daher ist der Meeresspiegel in Australien um ca. 1 Meter höher als an der Küste Südamerikas, wo auch nur wenig Niederschläge fallen. Bei El Nino kommt es zu einer Erschlaffung der Passatwinde. Der Humboldtstrom wird nicht mehr nach Norden getrieben und mehr kaltes Wasser kann sich in den südlichen Regionen ansammeln. Die Walker-Zirkulation löst sich auf. Die Winde können nicht mehr nach Westen wehen und den Südäquatorialstrom vorantreiben. Daher staut sich das warme Wasser an der Kü- 46 Wetter & Klima | Zirkulationssysteme ste Australiens und strömt nach Osten zurück und sammelt sich an der Küste Westsüdamerikas. Dort bildet sich ein Tiefdruckgebiet und es kommt zu heftigen Niederschlägen. In Australien wird durch das ausbleibende Hochdruckgebiet eine Dürreperiode eingeleitet. Aber auch im Nordosten Brasiliens kommt es zu einer Dürre, da sich dort ein Hochdruckgebiet durch die sich umdrehende Walker-Zirkulation bildet. Zusammenfassend kann man die regionalen Auswirkungen des El Ninos für Südamerika und Australien nochmals veranschaulichen: In Australien, den Philippinen und den Sunda-Inseln kommt es zu erheblichen Dürreperioden mit Ernteausfällen, fehlende Niederschläge, Waldbrände und einem Anstieg der Luftverschmutzung. In Südamerika hingegen gibt es hohe Niederschläge, die zu Erdrutschen führen und somit zur Zerstörung ganzer Siedlungen und landwirtschaftlicher Nutzflächen. Das wärmere Meerwasser führt durch weniger Nährstoffe zu einem Fischsterben mit erheblichen ökonomischen Folgen für die Fischer, besonders in Peru. Ganze Nahrungsketten brechen zusammen. Es kommt zu einem Massensterben von Fischen, Seevögeln und auch Korallen. Die Erwärmung des Meeres bewirkt das Absterben des Planktons und somit eine Abwanderung der Fische aus Futtermangel. In normalen Jahren gibt es an der Küste Perus bis zu zehn Mal mehr Fische als an anderen Küsten. Auch die Robbenkolonien finden als Folge keine Nahrung mehr und die Tiere sterben einen Hungertod. Obwohl der erste El Nino bereits im Jahre 1726 registriert wurde, konnte er bis heute noch nicht vollständig verstanden werden. Besonders ausgeprägt war er im Jahre 1997, als die Wassertemperatur auf über sieben Grad Celsius über die normale Durchschnittstemperatur anstieg. Dieses Phänomen kann seit 2006 erneut dank der Satellitenbilder beobachtet werden. Der Regenwald im Amazonasgebiet leidet dagegen unter Trockenheit. Vor Mexiko können gewaltige Wirbelstürme entstehen, die riesige Schäden anrichten. In Südostasien und Australien kommt es durch den fehlenden Regen zu Buschfeuern und riesigen Waldbränden. Während es in Ostafrika in Ländern wie Kenia und Tansania mehr Regen gibt, ist es in Sambia, Simbabwe, Mosambik und Botswana deutlich trockener Merke: Die Hauptursache des El Ninos liegt also im Abschwächen der Passatwinde. Obwohl El Nino eigentlich eine natürliche Anomalie unseres Klimas ist, konnte das Phänomen in den letzten Jahren häufiger beobachtet werden, woraus man auf einen Zusammenhang mit der globalen Erwärmung der Erde schließt. Der El Nino ist eine Wetteranomalie, die alle 2 bis 7 Jahre auftritt. Seine Ursache liegt im Abschwächen der Passatwinde. Nordamerika Asien Äquator T H Australien Süd-Ost-Passat kaltes Wasser warmes Wasser Südamerika kalter Humboldtstrom Meeresströmung und Luftdruck in einem normalen Jahr im Pazifik Asien Nordamerika Äquator Dürre Dürre Australien Südamerika kaltes Wasser warmes Wasser Luftdruck und Meeresströmungen bei einem El Nino Wetter & Klima | Zirkulationssysteme 47 phänomene Wetter- Kapitel 4 Von den zahlreichen Wetterphänomenen sollen nur die wichtigsten vorgestellt werden. Einige Wetterphänomene, wie der El Nino, wurden bereits diskutiert. Unter dem Begriff Wetterphänomen versteht man alle anormalen Erscheinungen des Wetters und Klimas. Diese reichen von einem einfachen Wetterleuchten über das Elmosfeuer bis zu den Phänomenen der schweren Wirbelstürme. In der Geschichte der Menschheit ranken sich zahlreiche Sagen über diese einzelnen Darbietungen des Wetters. Oft wurden solche Phänomene als böses Omen für die bevorstehende Ernte, oder in der Schifffahrt für das unglückliche Ende einer Reise über das Meer gehalten. Doch alle wetterbedingten Erscheinungen sind physikalisch und geophysisch erklärbar. Dieses Kapitel begibt sich auf die Spur der Erklärung der häufigsten, den Menschen bekannten Wetterphänomene. Gewitter Das Gewitter ist eine der Menschheit aller Kontinente bekannte Wettererscheinung. Der wetterbedingte Vorgang eines Gewitters wird nun näher betrachtet. Als Gewitter bezeichnet man die elektrische Entladung der Luft. Sie werden von wolkenbruchartigen Regenschauern begleitet. Durch aufsteigende feuchtwarme Luftmassen baut sich eine große Gewitterwolke, auch Cumulonimbus genannt, in der höheren kälteren Atmosphäre auf. Eine Kaltfront schiebt die warmen Luftmassen wie ein Keil nach oben. Solche Luftströmungen bilden sich, wenn der Erdboden in einem begrenzten Gebiet eine höhere Temperatur als die weitere Umgebung erreicht. Aufbau Cumulusstadium In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde. Diese können verhindern, dass kleinere Regentropfen aus der Wolke fallen. Die Regentropfen und Eiskörnchen werden durch diesen Wind wieder nach oben getragen, wo sie gefrieren und sich neues Eis anlagert. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis die Eiskörner so schwer geworden sind, dass sie von den Aufwinden nicht mehr gehalten werden können. Dann fallen sehr dicke, kalte Regentropfen, aber auch Graupel oder sogar Hagelkörner aus der Gewitterwolke. Die Hagelkörner bilden sich nach der Stärke der Aufwinde. Je stärker Winde in der Gewitterwolke sind, desto größer werden auch die Hagelkörner. Eine Gewitterzelle ist die kleinste Einheit, aus der ein Gewitter aufgebaut sein kann. Sie durch- Reifestadium Entstehung und Aufbau einer Gewitterzelle Auflösestadium Wenn die Eiskristalle oder Wassertropfen groß genug sind, um die Aufwindbewegung zu kompensieren, beginnen sie nach unten zu fallen und nehmen Teile der Kaltluft mit. 16.000 m Wenn die Zufuhr von Warmluft aufhört, fällt die Gewitterzelle zusammen. Durch die frierenden Kondensationspartikel verstärkt sich die Aufwärtsbewegung und versorgt die Gewitterwolke mit feuchtwarmer Luft. 12.000 m Im Sommer schmilzt das Eis auf dem Weg nach unten. 8.000 m Sinkt die Temperatur unter den Taupunkt, setzt die Wolkenbildung durch Kondensation ein. Die Abwärtsbewegungen nehmen zu und unterbinden das Auf­ steigen der Warmluft. 4.000 m Wärme und noch nicht mit Wasserdampf gesättigte Luft steigt auf. Boden 3-8 km 50 Wetter & Klima | Wetterphänomene 8-16 km 8-10 km Blitze Blitze In einer Gewitterwolke bauen sich elektrische Spannungen auf, wenn leichte, positiv geladene Eiskristalle durch Aufwind nach oben und schwerere, negativ geladene Kerne nach unten gelangen. Ist die Spannung ca. 100 Mio. Volt stark, wird sie durch einen Blitz innerhalb der Wolke ausgeglichen. Dieses kann man als so genanntes Wetterleuchten beobachten. Gewitterwolke Leicht positiv geladene Kerne Spannungsausgleich durch Blitz Schwere negativ geladene Kerne läuft immer drei Stadien, ein Wachstumsstadium, ein Reifestadium und ein Zerfallsstadium. Eine Gewitterzelle ist aus einer Cumulonimbuswolke aufgebaut, in der Auf- und Abwinde auftreten. Im Wachstumsstadium existiert nur der Aufwind. Wenn die Wolke in den oberen Gebieten vereist, entsteht erst die eigentliche Gewitterwolke. Im Reifestadium existieren bereits Auf- und Abwinde. Der Abwind bildet sich durch den Niederschlag, der kalte Luft aus höheren Schichten nach unten bringt. Am Boden setzt Niederschlag in Form von Regen oder Hagel ein. Die Regenintensität ist in dieser Phase am größten. Fast alle Blitze treten auch während dieses Stadiums auf. Im Reifestadium ist eine Gewitterwolke im oberen Bereich positiv geladen, hingegen ist die Wolke im unteren Bereich negativ geladen. In der Nähe der Wolkenuntergrenze ist oft ein Gebiet mit positiver Ladung eingelagert. Dieses fällt gerne mit der Hauptniederschlagszone zusammen. In einem Gewitter sind somit jeweils mehrere Zellen tätig. Absterbende Gewitterzellen werden durch neue ersetzt. Die eigentliche Elektrisierung in den Quellwolken beginnt mit der Bildung von Niederschlag. Der gesamte Prozess vollzieht sich bei einer Temperatur von unter 0 Grad Celsius. Das Gewitter endet erst, wenn keine neuen Zellen mehr gebildet werden. Im Zerfallsstadium existiert nur mehr ein Abwind. Die Gewitterzelle regnet aus und die Wolke löst sich auf. Superzellen sind häufig Entstehungsort verschiedener Tornados. Sie haben einen starken thermischen Auftrieb und unter der Wolke starke Winde. Die Gewitterhäufigkeit nimmt mit der Nähe zu den Gebirgen und im Landesinneren zu. Die Anzahl der Gewitter hingegen nimmt von den Tropen in Richtung Norden ab. Man unterscheidet zwischen leichten Sommergewittern, die oft nur bis zu einer Stunde dauern, und der Herausbildung schwerer Unwetter. Die Ursache liegt in verschiedenen dynamischen Prozessen. Bei Unwettern bilden sich langlebige Gewitterzellen aus. Die Wolkenobergrenze liegt im Bereich der Tropopause, also 10-15 km über der Erde. Die Bildung von Gewittern kann sich in wenigen Minuten vollziehen, oder über Stunden hinaus dehnen. Wetter & Klima | Wetterphänomene 51 Elektrische Phänomene Zu den elektrischen Phänomenen zählen die Blitze und das St. Elmosfeuer. Die Blitze übten stets eine Faszination aus, da sie von bizarrer Schönheit sein können. Sie stellen aber auch eine große Gefahr dar. Der Blitz Das Phänomen Blitz wird durch die elektrostatische Aufladung der Atmosphäre hervorgerufen. Dabei werden Ladungen von Elektronen oder Gas-Ionen zwischen Erde und dem Himmel ausgetauscht. Es fließen also elektrische Ströme. Durch die Auf- und Abwinde in der Wolke und die ungleiche Verteilung von Eis und Wasser entstehen Räume mit positiven und negativen Ladungen. In einem Gebiet mit positiver Ladung existieren sowohl positive als auch negative Ionen, aber in einem Raumbereich überwiegen die positiven Ionen gegenüber den negativen. Es findet also eine Trennung der Ladungen im 52 Wetter & Klima | Wetterphänomene Bereich der Wolke statt. Der obere Teil der Gewitterwolke ist normalerweise positiv und der untere negativ geladen. Es kommt zu einem Übergang zwischen positiven und negativen Ladungen. Dieser Vorgang findet dabei gewöhnlich in einer Höhe statt, in der die Temperatur zwischen −10 °C und −15 °C beträgt. In diesem Bereich findet auch der Übergang zwischen Wassertropfen und Eiskristallen statt. Eine Wolke muss also im oberen Bereich vereisen, damit Blitze entstehen können. Positive Entladungen werden aber auch im unteren Teil der Gewitterwolke beobachtet, wo die stärksten Aufwinde herrschen. Man vermutet, dass die Entladung durch Reibung von Eiskristallen aneinander erfolgt. Wenn die elektrische Spannung zwischen den verschiedenen Teilen der Gewitterwolke sehr groß wird, kann es zu einem Blitz kommen. Vor der eigentlichen Blitzentladung kommt es zu einer Serie von Vorentladungen, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Dabei wird ein Blitzkanal geschaffen. Dies bedeutet, dass Gewitter über Venedig ein elektrisch leitender Kanal gebildet wird, der sich stufenweise aufbaut, bis eine Verbindung zwischen Erdoberfläche und Wolke hergestellt ist. Die Vorentladungen sind zwar zum Erdboden hin gerichtet, verändern aber innerhalb weniger Meter leicht ihre Richtung und können sich stellenweise aufspalten. Dadurch kommen die Zick-Zack-Form und die Verästelungen des Blitzes zustande. Vom Boden selbst geht eine bläuliche, dunkle Fangladung aus, bevor die Vorentladungen den Erdboden erreichen. Diese tritt meistens bei spitzen Gegenständen, wie Bäumen, Masten oder Kirchtürmen aus, welche sich durch ihre Höhe deutlich von der restlichen Umgebung abheben. Die Fangentladung trifft häufig, aber nicht immer, mit den Vorentladungen zusammen. So bildet sich ein geschlossener Blitzkanal mit einem Maximaldurchmesser von 12 mm, zwischen Wolke und Erdboden. Durch diesen Kanal erfolgt dann die elektrische Hauptentladung. Sie ist sehr hell und wird als eigentlicher Blitz wahrgenommen. Um den Blitzkanal erhitzt sich die Luft auf 30.000 °C erhitzt. Dies entspricht dem Fünffachen der Oberflächentemperatur der Sonne. Als Folge kommt es zu einer explosionsartigen Ausdehnung der Luft, wodurch der Knall des Donners erzeugt wird. Aus dem Zeitabstand zwischen Blitz und Donner kann die Entfernung eines Blitzes berechnet werden. Dabei entsprechen drei Sekunden circa einem Kilometer. Der Schall hat im Gegensatz zum Licht eine wesentlich geringere Geschwindigkeit. Das Grollen des Donners kommt durch einen EchoEffekt zustande. Nähe des Bodens und können angeblich durch Mauern gehen. Erstaunlich ist, dass sie nicht nur blitzschnell erscheinen, sondern für mehrere Sekunden existieren. Trotz zahlreicher Aufzeichnungen über ihre Existenz ist ihr Auftreten so selten, dass man bis heute keine zuverlässigen Daten ermitteln konnte. Somit wird Spekulationen ein breiter Raum geöffnet. Der Donner entsteht durch die plötzliche Ausdehnung der Luft, die durch den extremen Temperaturanstieg der Luft beim Durchgang eines Blitzes verursacht wird. Dieser Vorgang kann nur bei ausreichender Luftfeuchtigkeit gestartet werden. Die Luft dehnt sich mit einer Geschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit aus und durchbricht die Schallmauer. So wird eine Druckwelle aus verdichteten Luftmolekülen erzeugt, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet und als lauter Knall wahrnehmbar ist. Das Donnern ist ca. 18 km weit hörbar, da die Schallwellen des Knallgeräusches in der Atmosphäre absorbiert werden. Unter Wetterleuchten versteht man hingegen alle sichtbaren Blitze, die aber vom Betrachter soweit entfernt sind, dass der Donner nicht mehr gehört wird. Für einen kurzen Moment erleuchten sie die zu ihnen gehörenden Wolken. Da die Blitze von den Wolken reflektiert werden, ist nur ein weiches Licht zu sehen. Merke: • Als Gewitter bezeichnet man die elektrische Entladung der Luft. In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde. Die Gewitterzelle ist die kleinste Einheit, aus der sich ein Gewitter aufbaut. Sie durchläuft die Wachstumsphase, die Reifephase und das Zerfallsstadium. • Blitze entstehen, wenn die elektrischen Spannungen in einer Gewitterwolke sehr hoch sind. Der Blitzkanal hat einen Durchmesser von 12 mm. • St. Elmosfeuer ist eine elektrische Entladung an hohen und spitzen Gegenständen. Flächenblitz Blitzarten Am Himmel unseres Planeten kann man bei Gewitter verschiedene Blitzarten beobachten, wie den Linienblitz. Er sucht sich den direktesten Weg zum Erdboden, kann aber auch Bögen oder Verknotungen beschreiben. Der Flächenblitz hingegen zeigt zahlreiche Verzweigungen auf. Der Wolke-Blitz verläuft zwischen den Wolken und erreicht selten den Boden. Der Perlschnurblitz ist gekennzeichnet durch einen Blitz, der in wenige Segmente zerfällt, die heller und länger leuchten als ein normaler Blitz. Diese Art ist ein sehr seltenes Phänomen. Man versucht, diese Blitze künstlich zu erzeugen, hat aber dennoch nicht ihre Bildung restlos verstanden. Die besondere Blitzform des Kugelblitzes ist noch wenig erforscht. Sie bewegen sich in der Wetter & Klima | Wetterphänomene 53 Gewitterbildung Bei der Entladung einer Gewitterwolke am Boden baut sich in den Wolken ein elektrisch leitender Kanal auf. In Schüben nähert sich der Blitz der Erdoberfläche als Leitblitz. Vom Boden aus wächst eine Fangladung dem Blitz entgegen. Treffen der positiv geladene Leitblitz aus der Wolke und die negativ geladene Fangladung vom Boden aufeinander, entsteht ein Blitzkanal und es kommt zur Hauptentladung. Sie beginnt als für uns sichtbarer Blitz am Boden und führt zur Wolke. Da Gewitter sehr gefährlich sind, sollte man die allgemeinen Verhaltensregeln gut beachten. Die Gefahr eines möglichen Blitzschlages sollte stets ernst genommen werden. Man sollte versuchen, sich in einem massiven Gebäude mit Blitzableiter aufzuhalten. Ist dies nicht möglich, so kann man