Klimatologie und Atmosphärische Prozesse: Eine Übersicht

Dynamische Atmosphäre: Globale Zirkulation

Die atmosphärische Zirkulation wird maßgeblich durch Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem Äquator sowie durch die Erdrotation beeinflusst. Die globale Zirkulation der Atmosphäre umfasst horizontale Luftbewegungen, die sich von der Erdoberfläche bis zum oberen Rand der Troposphäre erstrecken.

Latitudinale Verteilung der Solarenergie

Die Menge an Solarenergie, die ein Ort auf der Erde empfängt, hängt von zwei Hauptfaktoren ab:

• Der Einfallswinkel der Sonne: Je direkter der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ist, desto höher ist die empfangene Energiemenge. Bei flacheren Winkeln verteilt sich die Energie über eine größere Fläche.
• Die Belichtungsdauer: Die Neigung der Erdrotationsachse beeinflusst die Anzahl der Sonnenstunden, die ein Ort auf dem Planeten je nach seiner Position in der Umlaufbahn um die Sonne erhält.

Aufgrund dieser Faktoren erhalten die Zonen zwischen den Tropen die meiste Sonnenenergie. Obwohl es hier nur geringe saisonale Schwankungen gibt, nimmt die empfangene Energie mit zunehmender Entfernung vom Äquator in Richtung der Pole jährlich ab.

Vertikale Luftbewegungen und ihre Auswirkungen

Vertikale Luftbewegungen entstehen durch Temperaturunterschiede in verschiedenen Höhen. Diese Bewegungen führen zu Veränderungen des atmosphärischen Drucks an der Erdoberfläche:

• Aufsteigende Luftmassen: Wenn Luftmassen aufsteigen, entsteht an der Oberfläche ein Bereich niedrigen Drucks (Tiefdruckgebiet oder Zyklon). Die aufsteigende Luft kühlt ab, und Wasserdampf kondensiert zu Wolken, was zu Niederschlag führen kann. Solche Situationen sind oft mit instabilem Wetter und Regen verbunden.
• Absinkende Luftmassen: Absinkende Luftmassen führen zu Hochdruckgebieten (Antizyklonen). Die absinkende Luft erwärmt sich, wodurch Wasser verdunstet und Wolken sich auflösen oder kleiner werden. Solche Situationen sind typischerweise mit sonnigem und trockenem Wetter verbunden.

Horizontale Luftbewegungen: Wind und Corioliskraft

Horizontale Luftbewegungen entstehen durch Druckunterschiede in der Atmosphäre. Luft strömt dabei von Hochdruckgebieten zu Tiefdruckgebieten.

• Wind: Wind ist die Bewegung von Luft, die Druckunterschiede ausgleicht. Orte mit gleichem atmosphärischen Druck werden auf Wetterkarten durch Isobaren verbunden.
• Antizyklone (Hochdruckgebiete): Aus dem Zentrum eines Hochdruckgebiets strömt Luft nach außen (Divergenz). Da hier Luftmassen auseinanderdriften, gibt es wenig Kontakt zwischen ihnen, was oft zu gutem Wetter führt.
• Zyklone (Tiefdruckgebiete): In Tiefdruckgebieten strömt Luft zusammen und steigt auf (Konvergenz). Hier treffen Luftmassen unterschiedlicher Herkunft aufeinander, was in der Regel zu schlechtem Wetter führt.

Die bodennahen Winde folgen aufgrund der Corioliskraft nicht geraden, sondern spiralförmigen Bahnen. Die Corioliskraft bewirkt, dass sich jede horizontal bewegende Flüssigkeit (oder Luftmasse) auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links ablenkt.

Skalen der atmosphärischen Dynamik

Die atmosphärische Dynamik wird auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen untersucht:

• Makroskala (Klima): Hierzu gehören die klimatische Zonierung und Prozesse, deren Häufigkeit über Jahre oder Jahrzehnte reicht. Veränderungen im Klimasystem erstrecken sich über Zeiträume von Jahrhunderten.
• Hemisphärische Skala: Manifestiert sich in der Abfolge der Jahreszeiten mit Temperaturschwankungen und regelmäßigen jährlichen Niederschlagsmengen.
• Regionale Skala: Zeigt sich in Wetterereignissen wie Stürmen, Orkanen und Wirbelstürmen, die Prozesse von mehreren Tagen bis höchstens einigen Wochen umfassen.
• Lokale Skala: Verursacht aerologische Phänomene wie Küstenbrisen, die nur wenige Stunden andauern. Dazu gehören auch Phänomene wie Staubteufel.