auch in einem Auto das Gewitter abwarten. Allerdings müssen Fenster und Türen geschlossen sein und dürfen nicht berührt werden. Wer sich im Freien befindet, der sollte sich von Gewässern fernhalten. Schutz sollte auch nie unter alleinstehenden Bäumen gesucht werden. Am sichersten ist es, wenn man an eine tiefe Stelle geht, und sich mit beiden Füßen fest am Boden niederhockt. Die gesundheitlichen Folgen bei einem Blitzschlag sind sehr groß. Es besteht akute Lebensgefahr. Der vom Blitz getroffene Mensch erleidet schwere Verbrennungen und eine Schädigung des zentralen Nervensystems. Auch Folgeschäden können auftreten. Bis zu 20 Prozent der vom Blitz getroffenen Menschen sterben. Daher ist seine Gefahr nicht zu unterschätzen. stark aufgeladenen Gewitterwetterlagen im Dunkeln an hohen und spitzen Gegenständen wie Kirchturmspitzen, Schiffsmasten und sogar Frontscheiben von Flugzeugen auftreten kann. Das Phänomen wurde auch an den Spitzen von Pferdeohren und an den Spitzen von Bäumen beobachtet. Es beruht auf dem Ausgleich von entgegengesetzter Energie. Das Phänomen tritt auch bei Gipfelkreuzen vor einem Gewitter auf. Ursache sind elektrostatische Aufladungen in der Troposphäre. Bergsteiger berichten vereinzelt von einem Leuchten in Bodennähe, welches nur kurz andauert und oft mit dem Nordlicht verglichen wird. Bei dieser Erscheinung handelt es sich um eine sogenannte Koronaentladung, welche im engeren Sinne eine Plasmaentladung in der Luft bedeutet. Bekannt ist sie auch als stille elektrische Entladung, die ein besonderer Fall von Gasentladung ist. Voraussetzung ist, die Atmosphäre hat eine gewisse Menge an elektrischer Ladung erreicht. St. Elmo’s-Feuer tritt meist in Verbindung mit Blitzen auf und ergibt so für den Menschen eine absolute Lebensgefahr. Beweise, wie Fotos oder Videoaufnahmen, sind fast nicht vorhanden, aber die Existenz des Elmsfeuers wird nicht bestritten. Blitzkanal Leitblitz aus den Wolken Blitzkanal (Hauptentladung) Das Elmo‘sfeuer Wiederholt wurde in den Überlieferungen alter Sagen berichtet, dass auf Schiffen zwei Flämmchen sichtbar wurden. Erschienen sie als Doppelflamme, die den Namen Castor und Pollux erhielten, wurden sie als glücksbringend eingestuft. Erschien die Flamme aber einzeln, wurde sie als Vorbote eines drohenden Unglücks betrachtet. In den Legenden sah man in dieser Erscheinung die Schwester von Castor und Pollux, nämlich Helena. Nach einigen Sagen soll der Namen Elmos von Helena abgeleitet worden sein, nach anderen historischen Quellen war der Heilige Erasmus Namensvater. Aus dem Wort ‚Erasmus‘ erhält man das italienische Wort Ermo oder Elmo. Der Gläubige Erasmus wurde von den Schiffsleuten angerufen, wenn sie durch einen Sturm in Seenot geraten waren. Das dennoch selten beobachtete St. Elmo’sFeuer ist eine elektrische Entladung, die bei 54 Wetter & Klima | Wetterphänomene Das St. Elmosfeuer Fangladung vom Boden aus Wetter & Klima | Wetterphänomene 55 Wirbelstürme Wirbelstürme gehören zu den gewaltigsten und mächtigsten Stürmen der Erde. Die sie begleitenden Winde können so stark sein, dass sie auf der klassischen Beaufort-Skala mit einer Einteilung von 0-12 nicht mehr gemessen werden können. So wurde Anfang der 70er Jahre eine spezielle fünfteilige Skala entwickelt, die der Kategorisierung von tropischen Tiefdruckgebieten an Hand der Windstärke dient. Ein Sturm der Kategorie fünf wird mit verwüstend beschrieben und muss eine Geschwindigkeit von 250 km/h aufweisen. Hurrikan Als Hurrikan wird ein Wirbelsturm bezeichnet, der sich im Atlantik, im Nordpazifik östlich der Datumsgrenze oder im Südpazifik entwickelt. Hurrikan Spiralförmige Bewegung der Luftmassen 56 Wetter & Klima | Wetterphänomene Er muss mindestens die Windgeschwindigkeit eines Orkans erreichen, also Skala 12 nach den internationalen Richtlinien von Beaufort. Der Ursprung des Wortes liegt in der Mayasprache und bedeutet ‚Gott des Windes‘. Sie können sich kilometerweit ausdehnen, wochenlang bestehen und eine Verwüstung mit verheerenden Folgen anrichten. In der nördlichen Hemisphäre entstehen sie meistens in der Zeit von Mai bis Dezember jeden Jahres. Den größten Schaden an materiellen Werten richtete 2005 der Hurrikane Katrina an. Er hatte eine Windgeschwindigkeit von bis zu 300 km/h und tobte über eine Fläche von der Größe Großbritanniens über Florida und Louisiana, besonders aber New Orleans. Die größte Anzahl an Menschenopfern forderte der so genannte ‚große Hurrikan‘ vom Jahr 1780 mit 22 000 Menschen als Opfer. Zu den stärksten Hurrikans gehört ‚Wilma‘ mit einer Geschwindigkeit von 282 km/h. In seinem Zentrum herrschte der niedrigste Luftdruck, der jemals gemessen wurde. Wirbelstürme Wirbelstürme entstehen durch große Druckunterschiede benachbarter Luftmassen. Dabei entwickeln sich durch spiralförmige Bewegung der Luftmassen eine Kalt- und eine Warmfront. Kräftig aufsteigende Luftströmungen führen zu starken Turbulenzen, indem sie abkühlen und dabei Kondensationswärme erzeugen. Entstehungsart Hurrikane entstehen in der Passatwindzone über dem Wasser, bei einer Wassertemperatur von über 26,5 Grad. Auf Grund der Wärme beginnt das Wasser zu verdunsten und steigt auf und durch die so entstehende Kondensation bilden sich große Wolken. Bei diesem Prozess werden enorme Energien freigesetzt. Dadurch wird die Luft in den Wolken erwärmt, dehnt sich aus und steigt weiter auf. Über der warmen Meeresoberfläche entsteht so ein Unterdruck und daraufhin strömt Luft mit einem hohen Wasserdampfanteil nach. Dadurch entsteht oberhalb der Hurrikanwolken eine Zone mit sehr hohem Luftdruck. Die Luft verteilt sich in einem Wirbel, der in entgegen gerichteter Weise funktioniert. Um ein einheitlich, geschlossenes Luftpaket zu bilden, welches gleichzeitig in die Luft aufsteigt, ist die Fläche des Hurrikans zu groß. Aber für alle tropischen Wirbelstürme gilt, dass sich spiralförmige Regenbänder bilden. In diesen Zyklonen herrschen thermische Aufwinde. In den dazwischenliegenden Zonen findet man etwas kühlere und trockenere Luft im Absinken und ohne Regen. Wärme und Energie wird von der nachströmenden feuchten Luft gebracht und liefert neue Energie nach. Die an der Erdoberfläche zuströmenden Luftmassen werden durch die Corioliskraft in Rotation versetzt und ein großflächiger Wirbel entsteht. Zieht ein Hurrikan über Land, versiegt sein Wasser- und Ener­ gienachschub und er verliert seine Kraft, um sich dann als tropisches Tief zu verlieren. Voraussetzungen zur Sturmbildung Das Meer hat eine Temperatur von mindestens 26,5 Grad. Die Luft weist eine gleichmäßige Temperaturabnahme zu größeren Höhen hin auf. Das betroffene Gebiet mit gleichmäßigen Bedingungen muss ausgedehnt sein, damit sich der bewegende Wirbelsturm über längere Zeit durch die Wasserdampfbildung aufbauen und genug Energie bis zur Stärke eines Hurrikans sammeln kann. Das Wasser verdunstet und steigt auf. Durch Kondensation bilden sich die ersten Wolken. Dadurch werden enorme Energien freigesetzt. Die Luft in den Wolken wird erwärmt und steigt auf. Über dem Meer wird ein Unterdruck aufgebaut und Luft mit einem hohen Wasserdampfanteil strömt nach. Über dem Hurrikan entsteht ein Gebiet mit hohem Luftdruck. Aus diesem verteilt sich die Luft wieder in einem Wirbel, der entgegen gerichtet ist. Die Größe des Hurrikans verhindert die Bildung eines geschlossenen Luftpakets. Es entstehen Regenbänder mit thermischen Aufwinden. Der Abstand zum Äquator muss mindestens 550 km Tornado betragen, um den zuströmenden Luftmassen die typische Drehung zu geben. Der Höhenwind muss mit ähnlicher Stärke und gleicher Richtung wehen, wie der Bodenwind. Der Sturm braucht einen Kern, auf dem er sich aufbauen kann, wie ein außertropisches Tief. In der Nähe zum Land gerät trockene Luft in das System und die Ener­ giezufuhr wird reduziert. Zieht ein Hurrikane endgültig über Land, wird seine Wasserzufuhr, und damit auch seine Energie gestoppt. Der Hurrikan wird zum tropischen Sturm und verliert sich in einem tropischen Tief. Hurrikane nehmen eine sehr große Menge von Wärme über das Meer auf. Diese wird von der Oberfläche der tropischen Ozeane aufgenommen. Diese Energie wird zuerst in Richtung Höhe und dann in Richtung Pole transportiert. Hurrikane entstehen oft im Bereich des Karibischen Meeres, dem Golf von Mexiko und den Westindischen Inseln. Sie entstehen meist aus kleineren Störungen der Passatströmung, die südlich der Sahara ausgehend über den Atlantik hinweg ziehen. Ein typisches Merkmal ist das ‚Auge‘ des Wirbelsturmes. Dies ist eine windfreie, wolkenarme und niederschlagsfreie Zone im Zentrum des Hurrikans. Sie hat einen Durchmesser von 10 – 12 km und wurde bereits vielen Menschen zum Verhängnis. Nach dem Durchzug der ersten Windböen, glaubten sie, der Sturm sei vorbei. Sie befanden sich aber im ‚Auge‘ des Hurrikans. Merke: • Ein Hurrikan entsteht bei einer Wassertemperatur von 26,5 °Grad in der Passatwindzone. Voraussetzung für die Sturmbildung ist ein Abstand von mindestens 550 km zum Äquator. Hurrikane nehmen eine große Menge von Wärme über dem Meer auf. • Das ‚Auge‘ ist eine windarme und niederschlagsfreie Zone in der Mitte des Wirbelsturms. Wetter & Klima | Wetterphänomene 57 Superzelle von Süden her betrachtet Konvektives Überschießen Rotierender Aufwind Cumulonimbus Eiskristallwolken Gleichgewichtsniveau Auf- und Abwinde Mammatuswolken Vorderseitiger Abwind Niederschlagsfallstreifen Rü Ab ckseit win ige r d Niederschlagsfallstreifen Downburst Verdunstender Niederschlag Cumulus Kondensationsniveau Warmluft einströmende Warmluft Fallstreifen Kaltluft Pseudokaltfront Tornado Regenfreie Wolkenbasis Zugrichtung Darstellung einer typischen Superzelle Sie kamen aus ihren sicheren Verstecken, wurden dann aber von der Heftigkeit des weiterziehenden Hurrikans überrascht. Der Tornado Ein Tornado wird auch Großtrombe oder Windhose genannt. Er ist ein kleinräumiger Luftwirbel in der Erdatmosphäre mit einer fast senkrechten Drehachse. Er steht im Zusammenhang mit konvektiver Bewölkung. Der Wirbel erstreckt sich durchgehend vom Boden bis zur Wolkenuntergrenze. Für die Entstehung eines Tornados müssen zunächst sämtliche Grundvoraussetzungen, wie hochreichende Feuchtekonvektion, erfüllt werden. Diese sind bedingte Labilität, also eine hinreichend starke Temperaturabnahme, genügendes Feuchteangebot, die sogenannte latente Wärme in den unteren 1-2 km der Atmosphäre sowie die Hebung der Luftmasse, um die 58 Wetter & Klima | Wetterphänomene Feuchtekonvektion erst auslösen zu können. Wesentlicher Energielieferant für solche Stürme ist die latente Wärme, die bei der Kondensation freigesetzt wird. Die Wärme wird im Wasserdampf der feuchten Luftmasse gespeichert. Erst diese zusätzliche Wärmemenge ermöglicht ein genügend freies Aufsteigen der Luft in höhere Gebiete. Hinsichtlich ihrer Entstehung unterscheidet man zwischen mesozyklonalen und nicht-mesozyklonalen Tornados. Bei mesozyklonalen Tornados tritt eine Zunahme der Windgeschwindigkeit und Änderung der Windrichtung mit der Höhe auf. Dies ermöglicht die Bildung von Gewitterzellen mit einem rotierenden Aufwind, die sogenannten Superzellen. Sie sind gekennzeichnet von Sturzregen und Gewitterfallböen. Durch die Aufwärtsbewegung des Windes im Zentrum des Tornados strömt im unteren Bereich Luft zur Drehachse hin, was aufgrund des Pirouetteneffekts zu einem enormen Zuwachs der Windge- Merke: Ein Tornado ist ein kleiner Luftwirbel in der Erdatmosphäre mit einer fast senkrechten Drehachse. Man unterscheidet zwischen meso-zyklonalen und nicht-mesozyklonalen Tornados. Ersteres ermöglicht die Bildung von Superzellen bei Gewittern. schwindigkeit zur Achse hin führt. Der Drehsinn der Tornados ist auf der Nordhalbkugel zyklonal, also. gegen den Uhrzeigersinn. Auf der Südhalbkugel wird der Effekt umgedreht. Bei nicht-mesozyklischen Tornados zerfällt vorhandene bodennahe horizontale Windscherung entlang einer Konvergenzlinie in einzelne Wirbel mit vertikaler Achse. Durch einen darüber befindlichen Aufwind einer Schauer- oder Gewitterwolke wird dieser gestreckt und somit intensiviert. Ein Tornado ist in seinem Anfangsstadium fast unsichtbar. Durch den Druckabfall und der gleichzeitigen Abkühlung des Wasserdampfes wird dieser kondensiert. Staub, Trümmer und Wasser werden gleichzeitig aufgewirbelt. Erst in diesem Moment tritt der Tornado auch optisch in Erscheinung. Nicht in jedem Fall ist aber eine durchgehende Kondensation von der Wolke bis zum Boden ist zu beobachten. Tornado Wirbelnder Windtrichter (bis zu 500 km/h) Tornados entwickeln eine nahezu unglaubliche Kraft Die Lebensdauer eines Tornados beträgt bis über eine Stunde. Der Tornado folgt in seiner Vorwärtsbewegung stets seiner zugehörigen Mutterwolke. Tornados entstehen am häufigsten im Frühsommer, meist über fruchtbaren Ebenen über großen Landmassen. Im Mittleren Westen Amerikas ist die Häufigkeit auf Grund der geografischen Lage sehr hoch. Begünstigt wird die Bildung von Unwettern und Superzellen auf Grund der Rocky Mountains im Osten und dem tropischen Meer im Süden. Bei westlichen Winden werden im Gebirge relativ trockene und kühle Luftmassen im oberen Bereich der Troposphäre bedingt. Aus der Golfregion werden aber feuchtwarme Luftmassen aus der Golfregion ungehindert nach Norden bewegt. Dadurch kommt, bei einem großen Angebot an latenter Wärme, eine labile Schichtung der Atmosphäre mit einem Richtungswechsel des Windes zusammen. Tornados Tornados entstehen bei Gewitterlage. Dabei brechen Kaltfronten in heiße Luft ein, begleitet von kräftigen Höhenwinden. Aus der Unterseite der Gewitterwolke bildet sich ein rüsselartiger rotierender Schlauch aus Luft und Wasserdampf bis in Bodennähe aus. Er rast mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h über Landstriche hinweg. Wetter & Klima | Wetterphänomene 59 Polarlicht Polarlichter gehören zu den besonderen Erscheinungsformen am Himmel. Seit dem Altertum galten sie als böses Omen für bevorstehende Kriege und Naturkatastrophen. Nach Überlieferungen wird dies auf ihre rote Farbe in den südlichen Breitengraden zurückgeführt. Die ersten Beschreibungen der Nordlichter findet man in Schriften, die älter als 200 Jahre sind. Aber erst zu Beginn des 18. Jahrhunderts vermutete der englische Astronom Edmont Halley, dass es eine Verbindung zwischen dem Polarlicht und dem Magnetfeld der Erde gibt. Der Norweger Kristian Birkeland erkannte die Ursache für das Polarlicht. Er beschrieb als erster die Elektronen, die von außen auf die Erdatmosphäre stoßen. Diese Teilchen stammen von den Sonnenwinden. Der wissenschaftliche Nachweis gelang allerdings erst in den 60er Jahren. Der gesamte Prozess ist von Eruptionen auf der Sonnenoberfläche begleitet, die Strahlen und Materie aussenden. Die Art, wie Materie ausgeworfen wird und mit welcher Geschwindigkeit, lösen die Art des Polarlichtes aus. 60 Wetter & Klima | Wetterphänomene Merke: Die Entstehung der Polarlichter hängt mit dem 11-Jahres-Rhythmus der Sonne zusammen. Die Art und Geschwindigkeit, wie die Sonne ihre Materie aussendet, entwickelt das besondere Phänomen. Polarlicht Die Polarlichter hängen mit dem 11-Jahres Zyklus der Sonne zusammen. Hervorgerufen werden sie durch die Korpuskularstrahlen der Sonne, die einen geomagnetischen Sturm auslösen. Im Magnetfeld der Erde werden sie zu den Polen abgelenkt. Sie bringen die Luftmoleküle zum Leuchten. Beobachtet werden diese Strahlen in einer durchschnittlichen Höhe von 65 bis 400 km. In Ausnahmefällen werden sie in einer Höhe von bis zu 1200 km beobachtet. Die Häufigkeit der Polarlichter hängt von der jeweiligen Sonnenaktivität ab. Bei einem Maximum an solarer Aktivität wird vermehrt ein Polarlicht erblickt. Aber Polarlicht auch bei einem Minimum an solaren Eruptionen kann es zu Polarlichterscheinungen kommen. Erdatmosphäre Die Beobachtung eines Polarlichtes ist einfach. Von allen auftretenden himmlischen und wetterbedingten Phänomenen unterscheidet es sich vor allem durch seine Aktivität. Die auftretenden Formen reichen von weißlichen Bögen, Flecken und emporschießenden Strahlen. Die Farben sind meist rötlich, besonders in den Breitengraden Mitteleuropas. Bei besonderen elektromagnetischen Störungen können sie als Violett auftreten. Ein Polarlicht tritt meist ca. 24-36 Stunden nach einer Sonneneruption auf. Dies ist die Zeit, die die Partikel benötigen, um die Atmosphäre zu treffen. Die elektromagnetischen Folgen lösen einen Leuchtprozess in der Atmosphäre aus. Durch die geomagnetischen Störungen verschiebt sich die Zone des Polarlichts in Richtung Äquator und ist auch in mitteleuropäischen Breiten wahrnehmbar. Zusammentreffen von Protonen und Elektronen der Sonne mit Gasmolekülen der Erdatmosphäre führen zur Aussendung von sichtbarem Licht Mitternachtssonne Als Mitternachtssonne bezeichnet man die an den Polen sichtbare Sonne im Sommer um Mitternacht. Zum Zeitpunkt der Sommersonnenwende, genauer der Nord- oder Südsommersonnenwende, geht die Sonne am Pol nicht unter. Je mehr man sich in Nähe des Polarkreises begibt, desto deutlicher kann man dieses Phänomen beobachten. Die Sonne sinkt nicht über den Horizont und es bleibt 24 Stunden lang hell. Man spricht von der so genannten Polarnacht. Merke: Die Ursache findet man in der Stellung der Erdachse zur Erdumlaufbahn. Zur Ebene der Umlaufbahn der Erde um die Sonne steht die Erdachse des Planeten nicht gerade, sondern neigt sich in einem Winkel von 23,44 Grad. Wenn die Erdachse aber senkrecht stehen würde, dann würde die Sonne ganzjährig die Pole bescheinen. Dies passiert aber nur zwei Mal im Jahr, zum Herbst- und Frühjahrsbeginn, also am 21. März und am 23. September. Die Mitternachtssonne ist die Tag und Nacht sichtbare Sonne an den Polen im Sommer. Dieses Phänomen nennt man auch Polartag. In der Polarnacht im Winter ist die Sonne 24 Stunden lang nicht sichtbar. Wetter & Klima | Wetterphänomene 61 Klimazonen Kapitel 5 Nach den bisherigen Ausführungen kann man feststellen, dass es eigentlich kein ‚Klima der Erde‘ gibt. In jeder Region, an jedem Ort auf unserem Planeten herrschen unterschiedliche klimatische Verhältnisse. Diese Vielfältigkeit der klimatischen Erscheinungen kann man durch verschiedene Möglichkeiten bestimmten Faktoren zuordnen. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der Klima­klassifikationen werden in diesem Kapitel vorgestellt. Zum Verständnis des Allgemeinbildes zum Thema Klimas ist eine genauere Untersuchung der verschiedenen Klimazonen notwendig. Die Klimazonen treten regional über die gesamte Erde verstreut auf. Sie sind durch gemeinsame Faktoren von Breitengraden, Einfluss der Winde, Lage zum Meer und den Luftdruckgebieten gekennzeichnet. Je nach klimatischen Verhältnissen haben sich Fauna, die Tierwelt, und Flora, die Pflanzenwelt, entwickelt und sich den gegebenen klimatären Umständen angepasst. Auch der Mensch lernte mit den unterschiedlichen Klimaverhältnissen zu leben und hat seine Lebensgewohnheiten den jeweiligen Bedingungen angepasst. Am meisten zum Tragen kommen die Klimaverhältnisse in der Landwirtschaft, da sie hier einen Einfluss auf die Zeit und die Möglichkeit zu den jeweilig anzubauenden Produkten mitbestimmen. Klimazonen & Klimaklassifikation Als Klimazone bezeichnet man ein Gebiet mit gleichen klimatischen Bedingungen. Dieser Effekt wird durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen. Es entstehen Zonen mit gleichen klimatischen Bedingungen, die sich wie Bänder um den Planeten ziehen, die Solarzonen. Die unterschiedlichen Klimafaktoren sind in den einzelnen globalen Regionen unterschiedlich stark ausgeprägt und machen eine Einteilung in einzelne Solarzonen wenig sinnvoll. Durch die einzelnen Klimafaktoren verschieben sich die Solarzonen oder werden gar ausgelöscht. Daher teilt man die Erde eher in Klimazonen und Klimaregionen ein. Durch die Klimaklassifikation kann man aber die Erde durch verschiedene Möglichkeiten in Klimaregionen und Klimaklassifikationen einteilen. Hierbei werden verschiedene Klimaklassifikationen unterschieden: nach Druckgebieten und Winden. Er unterteilte die beständigen Klimazonen in weitere Untergebiete: • Die Polare Klimazone mit polaren Ostwinden und dem Polarklima als untergeordneten Klimatyp. Als Übergang zur nächsten Klimazone definierte er das subpolare Klima mit außertropischen Westwinden im Sommer und polaren Ostwinden im Winter. • Die gemäßigte Klimazone ergibt sich aus den außertropischen Westwinden. Diese Zone unterteilte er in das Seeklima der Westseite, Übergangsklima, kühles Kontinentalklima, warmes Kontinentalklima und Ostseitenklima. Den Über- Die genetische Klimaklassifikation basiert auf der allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre. Orte werden nach bestimmten Windgürteln und Klimazonen zugeordnet. Als Beispiele dienen die Klimaklassifikationen der Klimaforscher Neef und Flohn. Unter dem Einfluss eines Windsystemes klassifizierte Flohn vier Klimazonen. Durch die unterschiedlichen Windsysteme im Jahr bilden sich jeweils drei alternierende Windsysteme: Vom Äquator zum Pol ergeben sich somit folgende Einteilungen: • äquatoriale Westwindzone mit innertropischen Konvergenzen, gekennzeichnet durch winterlichen Passat und sommerlichen Zentralregen, also ein typisches Randtropenklima • die subtropische Passatzone, die subtropische Winterregegenzone, gekennzeichnet durch sommerlichen Passat und ein winterliches Westwindklima. • die außertropische Westwindzone mit sommerlichem Westwind und einem winterlichen Polarwind. Sie wird auch als subpolare Zone bezeichnet. • die hochpolare Ostwindzone. Auf dieser Grundlage entwickelte Neef eine genauere Klassifikation. Er berücksichtigte die Unterschiede der Kontinente und die Niederschlagsunterschiede zwischen Ost und West. Die beständigen Klimazonen bestimmte er 64 Wetter & Klima | Klimazonen Äquator-Gürtel Gemäßigt Subtropisch Polar Westküste Subpolar Übergangszone Tropisch kontinental warm Äquator kontinental kalt Wüste Montan Ostküste Feucht mit trockenem Binnenland Westküste Ostküste Bereich der Passatwinde Wetter & Klima | Klimazonen 65 gang zur nächsten Zone bildet das subtropische Klima mit außertropischen Westwinden im Winter und einem subtropischen Hochdruckgürtel im Sommer, nämlich die subtropische Klimaregion mit einem Winterregenklima der Westseiten und einem subtropischen Ostseitenklima. • Die Passatklimazone wird durch die Passatwinde beeinflusst und nur in trockenes und feuchtes Passatklima eingeteilt. Als Übergang in die letzte Klimaregion gilt die Zone des tropischen Wechselklimas mit Passatwinden im Winter und innertropischer Konvergenzzone im Sommer. • Die äquatoriale Klimazone bestimmt das Äquatorialklima. Polare Zone -7°C Nordpol 90°N -23°C Nördl. Polarkreis 66,5°N gemäßigte Zone Nördl. Wendekreis 23,5°N +24°C +26°C Äquator 0° Tropen Südl. Wendekreis 23,5°S +22°C In den Klimaten der Hochgebirge nehmen die Temperaturen mit zunehmender Höhe ab und es bilden sich Höhenstufen. Die effektive Klimaklassifikation hingegen beruht auf den diversen Zusammenhängen zwischen Vegetation und Klimaelementen. Durch die Schwellenwerte der Klimaelemente werden die einzelnen Klimaregionen voneinander abgegrenzt. Köppen, Troll und Paffen dienen hier mit ihren Arbeiten als Beispiel in dieser Art der Klimaforschung. Man versucht, die Klimatypen mit den Vegetationsformen und deren Verbreitung zu vereinbaren. Die einzelnen Klimatypen werden mit Schwellenwerten voneinander abgegrenzt. Entwickelt wurde diese These besonders von Wladimir Köppel im Jahre 1900. Nach seinen Erforschungen gibt es folgende Klimazonen: tropische Regenklimate, trockene Klimate, warmgemäßigte Klimate, boreale Klimate und kalte Klimate. Weiterhin definierte er folgende Klimatypen: immerfeucht, wintertrocken, sommertrocken, eine Mittelform zwischen winterund sommertrocken, semiarid und arid, wo die Klimazonen durch Schwellenwerte der Temperatur abgegrenzt werden, wärmster Monat mit einer Temperatur bis maximal 10 Grad Celsius, und alle Monate unter 0 Grad Celsius. Als Klimauntertypen klassifizierte er heiß, mit einer Jahrestemperatur von über 18 Grad, kalt, mit einer Jahrestemperatur von unter 18 Grad, heißer Sommer, der eine Temperatur von über 22 Grad erreicht, warmer Sommer, der unter 22 Grad bleibt, kurzer Sommer, in dem weniger als vier Monate eine Temperatur von über 10 Grad erreichen, und extrem kalte Winter, wobei der kältester Monat -38 °Grad aufweist. -33°C Südpol 90°S Beleuchtungszonen der Erde Merke: • Tropisches Regenwaldklima, mit mindestens 6 cm Niederschlag im trockensten Monat • Savannenklima, mit der Trockenzeit im Winter • Steppen- oder Trockensavannenklima • Wüstenklima • Feuchttemperiertes Klima, mit mehr als 3 cm Niederschlag im trockensten Monat • Warmes, wintertrockenes Klima, wo im trockensten Wintermonat zehnmal weniger Niederschlag fällt, als im feuchtesten Sommermonat • Warmes, sommertrockenes Klima, mit weniger als 3 cm Niederschlag im trockensten Sommermonat und dreimal weniger Niederschlag als im feuchtesten Wintermonat • Winterfeucht kaltes Klima • Wintertrocken kaltes Klima • Tundrenklima Aus diesen Unterteilungen ergeben sich nach Köppen folgende Hauptklimatypen: 66 Wetter & Klima | Klimazonen Südl. Polarkreis 66,5°S • Dauerfrostklima • Als Klimazone bezeichnet man ein gebiet mit gleichen klimatischen Bedingungen. Diese werden durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen. • Man unterscheidet zwischen der genetischen Klimaklassifikation, die nach den Windgürteln bestimmt werden und effektiver Klassifikation, die auf den diversen Zusammenhängen von Klima und Vegetation beruht. • Man unterscheidet zwischen vier Klimazonen: die subtropische Passatwindzone, die äquatoriale Westwindzone, die polare Ostwindzone und die außertropische Westwindzone. • Das Klima eines bestimmten Ortes kann nach Köppel mit einer Klimazone, einem Klimatyp und einem Klimauntertyp beschrieben werden. Am Beispiel von Stockholm soll die Köppen’sche Klimaerklärung erläutert werden: Merke: • Das Äquatorialklima ist gekennzeichnet durch ganzjährig hohe Temperaturen und geringen Schwankungen. Die Niederschläge finden ganzjährig statt. Es gibt keine Jahreszeiten. In Stockholm ist der kälteste Monat unter 3 Grad, und der wärmste Monat unter 20 Grad, weiterhin gibt es keine Trockenzeit, sondern es ist immerfeucht. Die Stadt hat also winterfeucht kaltes Klima. Das Klima eines Ortes kann also mit einer Klimazone, einem Klimatyp und oft auch einem Klimauntertyp beschrieben werden. Tropischer Regenwald Die äquatoriale Klimazone Kennzeichen des Äquatorialklimas sind ganzjährig hohe Temperaturen mit nur geringen Schwankungen. Über das Jahr verteilt sind die Niederschläge gleichmäßig hoch, manchmal auch mit einer stärkeren Ausprägung im Frühjahr und Sommer. Da am Äquator ganzjährig der Einfallswinkel der Sonne sehr hoch ist, gibt es keine extremen Temperaturschwankungen. Die Niederschläge sind ebenfalls hoch durch die Wolkenbildung auf Grund der starken Erwärmung. Die verstärkte Wolkenbildung ist mit der ITC, der innertropischen Konvergenzzone, in der die Passatwinde zusammenströmen, verbunden. Das Äquatorialklima weist keine Jahreszeiten auf, obwohl es im Herbst und Frühjahr erhöhte Niederschläge geben kann. Tagsüber gibt es mehr Temperaturschwankungen als im ganzjährigen Durchschnitt. Morgens erhitzt sich die Erde sehr schnell und erreicht gegen 14 Uhr ihr Maximum an Temperatur. Danach kann es zu heftigen Niederschlägen, begleitet von Gewit- 5 6 20°C 7 8 22°C 9 10 25°C tern, kommen. Die Vegetationszone ist als tropischer Regenwald bekannt. Er produziert die größte Biomasse der Erdoberfläche. Sein üppiger Baumwuchs und die Artenvielfalt in der Tier- und Pflanzenwelt geraten zunehmend in die Gefahr auszusterben. Daher ist der Regenwald für viele Klimaforscher ein wichtiges Instrument zur Erforschung des menschlichen Einflusses auf den Klimawandel. Die Äquatorialklimazone befindet sich beiderseits des Äquators in den Tropen. In den Hochgebirgen und Hochländern, z.B. den Anden und dem Ostafrikanischen Hochland, bildet sich dieses Klima nicht aus, da mit zunehmender Höhe die Temperaturen sinken. Abschließend kann zusammengefasst werden: ganzjähriger Einfluss der innertropischen Konvergenzzone, Temperaturen ganzjährig hoch, fast keine Schwankungen, hoher Niederschlag, Vegetation: tropischer Regenwald (nach Köppen: tropisches Regenwaldklima) 11 12 28°C 13 14 30°C 15 16 Täglicher Wetterablauf im Äquatorialklima 17 18 19 Uhr 26°C Wetter & Klima | Klimazonen 67 Broome 17°57’S/122°15’O 26,55°C 11m 517mm 40,0 150 37,0 135 34,0 120 31,0 105 28,0 90 25,0 75 22,0 60 19,0 45 16,0 30 13,0 15 10,0 0 J A S O N D J F MAM J Niederschlagshöhe im tropischen Wechselklima Zone des tropischen Wechselklimas Als allgemeine Merkmale gelten ganzjährig hohe Temperaturen mit zwei Maxima. Die Niederschläge fallen im Sommer, der eigentlichen Regenzeit, wogegen im Winter die Trockenzeit mit wenig bis keinem Niederschlag ist. Die zwei Temperaturmaxima ergeben sich, da die Sonne in dieser Region gleich zweimal am Zenit steht. Da die innertropische Konvergenzzone im Sommer auf der Nordhalbkugel wandert, fallen in dieser Zone die Niederschläge im Sommer. Im Winter wandert der ITC wieder in die südliche Hemisphäre und die Passatwinde folgen ihm. Im Winter sinken höhere Luftschichten ab, und die bereits beschriebene Passatinversion, Sperrschicht, tritt ein. Die aufsteigende Luft kann nicht über diese Sperrschicht, daher können sich keine Wolken bilden. Und es fallen kaum Niederschläge. Die Länge der Regenzeiten nimmt in Richtung der Wendekreise im tropischen Wechselklima deutlich ab. Auch die Vegetation verändert sich nach der Länge der Regenzeiten. Die Regenzeit ist mit vier Monaten deutlich kürzer als die achtmonatige Trockenzeit. Es gibt zwar genug Wasser für eine üppige Vegetation, jedoch müssen die Pflanzen die lange niederschlagsfreie Zeit überstehen und genügend Wasser speichern. Solche Pflanzen sind die Dornenbüsche der Savanne. In der Trockensavanne hingegen gibt es 7 Monate Niederschläge und 5 Monate Trockenzeit. Daher besteht die Vegetation aus hohen Gräsern und Bäumen, die in weitem Abstand voneinander stehen. Mit 8 Monaten Regenzeit und 4 Monaten Trockenzeit in der Feuchtsavanne passt sich die Vegetation erneut den klimatären Verhältnissen an. Die Pflanzen haben länger Wasser zur Verfügung und müssen nur eine geringe 68 Wetter & Klima | Klimazonen Trockenzeit überbrücken. Überwiegend findet man daher mannshohe Gräser, auch als Elefantengras bekannt und kleine Baumgruppen, vor allem in der Nähe von Wasserläufen. Innerhalb dieser tropischen Klimazone nehmen also die Niederschläge in der Nähe des Äquators zu und die Regenzeit dauert länger. Daher unterscheidet man zwischen Trockensavanne, Feuchtsavanne und Dornenstrauchsavanne. Die längeren Regenzeiten hängen erneut eng mit der ITC, der innertropischen Konvergenzzone zusammen. Gebiete, die näher am Äquator liegen, überstreift sie auf ihrem Weg zum Wendekreis und auf dem Rückweg zweimal. In den Regionen der Trocken- und Dornensavanne wendet der ITC und überstreift sie daher nur einmal. Das tropische Wechselklima findet man in Nordaustralien, Vorder- und Hinterindien, dem Norden Südamerikas, dem südlichen Becken des Amazonas und dem brasilianischen Bergland, dem Ostafrikanischen Seenhochland und in der Sahel in Afrika. Merke: Das tropische Wechselklima hat hohe Temperaturen mit zwei Maxima. Die Regenzeit ist im Sommer, im Winter herrscht Trockenzeit. Als Übersicht kann man sagen, der Sommer, die Regenzeit, steht unter Einfluss der ITC und der Winter, die Trockenzeit, wird durch die Passatwinde geprägt. Die Temperaturen sind mit zwei Maxima das ganze Jahr über hoch. Niederschlag fällt nur in der Regenzeit und die Vegetation besteht aus Dornenbüschen, hohen Gräsern und kleinen Baumgruppen. Passatklimazone Diese Klimazone besteht aus dem trockenen und feuchten Passatklima mit vielen gemeinsamen Klimafaktoren, aber auch einigen Unterschieden. Savanne Subtropischer Hochdruckgürtel H Azorenhoch Juli Januar Subtropischer Hochdruckgürtel H Azorenhoch H Nordostpassate Miami Miami Nordostpassate Druckgebiete und Winde im feuchten Passatklima Das trockene Passatklima: Gekennzeichnet ist dieses Klima durch hohe Temperaturen. Die Schwankungen erreichen ihr Maximum im Sommer und ihr Minimum im Winter. Über das Jahr verteilt gibt es kaum bis gar keine Niederschläge. Im Winter werden die Temperaturen durch den flacheren Einfallswinkel der Sonne geringer, im Sommer wird das Maximum erreicht, da die Sonne am Zenit steht. Als Ursache für die geringen Niederschläge gelten die Passatwinde. Zusätzlich sinkt in der Oberschicht die Luft ab und die Passatinversion ersteht, die eine Wolkenbildung verhindert. Das Passatklima wird auch als arid bezeichnet. Dies bedeutet, dass die Verdunstung größer ist, als der Niederschlag. Für das Pflanzenwachstum bedeutet dies zu wenig Wasser, daher ist die Vegetation von der Wüste gekennzeichnet. Nur in den Oasen, kleinen Stellen in der Wüste, die durch Quellwasser oder Grundwasser genährt werden, gibt es eine reiche Vegetation. Diese Wüsten werden auch als Passatwüsten bezeichnet. Bekannte Wüsten sind die Sahara, Zentral-Australien, die Atacama-Wüste, die Wüsten an den Westküsten Nord- und Südamerikas und im Westen Südafrikas. ist vom subtropischen Hochdruckgürtel geprägt, der für geringere Niederschläge sorgt. Eindeutig fällt aber in allen Regionen im Sommer der meiste Niederschlag. Ebenso unterschiedlich ist die Vegetation. Sie reicht von der Trockensavanne bis zum subtropischen Regenwald. Das feuchte Passatklima findet man an der Ostküste der Kontinente, wie im brasilianischen Bergland, im Golf von Mexiko, im Osten Südafrikas, auf Madagaskar und im Südosten Australiens. Zur Verdeutlichung nochmals ein kurzer Überblick: der Sommer steht unter dem Einfluss feuchter Passatwinde, der Winter unter dem subtropischen Hochdruckgürtel. Im Sommer gibt es hohe Temperaturen mit geringen Schwankungen, die Vegetation ist vielfältig. Merke: Die Passatklimazone wird in eine trockene und eine feuchte Zone unterteilt. Beide weisen viele Gemeinsamkeiten, aber auch gravierende Unterschiede auf. Das trockene Passatklima weist extrem hohe Temperaturschwankungen mit einem Maximum im Sommer auf. Es gibt kaum bis wenige Niederschläge. Das feuchte Passatklima hat geringe Temperaturschwankungen mit geringen Niederschlägen und hohen Niederschlägen im Sommer. Passatwüste Zusammenfassend kann gesagt werden: die bestimmenden Druckgebiete sind die Passatwinde, die Temperaturen sind hoch mit keinem oder nur wenig Niederschlag und die Zone ist durch die Wüsten gekennzeichnet. Das feuchte Passatklima: Die Temperaturen dieses Klimas sind sehr hoch mit dem Maximum im Sommer und geringen Temperaturschwankungen. Im Sommer gibt es hohe Niederschläge, im Winter nur mäßige. In sich selbst weist das feuchte Passatklima jedoch hohe Unterschiede auf. Die Ursache liegt in den unterschiedlichen Druckgebieten im Sommer und im Winter. Im Sommer wehen die Passatwinde und der Winter Wetter & Klima | Klimazonen 69 Zu den Gemeinsamkeiten des trockenen und des feuchten Passatklimas gehören: die Passatwinde, die Verbreitung der Regionen um den Wendekreis, und ein Maximum der Temperaturen im Sommer. Zu den Unterschieden gehören die verschiedenen Vegetationsformen, teilweise Verbreitung an den Westseiten der Kontinente, und die Jahresniederschlagsmenge. Der Unterschied zeigt sich vor allem in der zur Verfügung stehenden Wassermenge. Diese ergibt sich aus dem Einfluss der Passatwinde, die teils vom Meer kommen und teils ihren Ursprung am Kontinent haben. Daher bilden sich innerhalb der Passatklimazone die feuchte und trockene Klimavariante heraus. Merke: Sommer außertropische Westwinde H subtropischer Hochdruckgürtel Winter Die subtropische Klimazone wird unterteilt in ein Winterregenklima des Westens und subtropisches Klima des Ostens. Die Unterschiede ergeben sich durch die Luftdruckgebiete und die dadurch erzeugten Niederschlagsmengen. außertropische Westwinde Die subtropische Klimazone Wie das Passatklima wird auch diese Klimazone in zwei Arten unterteilt, das Winterregenklima des Westens und das subtropische Klima der Ostseiten. Die Unterschiede zeigen sich durch die Lager der Luftdruckgebiete und den dadurch hervorgerufenen unterschiedlichen Niederschlägen. Das Winterregenklima der Westseiten: Zu den allgemeinen Merkmalen zählen warmgemäßigte Temperaturen mit einem Maximum im Sommer und Niederschlägen im Winter. Dieses Klima wird auch als Mittelmeerklima oder subtropisches Wechselklima bezeichnet. Beim Mittelmeerklima bringt die Nähe zum Meer große Vorteile. Es gibt die gespeicherte Wärme der Sommermonate im Winter ab und verur­sacht milde Temperaturen. Durch den Einfluss des subtropischen Hochdruckgürtels sind die Sommer arid. Durch den hohen Luftdruck sinkt Temperatur ab, erwärmt sich und löst entstehende Wolken auf. Im Winter rücken vom Norden die H subtropischer Hochdruckgürtel Druckgebiete im Mittelmeerklima außertropischen Westwinde nach, die mit den Zyklonen auch die Niederschläge bringen. Die Vegetation hat sich an die klimatischen Bedingungen angepasst. Die Blätter der Pflanzen sind mit einer Wachschicht umzogen und schützen sie so vor den trockenen Sommern mit ihrem hohen Verdunstungsgrad. Sie besitzen aber auch Spaltöffnungen zum Austausch lebenswichtiger Nährstoffe im regenreichen Winter. Sie werden als Hartlaubgewächse bezeichnet. Diese Klimaregion findet man im westlichen Mittelmeer, von Vorderasien bis zum Persischen Golf, in Südaustralien, in der südafrikanischen Sommer Winter Kältehoch H Hitzetief T Süd-OstMonsun Nord-WestMonsun Nord-Ost-Monsun (Wintermonsun) Wind der tropischen Monsunzirkulation Wind der außertropischen Monsunzirkulation 70 Wetter & Klima | Klimazonen Süd-West-Monsun (Sommermonsun) Die tropische und außertropische Monsunzirkulation Kapregion, westlich der Sierra Nevada in Nordamerika, und in Südamerika südlich der Wüste Atacama. In allen Regionen wird der Sommer durch den subtropischen Hochdruckgürtel und der Winter durch die außertropischen Westwinde bestimmt. Die Temperaturen sind gemäßigt und die Niederschläge konzentrieren sich auf den Winter. Als Vegetation findet man das Hartlaubgewächs. Das subtropische Ostseitenklima: Die Temperaturen dieser Regionen sind gemäßigt mit kühlen Wintern und mit ganzjährigen fallenden Niederschlägen, jedoch deutlich mehr im Sommer. Die Ursache für die kalten Winter ist der trockene Nordwestmonsun, der vom Land kommt und für weniger Niederschläge sorgt. Nur die Lage zum Meer sorgt für nicht noch kältere Temperaturen. Das Meer gibt die im Sommer gespeicherte Wärme ab. Im Sommer steht die Region unter dem Einfluss des warmen Südwestmonsuns. Seine Winde bringen Niederschläge, da sie vom Meer her wehen. Das Klima wird im Sommer von warmen und feuchten Winden vom Meer bestimmt, im Winter von den trockenen Landwinden. Diese Winde werden auch als außertropische Monsunzirkulation bezeichnet. Da sich der asiatische Kontinent im Winter stark auskühlt, sammelt sich kalte Luft, und sinkt durch ihre Schwere ab. Ein Kältehoch entsteht und die Winde wehen in die Tiefdruckgebiete der Polarfront. Im Sommer strömt warme Luft in die Höhe, da sich der Kontinent erwärmt. In dieses nun entstehende Hitzetief strömen nun die Monsunwinde ein, die vom subtropischen Hochdruckgürtel kommen. In anderen Verbreitungsgebieten des Klimas funktioniert das Gesamtsystem ähnlich, wird aber nicht Monsunzirkulation genannt. Die Vegetation besteht ebenfalls aus Hartlaubgewächsen, ist aber dank der vermehrten Niederschläge üppiger. Die Klimaregionen findet man im Süden der USA, im nördlichen Argentinien und Uruguay, in China um den Fluss Jangtsekiang, in Teilen Japans und im Norden Neuseelands. Zusammenfassend wird festgestellt, dass die Winter von den trockenen Winden des Kontinents und die Sommer von den feuchten Winden des Meeres bestimmt werden. Die Temperaturen sind gemäßigt mit relativ kühlen Wintern und ganzjährigen Niederschlägen. An Gemeinsamkeiten beider Klimaarten kann man nur die Temperatur und die Verbreitung im 30. – 40. Breitengrad feststellen. Die gemäßigte Klimazone Auch diese Klimazone umschließt mehrere Unterzonen, nämlich das Seeklima des Westens, das Übergangsklima, das kühle und das warme Kontinentalklima und das Ostseitenklima. Die gesamte Klimazone wird durch die außertropischen Westwinde bestimmt. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Kontinentalität. Dieser Begriff bezeichnet die Niederschlags- und Temperaturveränderungen vom Meer bis zum Binnenland. Ursache ist erneut die Wärmespeicherung des Meeres, die sie im Winter abgibt. Im Binnenland ist die Entfernung zum Meer zu groß und es kommt zu erheblichen Temperaturunterschieden. Typische Vegetation einer gemäßigten Klimazone Das Seeklima der Westseiten, das maritime Klima: Die Temperaturen sind gemäßigt, Niederschläge fallen das ganze Jahr über, manchmal auch mit einem Maximum im Winter. Im Sommer speichert das Meer Wärme, gibt aber auch eine kühle Brise ab. Die Winter sind mild, da das Meer die Wärme wieder abgibt. Die Niederschläge bringen die außertropischen Westwinde und die Zyklonen. Der Sommer ist von hohem Luftdruck bestimmt, die absinkende Luft erwärmt sich und es gibt geringere Niederschläge. Das gesamte Klima wird vom Meer beeinflusst. Die Vegetation besteht aus sommergrünem Laub- und Mischwald, den man aber fast nur mehr in höheren Gebirgsregionen trifft. Das Verbreitungsgebiet reicht von Nordspanien bis nach Norwegen, der Westküste Kanadas und der USA, im Süden Chiles, Tasmanien und der Süden Neuseelands. Das Übergangsklima: Die Temperaturen sind gemäßigt mit größeren Schwankungen im Osten. Die Niederschläge fallen ganzjährig. Diese Klimazone bildet den Übergang vom Seeklima zum kühlen Kontinentalklima und ist nur in Eu- Merke: Die gemäßigte Klimazone umschließt das Seeklima des Westens, das Übergangsklima, das kühle und das warme Kontinentalklima und das Ostseitenklima. Die gesamte Klimazone wird durch die außertropischen Westwinde bestimmt. Wichtig sind die Niederschlags- und Temperaturveränderungen vom Meer bis zum Binnenland. Wetter & Klima | Klimazonen 71 Merke: Die subpolare Klimazone weist ganzjährig niedere Temperaturen auf. Der Gefrierpunkt wird nur im Sommer überschritten und es gibt wenige Niederschläge. Antarktis ropa zu finden. In Amerika wird es durch die Gebirgsketten der Rocky Mountains und der Anden verhindert. Beeinflusst werden die Niederschläge von den außertropischen Westwinden. Im Winter können durch hohen Luftdruck weniger Niederschläge fallen. Die Vegetation besteht ebenfalls aus Laub- und Mischwäldern. Das kühle Kontinentalklima: Die Temperaturen des Landklimas sind gemäßigt, aber zwischen Sommer und Winter bestehen extreme Schwankungen. Die Niederschläge fallen ebenfalls ganzjährig. Im Winter gibt die Landmasse Wärme ab, da sie diese nicht speichern kann und kühlt extrem ab. In den Sommermonaten erhitzen sich die Landmassen und dies führt zu den hohen Temperaturunterschieden. Durch die starke Erhitzung kommt es im Sommer zu vermehrten Niederschlägen. Im Winter kommt es durch die Abkühlung zu einem Kältehoch und geringeren Niederschlägen. Als Vegetation findet man die Nadelwälder. Sie können die kalten Winter gut überstehen, in Russland wird dieser Nadelwald auch als Taiga bezeichnet. Das Kontinentalklima findet man nur in der nördlichen Hemisphäre. Sommerwarmes Kontinentalklima: Die Temperaturen sind gemäßigt warm. Starke Unterschiede gibt es zwischen Sommer und Winter, die Niederschläge sind ganzjährig gering. Die großen Temperaturunterschiede sind durch das Fehlen des Meeres zu erklären, das im Winter wärmespendend wirken könnte. Durch die wenigen Niederschläge bildet sich nur eine spär- 72 Wetter & Klima | Klimazonen liche Vegetation mit Steppen und Wüsten. Das Klimagebiet findet man östlich des Schwarzen Meeres bis zum Altaigebirge Russlands und in den Prärien Amerikas. Das Ostseitenklima: Auch dieses Klima weist gemäßigte Temperaturen auf, mit hohen Schwankungen zwischen den Sommer- und Wintermonaten. Im Sommer können fast tropische Temperaturen erreicht werden. Niederschläge finden das ganze Jahr über statt, in Ostasien aber mit einem Maximum im Sommer. Die hohen Sommertemperaturen gehen auf den EinTundra fluss des warmen und feuchten Südostmonsuns zurück. Im Winter bildet sich ein großes Kältehoch. Der hohe Luftdruck führt zu geringeren Niederschlägen im Winter. Im Sommer herrscht ein Hitzetief. Durch die stark differenzierenden Luftdruckgebiete bilden sich die Monsune aus. Die Vegetation richtet sich je nach Lage zum Meer von Laubwäldern in Meeresnähe bis zu Steppen im Landesinneren. Auch diese Klimazone findet man nicht in der südlichen Hemisphäre. Man findet sie in Ostasien, im nördlichen Japan und an der Ostküste Amerikas und Kanadas. Die subpolare Klimazone Die Temperaturen sind ganzjährig niedrig und reichen nur im Sommer über den Gefrierpunkt, auch die Niederschläge sind ganzjährig gering. Beeinflusst wird das Klima im Sommer von den außertropischen Westwinden und im Winter von den polaren Ostwinden. Die Sommer sind sehr kurz. Als Vegetation herrscht die Tundra vor, mit niedrigen Sträuchern. Das Klima findet man in Nordrussland und Nordamerika. Die polare Klimazone Merke: Beeinflusst wird das Klima von den trockenen polaren Ostwinden. Sie strömen aus dem Polarhoch, dessen hoher Luftdruck eine Wolkenbildung verhindert. Die polare Klimazone hat ebenso wie die subpolare Zone wenig Niederschläge und noch geringere Temperaturen. Wenn überhaupt, dann wird der Gefrierpunkt ebenfalls nur im Sommer erreicht. Die Temperaturen sind das gesamte Jahr über niedrig. Nur im Sommer können sie über den Gefrierpunkt ansteigen. Niederschläge fallen das ganze Jahr über kaum. Geprägt wird diese Klimaregion auch durch das Phänomen der Polarnacht und des Polartages. Im Sommer geht die Sonne am Nordpol nie unter, aber am Südpol bleibt es dunkel. Grund ist der Zenitstand der Sonne über dem nördlichen Wendekreis. Dann wird der Vorgang umgekehrt, am Nordpol herrscht die Polarnacht und am Südpol der Polartag. Ursache ist die Drehung der Erde um ihre Achse und die Neigung der Erdachse. Auf Grund der kalten Temperaturen herrscht kaum Vegetation, sondern die polare Eiswüste. Gebirge & ihr Einfluss auf das Klima Je nach Höhenlage und Relief haben die Gebirge einen großen Einfluss auf das Klima der Erde. Mit zunehmender Höhe nehmen die Temperaturen in den Gebirgen ab. So können verschiedene Städte am Äquator in der gleichen Klimazone unterschiedliche Jahresdurchschnittstemperaturen aufweisen, je nach dem, in welcher Höhenlage sich diese Städte befinden. Mit zunehmender Höhe verändert sich nicht nur die Temperatur, sondern auch das Klima. Besonders ausgeprägt sind diese Unterschiede in den Anden, einem tropischen Gebirge. Die Vegetation reicht vom tropischen Regenwald bis zum nahezu vegetationslosen Schnee und Eisgebiet. An der Veränderung der Vegetation kann man auch deutlich die unterschiedlichen Klimaregionen erkennen. Durch ihre Höhe können die Gebirge auch Klimaregionen trennen, wie die Anden und die Rocky Mountains. Sie übernehmen die Funktion einer Klimascheide. So trennen die Anden die Westküste Südamerikas mit ihrem trockenen Passatklima von den feuchten Ostgebieten. Höhenstufen in den Alpen und in den Anden Tierra Nevada -Eisland Schneegrenze Nivale Stufe Schneegrenze subnival Baumgrenze Tierra helada -Frostland Waldgrenze alpine Stufe Baumgrenze subalpin Waldmontane Stufe grenze submontan Tierra templata -gemäßigtes Land Colline Stufe Alpen Tierra fria -kaltes Land Anden Tierra caliente -heißes Land Wetter & Klima | Klimazonen 73 Klimawandel Kapitel 6 Klimawandel wird oft mit globaler Erwärmung gleichgesetzt. Jedoch gibt es einen grundlegenden Unterschied zwischen diesen beiden Phänomenen. Klimawandel umfasst die gesamte Geschichte des Klimas unserer Erde und beschreibt die natürliche Klimaveränderung über einen längeren Zeitraum hinweg. Die Geschichte unseres Planeten ist von ständigen Klimaveränderungen geprägt. Frühere Veränderungen gingen aber so langsam vor sich, dass Tiere und Pflanzen genügend Zeit hatten, sich an die neuen Lebensbedingungen anzupassen. Die Temperaturschwankungen unserer Erde, das Abkühlen oder Ansteigen der Oberflächentemperatur, sind ein Kennzeichen des Klimawandels. Diese können sowohl global als auch nur regional auftreten. Die stetigen Klimaveränderungen können über die Jahrhunderte zurück verfolgt werden und schließen eine Eiszeit ebenso ein, wie eine globale Erwärmung in der Jetztzeit. Die genauen Ursachen eines Klimawandels sollen nun näher unter dem Standpunkt der notwendigen physikalischen und geophysischen Faktoren untersucht werden. Geophysische Faktoren für Klimawandel eines Stoffes – reiner Stoffe in einen anderen. Als Beispiel dient der Siedepunkt des Wassers. Ab einer Temperatur von 100 °Celsius beginnt das kochende Wasser zu verdampfen und geht in einen gasförmigen Zustand über. Eine Klimaveränderung kann verschiedene Ursachen haben. Das Erdklima ist beeinflusst von zahlreichen zyklischen, als auch nichtzyklischen Ereignissen, die sich gegenseitig verstärken oder neutralisieren. Einige der Einflussgrößen sind wissenschaftlich mittlerweile erklärbar, andere plausibel, aber nicht bewiesen oder deren Zusammenhang kann noch nicht bewiesen werden. Im Folgenden werden die wichtigen geophysischen Faktoren erläutert Die Neigung der Erdachse & die Umlaufbahn der Erde um die Sonne Die Temperatur Als Temperatur bezeichnet man eine physikalische Größe, hervorgerufen durch thermodynamische Zustände. Die Thermodynamik wird auch als Wärmelehre bezeichnet. Der den Menschen bekannte Unterschied zwischen den Temperaturen wird als heiß und kalt empfunden. Hierbei muss man zwischen der tatsächlichen Temperatur und der vom Menschen empfundenen Wärmeempfindung unterscheiden. Die Werte der Temperatur werden meist in Grad oder Kelvin angegeben. Als Ausgangswert für deren Einteilung verwendet man die Übergangs­ temperatur reiner Stoffe von einem Aggregatzustand dem temperaturabhängigen Zustand Die Neigung der Erdachse, die Umlaufbahn der Erde um die Sonne und die Einstrahlwinkel der Sonnenstrahlen unterliegen langfristigen Zyklen. Der serbische Astrophysiker Milutin Milankovic untersuchte und berechnete diese Zyklen, die heute auch als Milankovic-Zyklen bekannt sind. Mit seinen Thesen erklärt er zum Teil die gro­ ßen Klimaschwankungen durch den Einfluss der Sonnenenergie und der Sonneneinstrahlung. Damit kann er die großen Klimaschwankungen der Erde erklären, was besonders im Kontext der Klimaforschung und der Paläoklimatologie von Bedeutung ist. Auf der Erde werden diese Zyklen durch die Intensität der Sonneneinstrahlung berechnet. Die Sonne Die Sonne und ihre treibende Kraft sind die Ursache für den energetischen Antrieb des Wetters und Klimas auf der Erde. Unser tägliches Wetter, Auf Grund der Sonnenfleckenaktivität steht die Erde vor einer kleinen Eiszeit. 166 - Jahreszyklus der Sonnenfleckenaktivität Variation der Rotationskraft der Sonne (dT/dt) 1120 0,3 1952 Temperaturverlauf mittelalterliche Warmzeit 0,2 0,1 0 ca. 5°C Phasenumkehr -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 Wetter & Klima | Klimawandel kleine Eiszeit 2030 900 76 1670 kleine Eiszeit Phasenumkehr 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2201 Temperatur 2300 Frühlingstagundnachtgleiche Himmelsäquator Ekliptik N Erdäquator Sommersonnenwende S Herbsttagundnachtgleiche als auch langfristige Veränderungen des Klimas, scheinen direkt mit den Aktivitäten der Sonne in Zusammenhang zu stehen. Das tägliche Sonnenlicht erscheint uns als stabil und gleichmäßig. Satellitendaten zeigen uns aber, dass sich für das menschliche Auge unsichtbar, teilweise große Sonnenschwankungen verbergen. Zudem kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen der Sonnenaktivität und der Wechselwirkung unseres Planeten. Die so her- 1. Jahr vorgerufenen solaren Schwankungen lassen sich durch die permanenten Veränderungen im Magnetfeld der Sonne erklären. Das magnetische Verhalten der Sonne unterliegt ihren zyklischen Schwankungen von circa 11 Jahren, in deren Zeit gewaltige Eruptionen auf der Sonnenoberfläche zu beobachten sind, deren Wirkung mit 66 Milliarden Hiroshima-Bomben verglichen werden kann. Im Wesentlichen gibt es drei Mechanismen, die das Zusammenwirken von Klima, Wetter und Sonneneinwirkung erklären können: • die von der Sonne abgegebenen UV-Strahlungen und die Intensitätsschwankungen der Sonne haben weitreichende Folgen für die Ozonbildung in der Atmosphäre, was wiederrum zu einer Veränderung in der Ozonschicht führt und eine Rückwirkung für die globale Zirkulation der Luftmassen hat. Sonnenfleckenzyklus 4. Jahr 7. Jahr 10. Jahr Wintersonnenwende 12. Jahr • Durch den ankommenden Sonnenwind verändern sich die elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre, deren eigentliche Wirkung man in den unteren Schichten der Erdatmosphäre feststellen kann. Dieses Phänomen könnte laut jüngsten Wissenschaften die Wolkenbildung der Erdatmosphäre begünstigen. Eine verstärkte Wolkenbildung auf der Erde führt aber zu einem Rückgang der Temperaturen. • während eines Sonnenminimums ist die Atmosphäre unseres Planeten verstärkt kosmischen Strahlungen ausgesetzt. Neigung der Erdachse zur Sonne Merke: • Klimawandel beschreibt die natürlichen Klimaveränderungen im Laufe der Geschichte unseres Planeten. • Zu den wichtigsten Faktoren für eine Klimaänderung gehören die Temperatur, der Kontinentaldrift, die Sonne, die Neigung der Erdachse, die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, und die Tätigkeit der Vulkane. • Folgende drei Mechanismen erklären das Zusammenspiel von Klima, Wetter und Sonneneinstrahlung, nämlich die Intensitätsschwankungen der Sonne, die elektrischen Eigenschaften der Atmosphäre und die kosmischen Strahlungen. • Der Kontinentaldrift ist die kontinuierliche Bewegung der Landmassen auf der Erde. Wetter & Klima | Klimawandel 77 Über die Bedeutung der einzelnen Mechanismen und deren Wechselwirkung weiß man wenig. Neben dem angesprochenen 11-Jahres Zyklus gibt es auch noch den alle 80-90 Jahre wiederkehrenden Gleißberg-Zyklus. In seinem Zyklus ändern sich die Rotationskräfte der Sonne. Ein Maximum bedeutet hohe Temperaturen, ein Minimum niedrige Temperaturen, meist eine kleine Eiszeit. Der Kontinentaldrift In Bezug auf sehr lange Zeitspannen der globalen Erwärmung ist der Kontinentaldrift, die Bewegung der Landmassen auf der Erde, die anerkannteste Erklärung. Die nun uns bekannte Anordnung der Kontinente Südamerika, Afrika, Indien, Australien, der arabischen Halbinsel, und der Antarktis bildeten ursprünglich den Urkontinent Godwana, welcher geografisch am Südpol lag. Der Kontinentaldrift bewirkt, dass Niederschläge an den Polen verstärkt eine Chance haben, Eis oder Schnee zu bilden. Voraussetzung hierfür ist das Vorhandensein von Land, da dieses mehr Sonnenstrahlen reflektiert, als das Wasser. Durch die stärkere Reflektion des Sonnenlichtes kommt es hierbei zu einer lokalen Abkühlung und es entsteht Eis. Dank des Albedo-Effekts kommt es zu einer erneuten Reflektion der Sonnenstrahlen. Mit den sinkenden Temperaturen kommt es zu einer positiven Rückkoppelung mit weiter sinkenden Temperaturen und einer fortschreitenden Eisbildung. Als Folge sinkt mit dem im Wasser gebundenen Eis auch der Meeresspiegel und führt zu einer geringeren Verdunstungsmenge des Wassers. Die Folgen sind, dass das Eis weniger schnell wächst und die Niederschläge zurückgehen. Damit verbunden ist eine geringere Wasseroberfläche und eine Senkung es Meeresspiegels, wie auch eine geringere Verdunstung des Wassers. Dies führt zu einem Rückgang der Niederschläge und einem geringeren Wachstum des Eises. Meereis bildet sich nur bei sehr tiefen Temperaturen, und wenn sich die Pole im gegensätzlichen Fall über dem Meer befinden. Die verstärkte Eisbildung erfolgt über den Albedo-Effekt. Zu einer Umkehr der sich selbst stark gebildeten Abkühlung kommt es erst, wenn der CO2- Haushalt der Atmosphäre stark angestiegen ist. Dieser von Natur aus gegebene Treibhauseffekt entsteht durch den Ausstoß von CO2 von Vulkanen, das in Gesteinen gebunden und so klimawirksam wird. Einen Schlüsselpunkt bildet die Antarktis. Vor ca. 25 Millionen Jahren entstand eine Öffnung zwischen Südamerika und der Antarktis und der antarktische Zirkumpolarstrom, eine kalte Meeresströmung auf der Südhalbkugel, bildete sich. Die Folge war eine verstärkte Vereisung in der Antarktis. 78 Wetter & Klima | Klimawandel Der Vulkanismus Große Vulkanausbrüche können durch den Ausstoß von Gasen und Asche zu einer Abkühlung des Klimas führen. Diese bewirken in der Stratosphäre eine Abkühlung des Klimas. In der Atmosphäre können sich durch photochemische Prozesse winzige Partikel, so genannte Aerosole, einem Gemisch aus festen und flüssigen Schwebeteilchen und Luft, bilden. Diese verhindern dank der Reflektion der Sonnenstrahlen die Einstrahlung von Wärmeenergie. Vulkanismus selbst bedeutet den Transport von Wärme und Material, der Lava, aus dem Inneren der Erde an die Oberfläche. Durch ihre Eruption werden Rauch, Asche und kleine Partikel in die Erdatmosphäre geschleudert, die ihrerseits einen Einfluss auf das Klima und dessen Veränderungen nehmen. Die Gewalt eines Vulkan­ ausbruches und der damit verbundene Ausstoß von Asche in die Atmosphäre Historie des Klimawandel Praekambrium Niederschlag Der Planet Erde hat bereits viele Klimaänderungen erlebt und überlebt. In der Geschichte unseres Planeten finden wir gerade mit den vier Eiszeiten wichtige Beispiele, die für die Klimaforschung von enormer Bedeutung sind. feuchter trockener Temperatur W=Warmklima ohne Eis Klimageschichte Die Erde entstand vor ca. 4,6 Milliarden Jahren. Bei ihrer Entstehung traten enorme Energien und extremste Hitze auf der Erdoberfläche auf. Die Temperatur betrug 180 ° Celsius. Das Klima war äußerst trocken und es dauerte Millionen von Jahren, bis sich die Erde abkühlte. Mit der Abkühlung fand erstmals Kondensation statt und die ersten Wassertropfen bildeten sich. Als Ursache gilt der Abstand der Erde zur Sonne. Wäre sie näher an der Sonne, wäre es zu heiß, um Leben zu entwickeln, wäre der Abstand größer, wäre es zu kalt. Nach der Bildung der ersten Tropfen entstanden das Wasser und die Hydrosphäre. Die ältesten Anzeichen von Ozeanen findet man in Gesteinen, die ein Alter von 3,8 Milliarden Jahren aufweisen. Zu dieser Zeit entstand der erste Sauerstoff. Der Wasserdampf band sich in den Ozeanen. Mit dem Wasserdampf verschwand auch ein großer Teil des Kohlendioxids, der sich im Wasser zu Karbonatverbindungen verwandelte. Der Sauerstoff erreichte seine heutige Konzentration in der Atmosphäre vor ca. 2 Milliarden Jahren, als sich die Temperatur in ein Gleichgewicht einpendelte. °C 4 W W wärmer kälter E=Eiszeitalter 3 E 2 1 W E E W W E E 0 Zeit in Jahrmilliarden vor heute Temperatur- und Niederschlagsverlauf der Erde in 3,8 Milliarden Jahren Die Entwicklung der Erderwärmung oder Abkühlung Die Warmzeit im Mittelalter vor circa 900 – 1350 Jahren und die kleine Eiszeit vor 1600 – 1700 Jahren können analog zur derzeitigen Erwärmung und Abkühlung betrachtet werden. In der Warmperiode waren die Temperaturen im Mittel um 2 - 4 Grad höher als heute. Das Packeis zog sich weiter nördlich zurück und in Grönland und England konnte Wein angebaut werden. In Russland im Ural erkennt man an fossilen Ei- Hoch- und Spätmittelater Neuzeit 1,0 0,5 0,0 ~0,8°C Kleine Eiszeit Mittelalterliche Warmzeit -0,5 -1,0 1100 Jahr A.D 1300 1500 1700 1900 Grafische Darstellung der kleinen Eiszeit Wetter & Klima | Klimawandel 79 chen, dass es im Mittelalter mindestens genauso warm war wie heute, mit einer schwachen Erwärmung um 0,5 Grad. Die Nordwestpassagen waren mit Schiffen befahrbar. Eine Umfahrung Grönlands und des sibirischen Nordmeeres, wie sie 1491 von den Chinesen durchgeführt wurde, ist heute nicht mehr möglich. geren Zeitraum, bemerkt man eine globale Erwärmung seit der letzten Eiszeit vor 20 000 Jahren und einem leichten Temperaturabfall in den letzten 8 000 Jahren. In der Gesamterforschung der letzten 100 Millionen Jahren erkennt man, dass wir am Ende einer Serie von Eiszeiten leben. Insgesamt gab es vier große Eiszeiten und die Klimaforschung kann nachweisen, dass es vor 300 Millionen Jahren bereits eine ähnlich hohe CO2-Konzentration und Temperaturen gab, wie in unserer Zeit. In der kleinen Eiszeit war es durchschnittlich 1 bis 3 Grad kälter als heute. In London konnte die Themse zufrieren, wie auch die Kanäle in Holland. Diese Fakten sind durch viele Überlieferungen und Erforschungen bestätigt. Um 1700 war Island vollständig mit Packeis umgeben, und in China erfroren die seit Jahrhunderten kultivierten Zitrusfrüchte. Sonneneinfluss Viele Gebiete reagieren sehr empfindlich auf atmosphärische und klimatische Veränderungen. In den Forschungen der letzten Jahrzehnte wurde die Ursache dem menschlichen Treiben zugeordnet. Ein neuer Aspekt unter den Klimaforschern führt die Erderwärmung auch auf die Variationen der Sonneneinstrahlung und ihren Einfluss auf unser Klima, z.B. die Druckgebiete und Winde, zurück. Sie berufen sich auf den his­ torischen Klimawandel von Jahrtausenden, in denen es bereits Kalt- und Warmzeiten gegeben hat, und deren Veränderungen nicht durch den Menschen ausgelöst wurden. Ihre These ist unter dem Begriff Solarhypothese bekannt. Für sie ist der Klimawandel stark von der Atmosphäre abhängig. Durch die Analyse von Meeressedimenten erkannte man eine Abkühlung und eine Erwärmung in den Meeren zu einer Zeit, als es weder Autos, Industrien und elektrisches Licht gab. Also kann bei dieser Klimaänderung der Faktor Mensch als einschreitende Kraft ausgeschlossen werden. Eine deutliche Erwärmung erkennt man vor allem auch im Mittelalter. Betrachtet man den Holozän, dies sind die letzten 10 000 Jahre unserer Erdgeschichte, fällt auf, dass es vor 15 000 Jahren einen Temperaturanstieg gab, der mit dem Beginn des Holozäns endete. Seit damals gab es eine globale Abkühlung um 3 °Celsius. Betrachtet man die Temperaturentwicklung über einen noch län- 5000 4000 0,4% CO2 ungefähre Temperatur Temperatur 0,2% 1000 0,1% 0 80 600 Tertiär Quartär ungefähre CO2 Konz. 3000 2000 144 65 2 Millionen Jahre Mesozoikum Känozoikum Jura Trias Perm Carbon 213 Kreide atmosphärisches CO2 (ppm) 286 248 Temperatur und CO2-Konzentration der letzten Millionen Jahren 22°C 17°C 500 Wetter & Klima | Klimawandel 400 300 Millionen Jahre 200 100 12°C 0 heute ungefähre globale Temperatur 6000 Devor 7000 438 408 360 Päläozoikum Silur 505 Ordovizium 590 Kambrium 8000 Diese bildet mit der Hydrosphäre, den Ozeanen, der Biosphäre, den Tieren und Pflanzen, der Eskimo Siedlungen Wikinger Siedlungen Wikinger Fahrten eisfrei Baumgrenze 100 km nördlicher mittelalterliche Warmzeit Ca. 900-1400 Eisfreie Zonen in der Vergangenheit Kryosphäre, Eis und Schnee, der Pedosphäre, dem Boden und der Lithosphäre, dem Gestein, ein in sich geschlossenes System mit gegenseitigen Wechselwirkungen. All diese Sphären bilden ein Teil unseres Klimas. Diese gesamten Subsysteme der Atmosphäre stehen im steten Wandel. Wetter verändert sich innerhalb weniger Stunden, die Meeresströmungen und die großen Eismassen hingegen verändern sich im Verlauf von Jahrhunderten und Jahrtausenden. Die gegenseitige Beeinflussung der Subsysteme und die Schwankungen der Sphären werden als Klimarauschen definiert. Kleinste Störungen können durch die Wechselwirkungen bereits große Veränderungen hervorrufen. Auch die Einstrahlung der Sonne unterliegt Schwankungen. Bedingt wird dies durch die Veränderung der Lage der Erdachse und der Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Die eintreffenden Sonnenwinde lösen in unserer obersten Schicht der Atmosphäre ständige Veränderungen der elektrischen Eigenschaften aus. Während eines Sonnenminimums ist die Atmosphäre auch der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Die Sonne kann auch eine verringerte Aktivität aufweisen. Edward Maunder untersuchte 1890 die Sonnenflecken genauer und bemerkte im 11-Jahres Zyklus eine Pause zwischen 1695 und 1720. Diese Epoche fällt auffallend mit der so genannten ‚kleinen Eiszeit‘ zusammen. Die Sonnenflecken im 11-Jahres-Rhythmus Die Gesetze der Physik bestimmen die Lage der Erdachse. Aber bereits seit dem Mittelalter beobachtet man das Auftreten von Sonnenflecken in einem Rhythmus von 11 Jahren. Sonnenflecken sind dunkle Stellen auf der Sonne, die weniger Licht abstrahlen als normal. Mit der Anzahl der Flecken steigt die Intensität der Sonnenstrahlung. Klimaoptimum im Mittelalter Oberflächentemperatur Meer in °C Oberflächentemperatur der Sargasso See (seit 3000 Jahren) 26 Griechen 25 24 Karl d. Große Römer Columbus 23 22 21 20 -1000 Kleine Eiszeit Völkerwanderung -500 0 500 1000 1500 2000 Jahre Deutlich erkennbar ist der Temperaturanstieg im Mittelalter Wetter & Klima | Klimawandel 81 Satellitenmessungen zeigten, dass es neben diesem Zyklus auch eine 80-jährige Periodizität gibt, den so genannten Gleissberg-Zyklus, der Schwankungen in der Sonnenintensität hervorruft. Forscher versuchen nun an Hand der gesammelten Daten, nähere Vorhersagen zu den Auswirkungen der Sonnenstrahlen auf unser Klima zu erlangen. Die verändernde Wirkung des 11-Jahres-Zyklus kann in der Stratosphäre nachgewiesen werden. An der Erdoberfläche lässt sich mit den Temperaturen eine eindeutige Wirkung nicht nachweisen. Jede Veränderung in der Stratosphäre hat aber Auswirkungen auf die Troposphäre und somit auf unser Klima. Bei überdurchschnittlicher Sonneneinstrahlung verschiebt sich das Spektrum des Sonnenlichts in den UV-Bereich und eine Erwärmung der Stratosphäre ist die Folge. In dieser Phase entsteht mehr Ozon, das die UV-Strahlen absorbiert. Somit wird die gesamte Atmosphäre Veränderungen ausgesetzt. Am Beispiel der Sahara wird deutlich, dass Klimaveränderungen schon immer stattgefunden haben. Die Austrocknung der Sahara fällt mit der ägyptischen Hochkultur vor 5500 Jahren zusammen. Die Sahara gehört zu den trockensten Gebieten der Erde mit einem Niederschlagswert von durchschnittlich zwei Millimeter. Kleinste Klimaveränderungen zeigen hier besonders starke Auswirkungen. Vor 10500 Jahren gab es eine geringe Klimaveränderung. Die feuchten Monsunwinde drangen fast 1000 Kilometer weiter nach Norden als zuvor und verwandelten die trockene Sandwüste in ein fruchtbares Savannengebiet. Diese Phase fällt in das Holozän, der jüngsten Phase der Erdgeschichte. Für das Niltal hatte die­se Veränderung schlechte Auswirkungen. Die einst fruchtbare Gegend verwandelte sich in ein Sumpfland mit starken Überschwemmungen. Für die nächsten 3 Jahrtausende blieben die Monsunwinde still, bis vor 7300 Jahren ein erneuter Klimawandel einsetzte. Die Monsune wurden schwächer und die Vegetation zog sich zurück und die Wüste drang wieder nach vorne. Die Bedingungen der Wüste waren wieder hergestellt und das Niltal wurde vor 5500 Jahren erneut fruchtbar. In diesem kurz skizzierten Beispiel eines Klimawandels erkennt man, dass der Mensch nicht die Ursache für die Veränderung war. Im Gegenteil, die Menschen mussten sich den sich ändernden Klimabedingungen anpassen. Kontinentaldrift & Eiszeit Der Kontinentaldrift ist allgemein anerkannt als Erklärung für die Veränderung der Erdtemperaturen. Die Kontinente bildeten sich erst langsam im Verlauf der Erdentwicklung heraus. Vor 440 Millionen Jahren mit dem Auftreten des Silur-Ordovizischen Esizeitalters im Bereich der 82 Wetter & Klima | Klimawandel heutigen Sahara, bildeten die Kontinente Südamerika, Afrika, Australien, die arabische Halbinsel, Indien und die Antarktis den Urkontinent Gondwana. Geografisch lag er im Bereich des Südpols, wodurch die Eiszeit im Gebiet der Sahara erklärbar wird. Alfred Wegener erstellte die Theorie des Kontinentaldrifts, der langsamen Zirkulation der Kontinente. Die Tektonischen Platten, aus denen die Erdoberfläche besteht, bewegen sich äußerst langsam, nur bis zu 6 cm pro Jahr, über der unter ihnen befindlichen flüssigen Lava. Für die Menschen ist dieser Vorgang kaum wahrnehmbar. Grundlage des Kontinentaldrifts ist die Theorie, dass an den Polen nur Eis und Schnee gebildet werden können, wenn sich darunter ein Kontinent, eine Landmasse befindet. Das Land reflektiert mehr Sonnenstrahlen als das Wasser und es kommt zu einer Abkühlung. Eis entsteht, das die Sonnenstrahlen noch besser reflektiert und ein Sinken der Temperaturen zur Folge hat. Dadurch kommt es zu einer kleineren Wasseroberfläche, da diese ans Eis gebunden ist. Weniger Feuchtigkeit kann kondensieren und durch die geringeren Niederschläge wächst das Eis langsamer. Weltweit kommt es zu einer allgemeinen Abkühlung, die sich erst durch einen erneuten CO2-Anstieg der Atmosphäre ändert. Dies ist ein Sonnenflecken Beginn des Juras Beginn der Kreidezeit Beginn des Känozoikums natürlicher Treibhauseffekt, verursacht durch die Vulkane. Diese stoßen regelmäßig CO2 aus, welches auf Grund der großflächigen Vereisung weniger stark in Gesteinen gebunden wird und somit Einfluss auf das Klima nimmt. Der geografische Südpol der Erde befindet sich auf einem Kontinent, der Antarktis. Vor ca. 25 Millionen Jahren entstand eine Öffnung zwischen der Antarktis und Südamerika und der Antarktische Zirkumpolarstrom konnte sich bilden. Damit setzte eine verstärkte Vereisung ein. Deshalb befinden sich heute rund 90 % des Eises weltweit in der bis zu 4.500 m dicken Eisdecke der Antarktis. Auch heute befindet sich die Erde in einer Zwischenphase der neuen Eiszeit. Begonnen hat sie vor circa 2, 6 Millionen Jahren. Das Eiszeitalter beginnt jeweils mit einer langsamen, globalen Abkühlung. Als Folge machen sich ökologische Auswirkungen in der Klimaveränderung bemerkbar, besonders in der Tier- und Pflanzenwelt, je nach geografischer Lage. Zu den Klimaänderungen der Erde gibt es zahlreiche Untersuchungen. So macht Dr. Glaser, Klimaforscher, deutlich, dass es viele Erkenntnisse zur Klimaentwicklung gibt und dass Veränderungen stets auch ohne den Eingriff von Menschen in das Klimasystem aufgetreten sind. Es gab immer wieder kurzfristige Wetterextreme, Gegenwart wie Hochwasser oder Dürreperioden, die man ohne die Erkenntnisse der Klimaentwicklung als neuartig einstufen würde. Die Erdtemperatur war im Durchschnitt in den letzten 600 Millionen Jahren konstant hoch bei 22 Grad Celsius. Unterbrochen wurde sie durch vier große Kälteperioden mit einer Durchschnittstemperatur von -10 Grad. Wir leben derzeit in einer Zwischeneiszeit. Durch den Temperaturabfall der letzten 8000 Jahre um 3 Grad erkennt man, dass wir einer neuen Eiszeit zugehen. In der gesamten Erdgeschichte haben die Temperaturänderungen auch nichts mit menschlichen Treibhausgasen zu tun, sondern sind ein natürlicher Klimaablauf, der durch geophysische Veränderungen hervorgerufen wurde. Somit wären Global Warming und Global Cooling natürliche Prozesse. Merke: • Die Warmzeit des Mittelalters und die darauf folgende kleine Eiszeit können analog zur momentanen Klimaänderung gesehen werden. • In der Geschichte der Erdentwicklung kennt man vier große Eiszeiten und mehrere kleine Eiszeiten. Vor 300 Millionen Jahren gab es bereits eine ähnlich hohe Konzentration von CO2 in der Atmosphäre und vergleichbar hohe Temperaturen wie heute. • Als Solarhypothese bezeichnet man den Aspekt der Sonneneinstrahlung und ihr Wirken auf das Erdklima. • Sonnenflecken sind dunkle Flecken auf der Sonne, die weniger Licht abstrahlen. • Der Kontinentaldrift bezeichnet die langsame Bewegung der Kontinente. Wetter & Klima | Klimawandel 83 Globale E rwärmung Kapitel 7 Eine globale Erwärmung ist eine Klimaveränderung, die, im Unterschied zum Klimawandel, auf menschliche Einflüsse zurückzuführen ist. Die Menschheit ist besonders in diesem Jahrhundert mit einer rasanten Erderwärmung konfrontiert. In den letzten 100 Jahren stieg die Durchschnittstemperatur der Erde um 0,74 Grad Celsius. Bis 2100 halten Klimaforscher einen globalen Temperaturanstieg um bis zu 6,4 Grad Celsius durchaus für möglich. Die Folgen für unseren Planeten wären verheerend. Die Ursache für die zu schnelle Erwärmung ist die moderne Lebensweise unserer Industriegesellschaft. Das Klima wird durch das Abholzen unserer Wälder, Massentierhaltung und das Verbrennen von Kohle, Gas und Öl enorm belastet und verursacht den oft diskutierten Treibhauseffekt. Das Ozonloch Ozon ist eine besondere Form von Sauerstoff. In den oberen Schichten der Atmosphäre schützt das Ozon vor den einfallenden UV-Strahlen der Sonne. Bodennahes Ozon ist aber schädlich. Es greift die Wände von Tier- und Pflanzenzellen an und kann diese zerstören. In geringer Konzentration macht sich Ozon durch unangenehme Reizungen bemerkbar. Bei hoher Ozonbelastung klagt der Mensch über Husten, Atembeschwerden, Konzentrationsstörungen und einem starken Leistungsabfall. Ozon kann langfristig das Lungengewebe verändern und die Lungenfunktion herabsetzen. Die unterste Schicht der Atmosphäre, die Troposphäre, ist nur ca. 10 km dick. Sie enthält 90% Luft und besteht aus einem Gemisch von 21% Sauerstoff und 78% Stickstoff. Das natürliche Ozon kommt neben dem Edelgas Argon und dem Kohlendioxid in der Troposphäre in geringer Konzentration vor. Entstehung von Ozon Sauerstoff ist ein Molekül, in welchem zwei Sauerstoffatome miteinander gebunden sind. Unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne, aber auch bei elektrischen Entladungen UV-Strahlen spalten ein Sauerstoffmolekül Das freie Sauerstoffatom bindet sich an ein Sauerstoffmolekül Es entsteht Ozon (O3) wie bei Gewittern, wird das Sauerstoffmolekül aufgebrochen, dabei entstehen zwei einzelne Sauerstoffatome: O 2 —> UV-Licht, elektr. Entladungen —> 2 O-Atome Diese einzelnen Sauerstoffatome sind extrem reaktionsfreudig und verbinden sich mit einem anderen Sauerstoffmolekül zu einem Molekül namens Ozon: O-Atom + Sauerstoffmolekül (O 2) —> Ozonmolekül (O3) Der Vorgang findet in der Natur in Bodennähe vor allem bei Gewitterentladungen statt. Auf diese Weise entsteht das Ozon auch in der Stra- Lage der Ozonschicht in der Atmosphäre Exosphäre 1000 400 Thermosphäre 200 100 Mesosphäre 50 Ozonschicht Stratosphäre 15 10 6 Troposphäre 4 2 0 86 Wetter & Klima | Globale Erwärmung Entstehung des Ozonlochs UV-8Strahlung Ozonschicht FCKW Sonnenlicht spaltet Stickstoffdioxid aus Autoabgasen etc. … Die intakte Ozonschicht filtert die UV-B-Strahlung zu 99%. Wenn FCKW in die Atmosphäre aufsteigen, wird die Ozonschicht abgebaut. NO NO2 tosphäre, in 15 bis 50 km Höhe, durch intensive Strahlung des UV-Lichtes der Sonne. Das Ozon erfüllt in der Stratosphäre eine lebenswichtige Aufgabe für die Erde. Es wirkt als Filter und schirmt die, für die Menschen gefährliche UVB-Strahlen der Sonne ab. Diese Strahlenart kann krankhafte Veränderungen der Zellen bei allen Lebewesen bewirken und ist an der Entstehung von Krebs beteiligt. Während das Ozon in der Stratosphäre lebenserhaltend wirkt, ist es in Bodennähe als starkes Atemgift unerwünscht. Bereits ein leichter Anstieg des Ozongehaltes führt bei empfindsamen Personen zu Kopfschmerzen, Atembeschwerden, Konzentrationsstörungen, Schleimhautreizungen, Hustenreiz und einem allgemeinen Leistungsabfall. Das Ozon wird seit vielen Jahren bereits auch als krebserregende Substanz identifiziert. Das Ozon ist aber nicht nur für den Menschen gefährlich. Eine erhöhte Ozonkonzentration wird auch für das Waldsterben verantwortlich gemacht. Das oft erhebliche Ansteigen des Ozongehaltes in den Sommermonaten ist auf die erhöhten Abgasemissionen des Straßenverkehrs zurückzuführen. Durch die Verbrennung von Benzin im Motor entstehen in größeren Mengen Stickstoffoxide. Die Stickstoffdioxidmoleküle zerfallen unter dem Einfluss von UV-Licht in Stickstoffoxid und ein Sauerstoffatom. … In Stickstoffmonoxid (NO) und Sauerstoff (O) O Der atomare Sauerstoff (O) verbindet sich mit molekularem Sauerstoff (O2) O O2 O3 Folgen hoher Ozon-Konzentration: Reizung der Atemwege, tränende Augen, Kopfschmerzen Stickstoffdioxid (NO2) —> Stickstoffoxid (NO) + O-Atom Das Sauerstoffatom verbindet sich mit einem Sauerstoffmolekül zu einem Ozonmolekül: Wetter & Klima | Globale Erwärmung 87 kurzwellig Röntgenstrahlung Ultraviolette Strahlung Sichtbares Licht 390... 780nm Infrarote Strahlung langwellig Mikrowellen Radiowellen Thermosphäre Absorbtion Atmosphäre Merke: einfallende Strahlung Mesosphäre Absorbtion Stratosphäre (Ozonschicht) Troposphäre Erdoberfläche O-Atom + Sauerstoffmolekül (O 2) —> Ozonmolekül (O3) Die Entstehung von Ozon in Bodennähe wird durch folgende Faktoren begünstigt: UV-Strahlung der Sonne und Emissionen, das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden aus Abgasen. Daher steigen die Ozonwerte besonders im Sommer in Ballungsgebieten mit viel Verkehr. Globale Untersuchungen haben ergeben, dass der Ozongehalt in der Luft durch eine geringere Nutzung von Autos erheblich eingeschränkt werden kann. Auch Kraftfahrzeuge mit Katalysatoren verringern den Rück- gang von Stickoxiden in der Umwelt. Langfristig kann das Abgasproblem nur durch eine neue Verkehrspolitik gelöst werden, wie den Ausbau von öffentlichen Verkehrsnetzen. Durch sein rücksichtsloses Verhalten vermehrt der Mensch den schädlichen Ozongehalt in Bodennähe, zerstört aber den lebenswichtigen Ozonhaushalt in der Stratosphäre. Auch der massenhafte industrielle Ausstoß von chlorhaltigen Verbindungen, auch als FCKW, Fluorkohlenwasserstoffe bekannt, zerstört die für den Planeten lebenswichtige Ozonschicht. Die gefährlichen krebserregenden UV-B-Strahlen gelangen auf die Erde. Der Treibhauseffekt Die Erwärmung unseres Planeten durch Treibhausgase und Wasserdampf in der Atmosphäre bewirkt den oft diskutierten Treibhauseffekt. Ursprünglich wurde der Begriff Glashauseffekt verwendet. Mit diesem Begriff wird der Temperaturanstieg in einem verglasten Gewächshaus unter ständiger Sonneneinstrahlung beschreiben. Erstmals entdeckt wurde der Treibhauseffekt von Joseph Fourier im Jahre 1824. Der Begriff bezeichnet heute den Wärmestau der Atmosphäre der Erde durch die Sonneneinstrahlung. Die genaue Erforschung begann aber erst 1958 mit Charles David Keeling. Durch den menschlichen Eingriff kommt es zu einer starken Veränderung der Atmosphäre, die auf den natürlichen Treibhauseffekt enorme Auswirkungen hat. Dieser 88 Wetter & Klima | Globale Erwärmung Effekt wird auch anthropogener Treibhauseffekt genannt. Die Folgen sind eine globale Erd­ erwärmung, die rasanter voranschreitet, als eine Erwärmung der Erdoberfläche durch die natürlichen klimatären Entwicklungen Physikalische Grundlagen Um ihre eigene Oberfläche zu kühlen, strahlt die Sonne Energie in Form von elektromagnetischen Wellen zur Erde. Die Lufthülle der Erde und normale Glasscheiben absorbieren nur einen geringen Teil der Strahlungen, die somit fast ungehindert in das Treibhaus gelangen können. Die erwärmten Gegenstände des Glashauses strahlen ebenfalls elektromagnetische Wellen ab. Für diese Rückstrahlung ist Glas und die Atmosphäre der Erde undurchlässig. Als Folge wird das Treibhaus stärker aufgeheizt, als man erwarten würde. • Globale Erwärmung und ihre Folgen sind auf den menschlichen Einfluss zurückzuführen. • Ozon entsteht unter der Einwirkung des UV-Lichts der Sonne. Ein Sauerstoffmolekül wird aufgebrochen und setzt zwei Sauerstoffatome frei, die sich rasch mit einem anderen Sauerstoffmolekül verbinden. Das Ozon ist entstanden. In der Nähe des Bodens ist es ein starkes Atemgift, in der Atmosphäre aber von großem Nutzen. Der Treibhauseffekt wird seit langem in Gewächshäusern genutzt, wird aber auch in der Architektur eingesetzt, um beim energiesparenden Hausbau die notwendige Menge Brennstoff zum Heizen von Wohnräumen zu reduzieren. Atmosphärischer Treibhauseffekt Die sogenannten Treibhausgase Wasserdampf, H2O, Kohlenstoffdioxid, CO2, Methan, CH4 und Stiickstoffoxid, N2O, besser bekannt als Lachgas, bewirken in der Erdatmosphäre einen Treibhauseffekt, der entscheidenden Einfluss auf die Geschichte des Klimas hat. Die Treibhausgase übernehmen hier die Rolle des Glases. Eine wichtige Rolle für das Klima spielt der Ozongehalt der Stratosphäre, der vom Menschen indirekt über fluoride Treibhausgase, auch unter der Abkürzung FCKW bekannt, beeinflusst wird. Die Wärmevorgänge in der Erdatmosphäre werden besonders von der Stärke der Sonnenstrahlung angetrieben. Die Stärke der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Von der Sonnen­ energie werden ca. 30 Prozent durch Wolken, Luft, Schnee und Eis wieder in den Weltraum reflektiert. Dieser Vorgang ist auch als Albedo bekannt. Die Vorgänge in der Atmosphäre werden nochmals näher erläutert: 1. Die Moleküle der Treibhausgase absorbieren Energie aus der Strahlung, die von der Erdoberfläche abgegebenen wird. Dies bezeichnet man auch als Wärmestrahlung. 2. Der größte Anteil der Moleküle gibt diese absorbierte Energie bei Zusammenstößen mit anderen Molekülen wieder an diese ab. Dadurch wird die Temperatur des Gases erhöht, aber insgesamt noch keine Energie abgestrahlt. 3. Mit steigender Temperatur der Treibhausgase erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die von den Molekülen aufgenommene Energie, die entweder durch Strahlungsabsorption direkt oder durch Stöße aufgenommen wurde, nicht durch weitere Zusammenstöße weitergereicht, sondern abgestrahlt wird. 4. Die von den Treibhausgasen aufgenommene Energie wird je nach Temperatur in Form von Strahlung im Bereich des Infrarots in alle Richtungen, also auch wieder zurück in Richtung Erde, abgegeben. Diese Abstrahlung senkt die Temperatur der Treibhausgase. Schließlich stellt sich eine Temperatur ein, bei der Absorption und Emission im Gleichgewicht sind. Dabei ist die Abstrahlung parallel zur Erdoberfläche uninteressant, da diese Strahlung in den Treibhausgasen verbleibt. Interessant ist nur die Abstrahlung in Richtung Erde und in Richtung Weltraum, die beide etwa gleich groß sind. Somit wird die absorbierte Energie also je zur Hälfte in Richtung Erde und die andere Hälfte in Richtung Weltraum abgestrahlt. Die Treibhausgase lassen die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung weitgehend ungehindert auf die Erde durch, strahlen aber selbst im längerwelligen Bereich. Dadurch erhält die Erdoberfläche mehr Strahlung als durch die Sonne allein und erwärmt sich stärker. Im Gleichgewicht muss der Atmosphäre so viel Energie zugeführt werden, wie durch die Strahlung aus der Atmosphäre verloren geht. Dieses geschieht auf mehrere Arten wie z. B. durch Konvektion. Wichtig ist auch die Höhenverteilung, von wo die Wärmestrahlung die Erdoberfläche erreicht. Für den Treibhauseffekt direkt von Bedeutung ist nur der Anteil der Abstrahlung aus niedrigen Höhen, weil nur diese Abstrahlung die Erdoberfläche erreicht, ohne vorher von den Treibhausgasen wieder absorbiert zu werden. Die vom Menschen verursachte Zunahme der Treibhausgase führt zu einem Klimawandel und der globalen Erwärmung. Der natürliche Treibhauseffekt wird durch das Ausstoßen der industriellen Treibhausgase verstärkt. Diesen Prozess nennt man den anthropogenen Treibhauseffekt. Der Treibhauseffekt kurzwellige Sonnenstrahlen durchdringen die Atmosphäre Die Wärmestrahlung bleibt in der Atmosphäre Atmosphäre Das CO2 verteilt sich in der Atmosphäre Bei Bränden entsteht Kohlendioxyd Kurzwellige Strahlung wird in langwellige Strahlung umgewandelt Abgase enthalten große Mengen CO2 Der Boden Die Atmosphäre reflektiert erwärmt sich die Strahlung Wetter & Klima | Globale Erwärmung 89 Folgen der globalen Erwärmung Durch den Treibhauseffekt kommt es zu einer allgemeinen globalen Erwärmung mit für die Menschheit schwerwiegenden Folgen der Klimaveränderung. Wissenschaftler warnen nicht nur vor dem Anstieg des Meeresspiegels und dem Schmelzen der Gletscher, sondern auch vor extremen Wetterextremen. Ausmaß Von dem Ausmaß des Ausstoßes der Treib­ hausgase hängt in Folge die Temperaturerhöhung des 21. Jahrhunderts ab. Man geht davon aus, dass sich die Temperatur um circa 1,1 bis 6,4 Grad Celsius erhöhen wird. Kälteereignisse werden seltener auftreten, als extreme Hitzeereignisse. Die globale Erwärmung birgt besondere Risiken für die menschliche Sicherheit, die Umwelt, Gesundheit und Wirtschaft. Einige Veränderungen, vor allem in Bezug auf Menschen und Ökosysteme sind bereits wahrnehmbar, wie die Gletscherschmelze und die steigenden Meeresspiegel. Die Stärke der Folgen wird recht unterschiedlich eingeschätzt und ist stark von den regionalen Begebenheiten abhängig. International können die Folgen recht gut analysiert werden, aber regional werden sie recht unsicher eingeschätzt. Die Stärke der Veränderung hängt von der Schnelligkeit des Klimawandels ab. Neben einer höheren globalen Durchschnittstemperatur gehören zu den Folgen der Veränderungen ansteigende Meeresspiegel, zu schnell schmelzende Gletscher, Verschiebung von Klimazonen, Vegetationszonen und damit tierischen Lebensräumen, verändertes Auftreten von Niederschlägen, häufigere Wetterextreme wie Überschwemmungen und Dürren, Waldbrände, Ausbreitung von Parasiten und tropischen Krankheiten sowie ein vermehrter Anstieg von Umweltflüchtlingen, besonders in Ländern der Dritten Welt, wo angestammte Lebensräume durch Wasserknappheit, wie in Afrika, oder einem steigenden Meerespiegel, wie in Bangladesh, verloren gehen. Medien sprechen in diesem Zusammenhang von einer Klimakatastrophe. Besonders die steigenden Durchschnitts­ temperaturen verschieben das gesamte Temperaturspektrum. Extreme Kälteereignisse treten momentan seltener auf, aber außergewöhnliche Hitzeereignisse werden immer wahrscheinlicher. Die möglichen Auswirkungen auf menschliche Sicherheit, Gesundheit, Wirtschaft und Umwelt der globalen Erwärmung bergen große Risiken für die Menschheit, können sich aber örtlich und regional auch positiv auswirken. Merke: • Treibhausgasse sind Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Stickstoffoxid. • FCKW sind fluoride Gase, die von der Industrie ausgestoßen werden. Sie beeinflussen den Ozongehalt der Stratosphäre. • Die Solarkonstante beschreibt die Stärke der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre. Umweltauswirkungen Bei einer rasanten globalen Erwärmung kommt es zu extremen Klimaveränderungen, die für den Planeten und die gesamte Menschheit enorme Auswirkungen haben könnten. Die wichtigsten sollen nun vorgestellt werden. Veränderte Jahreszeiten Das zeitlich veränderte Auftreten der Jahreszeiten in klimatischer Hinsicht zeigt bereits die ersten Folgen der globalen Erwärmung. So beginnt der Frühling meist zwei Wochen früher, was auch am Verhalten der Zugvögel deutlich erkennbar ist. Auch die Blüten- und Blattentfaltung der Pflanzen beginnt in Europa und Nordamerika früher. Eine Verschiebung dieser Rhythmen hat für Fauna und Flora schwerwiegende Folgen. So haben die Jungen gewisser Vogelarten, z.B. der Kohlmeise, erschwert mit Nahrungsproblemen zu kämpfen. Der Lebenszyklus ihrer Hauptnahrungsquelle, eine Raupenart, hat sich nach vorne 90 Wetter & Klima | Globale Erwärmung Kohlenstoffdioxid-Gehalt (in ppm) 400 350 300 1950 1960 1970 1980 1990 2000 CO2 Anstieg der Atmosphäre von 1958-2004, GAW-Messstation, Hawaii. 2010 Jahr Verschiebung der Klimazonen Mit dem Tempo des weiteren Temperaturanstieges verändert sich das Risiko für die Ökosys­ teme der stark erwärmten Erde. Bereits mit der Erwärmung von 1 – 2 °C liegen signifikante Veränderungen in den Klimazonen vor. Eine Erwärmung von über 2 °C zieht bereits das Aussterben vieler Tier- und Pflanzenarten nach sich. Können sie den sich schnell ändernden Vegetationszonen nicht folgen, werden sie von ihrem geografischen Lebensraum verdrängt und stehen unter dem Risiko des Aussterbens. In weiterer Folge drohen der Zusammenbruch bestehender Ökosysteme und große Hunger- und Wasserkrisen, mit besonderem Schwerpunkt in den Entwicklungsländern. Als sehr gering eingeschätzt wird die Anpassungsfähigkeit der Fauna und Flora in den Tropengebieten, die bislang nur geringen Schwankungen ausgesetzt war. Als Tatsache bleibt bestehen, dass in den Gebirgen, Polargebieten, Tropen und Subtropen bis 2100 völlig neue Klimabedingungen auftreten könnten. Auswirkung auf die Meere Der Ph-Wert der Ozeane wird durch den steigenden Anteil des Kohlendioxids in der Atmosphäre indirekt gesteigert. Die teilweise Verbindung von Wasser und Kohlendioxid führt zu einer Versauerung der Ozeane. Dieser Effekt kann zwar die Erderwärmung verringern, hat aber katastrophale Folgen für Tiere, die einen Schutzmantel aus Kalk aufweisen, wie z.B. die Korallen und Kleinstlebewesen, wie Meeresschnecken, Krebse und Krabben. Mit steigenden Temperaturen und wachsendem CO2 – Anteil nimmt die Aufnahmefähigkeit der Meere für Kohlenstoff ab. Erwärmung der Meere & Anstieg des Meeresspiegels Der Meeresspiegel erhöht sich als Folge der Erd­ erwärmung. Der Grad der Erhöhung unterscheidet sich regional auf Grund der Meeresströmung und anderen Faktoren. Sollte sich der Anstieg des Meeresspiegels nicht verringern, müssen besonders einige kleinere Länder im Pazifischen Ozean um ihre Existenz fürchten. Anstieg des Meeresspiegels 23 jährliche Tidenhub-Aufzeichnungen Drei-Jahres-Durchschnitt Satellitenmessungen Änderung Des Meeresspiegels (in cm) verlagert und die Vögel kommen mit ihrem Brutverhalten nur teilweise nach. Den Jungvögeln fehlt somit eine wichtige Nahrungsgrundlage. Im gleichen Zuge kann man eine Verschiebung der Herbstphasen beobachten, die mit Beginn der Laubfärbung sichtbar wird. 30 25 20 15 10 5 0 -5 1880 1900 1920 1940 Mit der steigenden Temperatur der Atmosphäre erwärmen sich auch die Meere, wobei ein Temperaturanstieg von 0,6 Grad Celsius gravierende Folgen für ihre Bewohner, die Fische und Meeressäuger, haben kann. Sie wandern, ähnlich den Landtieren, nordwärts. Momentan profitiert das Nordmeer durch gesteigerten Fischfang, jedoch wird sich die Zusammensetzung des Fangs erheblich ändern, wenn die Erwärmung über 2 Grad Celsius erreicht. Besonders betroffen sind erneut die Korallenriffe, die bei Mehrbelastung vom Absterben bedroht sind. 1960 1980 2000 Der gemessene Anstieg des Meeresspiegels von 1900 bis 2000. Veränderte Meeresströmungen Weniger offensichtliche Entwicklung zeigt uns der Nordatlantikstrom. Wasser, das mit dem Golfstrom heran getrieben wird, kühlt ab. Die Dichte des Oberflächenwassers erhöht sich und als Folge sinkt die Dichte der tieferen Schichten des Ozeans. Dieses Absinken setzt eine dauernde Zirkulation in Gang, da sich in der Tiefsee eine neue Strömung in entgegengesetzter Richtung heranbilden kann. In den vergangenen Wetter & Klima | Globale Erwärmung 91 somit die Wasserversorgung ganzer Städte beeinflussen. Für die Industrie und die Landwirtschaft hätte dies weitreichende Folgen. Das Abschmelzen der Eiskappen am Nordpol Polarkappen & Eisschilde In der Arktis steigt die Wassertemperatur schneller, als im globalen Durchschnitt. Die gesamte Arktis ist in Bewegung und zunehmend mehr offene Wasserflächen sind sichtbar. Besonders in den Jahren 2005 und 2006 war der Flächenverlust der Gletscher und Eiskappen deutlich erkennbar. Nach den Klimaforschungen kann man bis Mitte und Ende des 21. Jahrhunderts bei fortschreitender Erderwärmung damit rechnen, dass die Nordpolargebiete zumindest bereits in den Sommermonaten eisfrei wären. Das Schmelzen des Nordpoleises hätte aber global nur geringe Auswirkungen, da das Eis eine geringere Dichte als das Wasser hat. Das Abschmelzen der Eiskappen von Grönland und der Antarktis hätte hingegen verheerende Folgen mit einem Anstieg des Wasserspiegels von bis zu 7 Metern. Beispielhafte Darstellung der Gletscherschmelze im Vergleich vorher – nachher. In der Antarktis besteht über die genaue Entwicklung Unsicherheit. Die Temperaturschwankungen zeigen weder eine Erwärmung, noch eine Abkühlung. Dürren & Überschwemmungen 120.000 Jahren wurde der Nordatlantikstrom durch die Zufuhr großer Mengen von Süßwasser unterbrochen. Theoretisch könnte durch die globale Erwärmung und des Schmelzens der Gletscher an den Polen erneut eine Unterbrechung der Meeresströmung geschehen. Ein Versiegen des Golfstromes hätte zwar keine neue Eiszeit, aber einen extremen Kälteeinbruch in Nordeuropa zur Folge. Rückgang der Gletscher Eng verbunden mit dem Anstieg des Meeresspiegels ist der Rückgang der Gebirgsgletscher, der sich seit dem 19. Jahrhundert extrem beschleunigt hat. Auf Grund ihres trägen Gebildes werden sie viel weniger durch einzelne Wetterlagen, als durch langfristige Klimaveränderungen beeinflusst. Daher sind sie ein guter Indikator für Temperaturtrends, auf die sie sehr empfindlich reagieren. Gletscher sind zum Großteil die Haupttrinkwasserquellen zahlreicher Städte im Sommer. Ein Rückgang und Verschwinden der Gletscher kann 92 Wetter & Klima | Globale Erwärmung Die globale Erwärmung führt auch zu einer Veränderung der Niederschlagswerte an bestimmten Orten oder in deren zeitlichem Ablauf. Auf einer erwärmten Erde würden Dürren und Überschwemmungen zunehmen. Ein einzelnes Wetterereignis kann nie direkt auf die globale Erwärmung zurückgeführt werden, aber die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines solchen Phänomens ändert sich unter den Bedingungen des Klimawandels. Laut den erwarteten Auswirkungen der globalen Erwärmung kam es im 20. Jahrhundert zu schweren Überschwemmungen, die sich im 21.Jahrhundert bereits verschärft haben. Vermehrung der Hurrikane Ihre Stärke beziehen die Hurrikane durch die Energie aus den erhöhten Temperaturen des Meeres. Mit steigender Temperatur erhöht sich die Wasserdampfaufnahme der Luft. Diese Zunahme verläuft nicht linear, sondern exponentiell. Der Prozess aus Verdunstung und Kondensation in jedem bewegten Kubikmeter Luft liefert mehr Energie für einen Sturm und bewirkt insgesamt mehr und heftigere Niederschläge. Merke: Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffektes sind veränderte Jahreszeiten, Dürren und Überschwemmungen, Schmelzen der Gletscher und Polarkappen, Erwärmung der Meere, Anstieg des Meeresspiegels, veränderte Meeresströmung und vermehrtes Auftreten von Hurrikanen. Wetter & Klima | Globale Erwärmung 93 Glossar Albedo Energiedefizit Gewitter Als Albedo bezeichnet man das Verhältnis der einfallenden zur reflektierten Strahlung. Gebiete mit weniger Sonnenstrahlung wie die Polargegenden haben im Vergleich zum Rest der Erde ein Energiedefizit. In der Polarnacht ist es sechs Monate dunkel und kein Sonnenlicht erhellt den Tag. Es herrscht somit ein Defizit an Sonnenstrahlung. Als Gewitter bezeichnet man die elektrische Entladung der Luft. In der Gewitterwolke herrschen starke Aufwinde. Die Gewitterzelle ist die kleinste Einheit, aus der sich ein Gewitter aufbaut. Sie durchläuft die Wachstumsphase, die Reifephase und das Zerfallsstadium. Dauerfrostboden Grenzen der Sphären Dauerfrostboden findet man in Gegenden mit arktischem und antarktischem Einfluss. Hier ist der Boden ab einer gewissen Tiefe das ganze Jahr durchgefroren. Dieser Frost kann Tiefen bis 1450 Meter erreichen. Die Sphären werden durch die Stratopause, Tropopause und Mesopause abgegrenzt. Atmosphärische Zirkulation Atmosphärische Zirkulation bezeichnet die Zirkulationsvorgänge in der Atmosphäre auf Grund der unterschiedlichen Energiezufuhr der Erde durch die Sonne. Zwischen Äquator und Polen herrscht ein Gegensatz von Temperatur und Energie. Durch die unterschiedlichen Zirkulationssysteme wird ein Ausgleich geschaffen. Bauernkalender Der Bauernkalender beschreibt fixe Tage im Kalender, nach denen der beste Zeitpunkt für Aussaat und Ernte angegeben wird. Blitz Das Phänomen Blitz wird durch die elektrostatische Aufladung der Atmosphäre hervorgerufen. Dabei werden Ladungen von Elektronen oder Gas-Ionen zwischen Erde und dem Himmel ausgetauscht. Es fließen also elektrische Ströme. Der El Nino ist eine Wetteranomalie, die alle 2 bis 7 Jahre auftritt. Seine Ursache liegt im Abschwächen der Passatwinde. Folgen sind Unwetter. FCKW FCK W sind fluoride Gase, die von der Industrie ausgestoßen werden. Sie beeinflussen den Ozongehalt der Stratosphäre. Celsius Fjord Celsius ist eine Maßeinheit der Temperatur. Die Celsius-Skala wurde 1742 vom schwedischen Wissenschaftler Anders Celsius eingeführt. Fixpunkte sind der Gefrier- (0 Grad Celsius) und der Siedepunkt (100 Grad Celsius) von Wasser. In der Celsius Skala können auch negative Temperaturen vorkommen. Als Fjorde bezeichnet man lange ins Festland reichende Meeresbuchten mit steilen Ufern. Fjorde sind meist sehr tief. Die Entstehung von Fjorden ist von Gletschern geprägt. Typischer Querschnitt ist eine U-Form. Corioliskraft Durch die Bewegung der Erde um ihre Achse entsteht die sogenannte CoriolisKraft. Diese seitlich wirkende Kraft wird nach ihrem Entdecker, dem Physiker G. C. Coriolis benannt. Sie ist eine Trägheitskraft, die entsteht, wenn sich die Trägheit der Luft, die eine sich bewegende Masse ist, sich gegenüber veränderten Bewegungsgrößen in einem sich drehenden System, wie der Erde, auswirkt. 94 El Nino Wetter & Klima | Glossar Föhn Der Föhn ist ein warmer und trockener Fallwind in den Alpen. Kommt er vom Süden, wird er auf der Alpennordseite als Südföhn bezeichnet und umgekehrt als Nordföhn. Der Wind entsteht, wenn die Luft vom Gebirge zum Aufsteigen gezwungen ist. Dabei kühlt sich die Luft um 1 Grad Celsius je 100 m ab. Gondwana Der Urkontinent Gondwana befand sich am Südpol. Aus diesem Kontinent gingen unsere heutigen Kontinente hervor. Großwetterlagen Unter einer Großwetterlage versteht man das Wetter in einem größeren Gebiet wie zum Beispiel Teile Europas, wo sich das Wetter über mehrere Tage nicht ändert. Haarlocke Die Haarlocke ist eine der vier Grundarten der Wolken-Klassifikation. Hierbei wurde das optische Erscheinungsbild der Form und Gestalt, nicht aber die Zusammensetzung bewertet. Hurrikan Ein Hurrikan entsteht bei einer Wassertemperatur von 26,5 °Grad in der Passatwindzone. Voraussetzung für die Sturmbildung ist ein Abstand von mindestens 550 km zum Äquator. Hurrikane nehmen eine große Menge von Wärme über dem Meer auf. Das ‚Auge‘ ist eine windarme und niederschlagsfreie Zone in der Mitte des Wirbelsturms. Isobaren Isobaren sind Linien auf Karten, an denen Orte mit gleichem Luftdruck verbunden werden. Die Karten werden Isobarenkarten genannt. Kelvin Kelvin ist die Normeinheit der Temperatur. Der absolute Nullpunkt ist -273,15 Grad Celsius. Es kommen keine negativen Temperaturen vor. 0° K = -273.15° C. Klima Das Klima beschreibt alle Vorgänge in der Atmosphäre in bestimmten Gebieten über einen Zeitraum von 30 – 40 Jahren. (O2). Bei UV-Strahlung wird das Molekül aufgebrochen und die einzelnen Atome verbinden sich mit einem Sauerstoffmolekül zu Ozon (O3). Klimatologie Satellit Klimatologie ist die Wissenschaft, die sich mit dem Klima und dessen Einflüssen befasst. Unter Zuhilfenahme modernster Hilfsmittel wird versucht, die Umstände um das Wetter zu enträtseln. Als Satellit bezeichnet man einen künstlichen Raumflugkörper, der die Erde oder andere Planeten umrundet, um Daten (z.B. wissenschaftlich, Wetter) zu sammeln und zur Weiterverarbeitung an die jeweiligen Bodenstationen übermittelt. Köppel‘sche Klimaerklärung Das Klima eines bestimmten Ortes kann nach Köppel mit einer Klimazone, einem Klimatyp und einem Klimauntertyp beschrieben werden. Lava Lava nennt man Magma, das an die Erdoberfläche getreten ist. Es ist flüssig. In flüssigem fließenden und im erstarrten Zustand wird sie als Lavastrom bezeichnet. Lava ist ein vulkanisches Produkt. Luft Das Wetter beschreibt nur den momentanen Zustand der Atmosphäre. Somit ist das Wetter oft nur regional begrenzt und kann sich von Region zu Region in Abhängigkeit der Topografie verändern. Sphären Synoptik Die Meteorologie beschäftigt sich mit allen chemischen und physikalischen Prozessen, die in der Erdatmosphäre stattfinden. Sie befasst sich mit der Erforschung des Wetters. Zur Wetterprognose benötigt sie Daten verschiedener Wetterstationen und der Satelliten. Unter Synoptik versteht man den Zusammenschluss mehrerer Wetterstationen, welche Wetterbeobachtungen nach einem einheitlichen Verfahren zu gleicher Zeit durchführen. Die Daten dienen zur Erstellung von Wetterkarten. Als Ozon wird ein Sauerstoffmolekül bestehend aus drei Sauerstoffatomen genannt. Ein normales Sauerstoffmolekül besteht aus zwei Atomen Sauerstoff Das chemische Element Wasserstoff kommt am häufigsten auf der Erde vor. Es kommt in allen organischen Verbindungen sowie dem Wasser vor. Wetter Meteorologie Ozon Wasserstoff Unter Savanne versteht man eine Vegetationsart nördlich und südlich des Äquators. Die verschiedenen Typen reichen je nach Niederschlag von Feucht-, Trocken-, und Dornbuschsavanne. Auf Grund des Feuchtigkeitshaushaltes ergibt sich ein Unterschied in der Vegetation von zwei Meter hohem Gras und Baumgruppen hin bis zu wüstenähnlichem Charakter mit nur mehr Dornbüschen. Unter Sphären versteht man das Himmelsgewölbe. Die Bezeichnung kommt aus dem Griechischen. Die Vorstellung beruht auf dem Prinzip einer Kugel in Schichtform. Unter Oase versteht man einen Ort in der Wüste mit einer Wasserstelle, Teichen oder einer Quelle. Heute findet man in Oasen Städte, Industrie und Touristenzentren. Unter Verdunstung versteht man den Übergang eines Stoffes vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, ohne den Siedepunkt zu erreichen. Dieser Punkt ist je nach Stoff unterschiedlich. Savanne Luft ist ein Gasgemisch. Es ist geschmacksund geruchsfrei. Die Hauptbestandteile sind 21% Sauerstoff und 78% Stickstoff. Oase Verdunstung Tornado Ein Tornado ist ein kleiner Luftwirbel in der Erdatmosphäre mit einer fast senkrechten Drehachse. Man unterscheidet zwischen meso-zyklonalen und nichtmesozyklonalen Tornados. Ersteres ermöglicht die Bildung von Superzellen bei Gewittern. Wettervorhersage Wettervorhersagen sind Prognosen über den Zustand der Atmosphäre zu bestimmten Zeitpunkten an bestimmten Orten. Wind Als Wind bezeichnet man Luftströmungen in der Atmosphäre, die durch Druckausgleich entstehen. Wind hat beim Wetter eine große Bedeutung. Zenitalregen Zenitalregen bezeichnet den Niederschlag in tropischen Gebieten. Die Sonne steht im Zenit. Der Boden und die darüber befindliche Luft werden stark erwärmt. Die warme Luft steigt schnell auf und kühlt dabei ab. Es kommt zur Kondensation. Die Folge sind starke Regenfälle. Zyklone Zyklonen sind Tiefdruckgebiete. Sie entstehen durch das Zusammentreffen von kalter Luft aus dem Norden und warmer Luft aus den Tropen. Antizyklonen sind Hochdruckgebiete. Treibhausgase Treibhausgase sind Wasserstoff, Methan, Kohlendioxid und Stickstoffoxid. Wetter & Klima | Glossar 95 Index 11-Jahres-Rhythmus 72 A Abkühlung 70 absolute Luftfeuchtigkeit 20 Absorption 79 Abstrahlung 79 Abwind 45 Advektion 14 Aerosolen 20, 21 Albedo 14, 86 Altaigebirge 63 Altocumulus 22 Altocumulus lenticularis 34 Altostratus 22 Antarktis 83 anthropogener Treibhauseffekt 79 Antizyklonen 30 Äquator 30 äquatoriale Klimazone 59 Äquatoriale Tiefdruckrinne 30 äquatoriale Westwindzone 56 äquatoriale Zirkulation 40 Äquatorialklima 56, 59 Äquatorialklimazone 59 Argon 13, 76 Atacama 39 Atacama-Wüste 61 Atmosphäre 8, 12 atmosphärische Gegenstrahlung 21 Atmosphärische Zirkulation 30 Aufströmen 36 Aufwinde 44 Auge des Wirbelsturmes 49 außertropischen Westwinde 25, 30 außertropische Westwindzone 56 Azorenhoch 32, 36 B Bauernregeln 27 Beaufort-Skala 48 Benguelastrom 39 Berg-Tal-Windsystem 33 Bergwind 33 Biosphäre 8 Birkeland 52 Biskaya 34 Blitz 46 Blitze 45 96 Wetter & Klima | Index Blitzkanal 46 Bodenbedeckung 10 Bodenwinde 30 Bojen 9 Bora 34 C Castor 47 CH4 79 Cirrocumulus 22 Cirrostratus 22 Cirrus 22 CO2 79 CO2- Haushalt 69 CO2-Konzentration 71 Cooling 73 Coriolis-Kraft 30, 32 Cumulonimbus 22 Cumulus 22 Cumuluswolken 22 D Dalmatiens 34 Datumsgrenze 48 Dauerfrostklima 57 Deutschland 39 Dichte 26 diffuse Strahlung 14 direkte Strahlung 14 Donner 47 Doppelflamme 47 Driftströmungen 38 Druckausgleichsströmung 32 Druckgefälle 32 Druckgradientenkraft 32, 33 Dürren 83 dynamischen Luftdruckgebieten 32 E effektive Ausstrahlung 14 effektive Klimaklassifikation 56 Eigendynamik 23 Eischilde 83 Eishülle 8 Eiskristalle 46 Eiszeit 73 elektrische Entladung 44 Elektrische Phänomene 46 elektrische Spannung 46 elektrische Ströme 46, 86 Elmosfeuer 43, 47 El Nino 40 Emission 79 Energieausgleich 25 Energieaustausch 30 Energiedefizit 14 Energiemangel 30 Energietransport 14 Energieüberschuss 30 Energiezufuhr 30 Entstehung des Windes: 33 Erasmus 47 Erdachse 68 Erde 20 Erderwärmung 70 Erdklima 68 Eruption 69 Etesien 34 F Fallwinde 34 FCKW 79 feuchtadiabatische Abkühlung 21 feuchtadiabiatisch 34 feuchtes Passatklima 61 Feuchttemperiertes Klima 57 Fischsterben 40 Fjorde 38 Flächenblitz 46 Flohn 56 Flurwind 33 Flurwindsystem 33 Föhn 34 G gemäßigte Klimazone 56, 62 genetische Klimaklassifikation 56 geografische Breite 10 Gewächshaus 79 Gewitterzelle 45 Glashauseffekt 79 glatte Schicht 22 Gleissberg-Zyklus 72 Gletscher 81, 83 Globale Erwärmung 75 globale Zirkulation 30 Globalstrahlung 14 Godwana 69 Golfstrom 38 Gott des Windes 48 Gradientströmung 38 Grippewelle 17 Grönland 38 Großklima 8 Großtrombe 49 Großwetterlagen 26 H H2O 79 Haarlocke 22 Hagel 21 Hagelkörner 21, 44 Haufen 22 Helena 47 Herbstphasen 82 Herzprobleme 17 Himalaya 36 Hinterindien 60 Hitzeereignisse 81 Hitzetief 63 Hochdruckgebiete 25 Hochdruckgürtel 30, 61 hochpolare Ostwindzone 56 Höhenlage 10 Höhenwetterkarten 26 Holozän 70 Humboldtstrom 38 Hurrikan 48 Hurrikanwolken 48 Hydrosphäre 8 I immerfeucht 57 Infrarotbereich 9 infrarote Wärmestrahlung 14 innertropischen Konvergenzzone 60 Inversion 39 Ionen 46 Isobaren 32 Istriens 34 ITC 36 J Jahresdurchschnittstemperaturen 65 Jahreszeiten 82 Jetstream 30 K Kälte 17 Kaltfront 24 Kanadas 63 Kapregion 62 Karbonatverbindungen 70 Karibisches Meeres 49 Karibischer Strom 38 Kelvin 68 kleine Eiszeit 70 Klima 8 Klimaelemente 10, 11 Klimafaktoren 10 Klimageschichte 70 Klimagrundlagen 7 Klimaklassifikationen 55 Klimatologie 9 Klimauntertypen 57 Klimaveränderungen 29, 67 Klimawandel 67 Klimazonen 55 Kohlenstoffdioxid 79 Kohlmeise 82 Kondensation 21, 70 Kondensationskernen 20 Kondensationsniveau 21 Kondensationsrate 20 Kondensationsvorgang 21 kondensiert 20 Kontinentaldrift 69 Kontinentalklima 56, 63 Kontinentalküsten 38 Konvektion 14 Konvergenzzone 59 Kopfschmerzen 17 Köppensche Klimaerklärung 57 Korallen 82 Koronaentladung 47 Korpuskularstrahlen 52 kosmische Strahlung 12 kosmische Strahlungen 68 Kraftfahrzeuge 77 Krebs 76 Kugelblitz 46 kühle Brise 33 Küstenwüsten 39 L Labrador 39 Lachgas 79 Lage zum Meer 10 Land-See Windsystem 33 Landwind 33 Landwirtschaft 27, 83 latente Wärme 14 Lava 73 Leveche 34 Linienblitz 46 Lithosphäre 8 Lostage 27 Luftdruck 9, 11 Luftdruckgebiet 26 Luftdruckgebiete 32 Luftfeuchtigkeit 11, 20 Lufthülle 12 Luftmasse 24 Luftmassen 20 Luftströmungen 30 Lufttemperatur 21 Luftverschmutzung 40 M mäandrieren 25 Magnetfeld 52, 68 Mannheimer Stunden 11 maritimes Klima 62 Massentierhaltung 75 Maxima 59 maximale Luftfeuchtigkeit 20 Meeressedimenten 70 Meeresspiegel 83 Meeresströmungen 29, 38, 40 Mehrfachreflektionen 21 Mesopause 12, 86 mesozyklische Tornados 49 mesozyklonale Tornados 49 Meteorologie 9, 18 Meteosat 9 Methan 13, 79 Mie-Streuung 23 Mikroklima 8 Milankovic 68 Mischwälder 39 Mistral 34 Mitteleuropa 25 mittelhohe Wolken 22 Mitternachtssonne 53 Molekül 21 Wetter & Klima | Index 97 Mondphase 23 Monsunzirkulation 36 N N2O 79 Näherungsverfahren 27 Namib 39 Namibia 39 Naturkräfte 29 Nebelwüsten 39 New Orleans 48 Niederschläge 20, 21 Niederschlagssummen 11 Niltal 73 Nimbostratus 22 Nimbus 22 Nordamerika 64 Nordatlantischer Strom 38, 39 Nordaustralien 37 Nordchile 39 Nordföhn 34, 86 Nordhalbkugel 30, 59 Nordrussland 64 Nordsommer 36 Nordwestmonsun 62 Nordwestpassagen 70 numerische Vorhersage 27 numerische Wettervorhersage 27 O Oasen 60 Oberflächenströmungen 38 Oberflächentemperatur 46 Oberflächenwasser 83 Ökosysteme 82 Ordovizisches Esizeitalter 73 Ostafrikanische Hochland 59 Ostgrönlandstrom 38, 39 östliches Mittelmeer 34 Ostseitenklima 62, 63 Ostwinde 30 Ozon 12, 13, 76 Ozonloch 76 P Packeis 70 Passatinversion 59 Passatklima 60 Passatklimazone 56, 60 98 Wetter & Klima | Index Passatwinde 30 Passatwindzone 48 Passatzirkulation 30, 36 Pazifischen Ozean 83 Pedosphäre 72 Perlschnurblitz 46 Peru 40 Ph-Wert 82 physische Geografie 9 planetarische Frontalzone 30 polare Eiswüste 64 Polare Klimazone 56 Polarhoch 30 Polarkappen 83 Polarlicht 52 Polarluft 25, 29 Polarnacht 53 Pollux 47 Prognose 27 Q Quellwolken 22 R Radargeräte 9 Rayleigh-Effekt 23 Reflexstrahlung 14 Regenbänder 48 Regentropfen 44 regionales Klima 8 Regionale Windsysteme 33 Reibungskraft 33 Rekordhitze 17 relative Luftfeuchtigkeit 20 Resublimation 20 Rhonetal 34 Rossby-Welle 31 Rotation der Erde 30 Russland 63 S Sahara 34 Sahel 60 Satelliten 18 Satellitenmessung 18 Satellitenmessungen 72 Satellitenmeteorologie 18 Sauerstoff 13, 76 Savanne 59 Savannenklima 57 Schichtwolken 22 Schirokko 34 Schleier 22 Schmetterlingseffekt 27 Schnee 21 Schwankungen des Meeresspiegels 18 Seeklima 56 sensible Wärme 14 Simulationen 18 Solarhypothese 72 Solarkonstante 14 Solarzonen 56 sommertrockenes Klima 57 Sonne 14, 68 Sonnenaufgang 23 Sonneneinfluss 72 Sonneneinstrahlung 10 Sonneneinwirkung 68 Sonnenflecken 72 Sonnenminimums 72 Sonnenuntergang 23 Spektralbereiche 9 Spektralkanäle 9 Sperrschicht 59 Sphären 33 Spurengase 13 statistische Verfahrungsweisen 18 Staub 21 Steigungsregen 34 Steppen 63 Stickstoff 13 Stistickstoffoxid 79 Strahlungs- und Wärmehaushalt 14 Strahlungsbilanz 14 Strahlungshaushalt 21 Stratocumulus 22 Stratopause 12, 86 Stratosphäre 12 Stratus 22 Stratuswolken 22 Sturmbildung 48 subpolare Klimazone 64 Subtropen 36 Subtropenjetstream 30 subtropische Klimazone 61 subtropische Passatzone 56 subtropisches Ostseitenklima 62 Südäquatorialstrom 40 Südföhn 34, 86 Südhalbkugel 38 Südostpassate 36 Südpazifik 48 Südpols 73 Sunda-Inseln 40 synoptischen Wettervorhersage 27 Synoptische Winde 34 T tagesperiodischen Winde 33 Taiga 63 Talhänge 33 Talwind 33 Taupunktkurve 20 Taupunkttemperatur 21 Temperatur 9, 11, 20, 68 Temperaturausgleich 12 Temperaturaustausch 38 Temperaturmittelwerte 11 thermische Luftdruckgebiete 32 thermisches Tiefdruckgebiet 30 Thermosphäre 12 Tiefdruckgebiete 25 Tiefdruckwirbel 25, 39 Tiefenströmung 38 tiefe Wolken 22 Tornado 49 Trägheitskraft 32, 86 Treibhauseffekt 79 Treibhausgase 13, 79 trockenadiabatisch 34 trockenadiabatische Abkühlung 21 Trockensavannenklima 57 Tropen 45 Tropikluft 25 tropischen Luft 30 tropischer Regenwald 59 Tropisches Regenwaldklima 57 tropisches Wechselklima 59 Tropopause 12, 86 Troposphäre 12 Tundra 39 Tundrenklima 57 U Übergangsklima 63 Überhitzung 33 Überschwemmungen 84 Umlaufbahn 68 Umweltauswirkungen 82 Unwetter 27 Urpassat 36 USA 62 UV-Strahlung 68 V Vegetation 61, 73 Verdunstung 20, 21 Verdunstungsrate 20 Verschiebung der Klimazonen 82 Volksglauben 27 Vulkanismus 69 W Walker-Zirkulation 40 Warm- und Kaltfronten 20 Wärmespeicherung 62 Warmfront 24 Warming 73 Warmsektor 25 Warmzeit 70 Wasserdampf 20, 79 Wasserdampfbildung 48 Wassersmoleküle 21 Wasserstoff 14 Wassertröpfchen 20 Wechselklima 61 weiche Knie 17 Wellenlänge des Lichtes 23 Weltraum 14, 79 Westafrika 37 Westströmung 25 Westwinde 25 Wetter 8, 17 Wetterablauf 25 Wetterballons 9 Wetterbeobachtung 23 Wetterbeobachtungen 87 Wetterbesserung 25 Wetterdienst 11 Wettererscheinung 44 Wetterextreme 73 Wetterforschung 27 Wetterfront 24 Wetterleuchten 43, 47 Wettermerkmale 34 Wetterphänomene 43 Wetterprognosen 18 Wetterstationen 11 Wettervorhersagen 11, 27 Wind 33 Windgeschwindigkeit 11 Windhose 49 Windrichtung 11 Windsysteme 30, 32 Winterfeucht kaltes Klima 57 Wintermonsun 37 Winterregenklima 61 Wintertrocken kaltes Klima 57 Wirbelstürme 43, 48 Wolke-Blitz 46 Wolken 20 Wolkenbildung 20 Wolkendichte 23 Wolkeneinteilung 22 Wolkenfamilien 22 Wolkenklassifikation 22 Wüstenbildung 39 Wüstenklima 57 Z Zenitalregen 36 Zenitstand 36, 64 Zirkulation der Erde 32 Zirkulationen 15 Zirkulationssysteme 29 Zyklone 25 Bildnachweis Archiv der contmedia GmbH; Coverfoto: NASA; fotolia.de: Mirko Meier, apachelance, DirkR, philipinperu, Bigben, Chris White, Yasmin Mistry, Angela Paul, Oleg Korovenko, pmac, Flying-Tiger, Racahout, Armin Rose, sébastien marassoglou, Carolina K Smith MD, Kalle Kolodziej; Info-Grafiken: Sameena Jehanzeb. Wetter & Klima | Index 99