Klimastudie: Definition und Datenanalyse

Das Klima einer Region wird durch die Mittelwerte von Niederschlag und Temperatur über einen längeren Zeitraum definiert. Je länger der Zeitraum ist, für den Daten über Temperatur und Niederschlag vorliegen, desto repräsentativer und zuverlässiger sind die Mittelwerte, die das Klima eines Gebiets charakterisieren. Wenn die Daten Zeiträume von Jahrhunderten umfassen, können Klimamuster, Trends und Schwankungen erkannt werden.

Klimatische Trends

Klimatische Trends sind Veränderungen, die über Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte hinweg in einer oder mehreren Klimavariablen auftreten und eine nachhaltige Bedeutung haben. Beispielsweise zeigt Spanien eine Tendenz zu trockeneren Bedingungen.

Klimamuster

Klimamuster sind Abweichungen von den mittleren Temperatur- oder Niederschlagswerten, die über einen Zeitraum von mehreren Jahren auftreten. Ein bekanntes Beispiel ist das El Niño-Phänomen, das alle 3-7 Jahre heftige Regenfälle an der Pazifikküste Südamerikas verursacht.

Klimatische Schwankungen

Klimatische Schwankungen sind kurzfristige und lokale Anomalien der durchschnittlichen Temperatur- oder Niederschlagswerte, die sehr unregelmäßig auftreten. Ein Beispiel hierfür wäre ungewöhnlicher Schneefall in Kenia.

Wichtige Klimafaktoren

Die wichtigsten Faktoren, die das Klima bestimmen, sind:

• Breite (Latitude): Bestimmt maßgeblich die Temperatur und die Dynamik der Luftmassen, wodurch Klimazonen entstehen.
• Höhe (Altitude): Beeinflusst die Lufttemperatur.
• Kontinentalität: Führt zu geringerer Luftfeuchtigkeit und größeren Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter.
• Dominierende Winde: Beeinflussen Temperatur und Niederschlag einer Region, je nachdem, ob sie warme oder kalte Luftmassen herantransportieren.

Konvergenzzonen und globale Klimazonen

Warme Luft vom Äquator und kühle Luft von den Polen neigen dazu, sich zu mischen. Dies führt dazu, dass kalte Winde in Richtung Äquator und warme Winde in Richtung der Pole zirkulieren. Die Luftmassen, die sich ursprünglich entlang der Meridiane bewegen, werden durch die Corioliskraft schnell abgelenkt. Eine anfängliche Bewegung in Richtung Äquator wird nach Westen abgelenkt, während eine Bewegung in Richtung der Pole nach Osten abgelenkt wird.

In jeder Hemisphäre entstehen drei verschiedene Luftmassen, die konvektive Zellen bilden und weltweit zirkulieren:

• Polare Luftmassen
• Gemäßigte Luftmassen (zwischen 30° und 40° nördlicher/südlicher Breite)
• Tropische Luftmassen (zwischen 30° nördlicher/südlicher Breite und dem Äquator)

Obwohl Luftmassen sich nicht leicht vermischen, interagieren sie stark in Kontaktbereichen, den sogenannten Konvergenzzonen. In diesen Zonen kommt es zu Niederschlägen, wenn die Bewegung mit aufsteigenden konvektiven Zellen gekoppelt ist, oder zu klarem Himmel, wenn die Bewegung absteigend ist.

Globale Klimaklassifikation nach Köppen-Geiger

Die Klimazonen verteilen sich in Bändern parallel zum Äquator, entsprechend den atmosphärischen Konvergenzzonen. Ihre Grenzen sind jedoch aufgrund des Einflusses des Reliefs oft sehr unregelmäßig. Die globale Klimaklassifikation nach Köppen-Geiger basiert auf Niederschlag und Temperatur. Sie unterscheidet fünf Hauptklimazonen:

• Tropisches Klima
• Trockenes Klima
• Feucht-gemäßigtes Klima
• Kontinentales Klima
• Polares Klima

Innerhalb jeder Hauptklimazone gibt es spezifische Merkmale für verschiedene Regionen.

Tropisches Klima

Die durchschnittliche Jahrestemperatur übersteigt 18 °C. Die jährlichen Niederschlagswerte übersteigen die Verdunstungswerte, was bedeutet, dass es keine ausgeprägte Trockenzeit gibt. Das tropische Klima kann weiter unterteilt werden in äquatoriales Klima, Monsunklima und Savannenklima.

Trockenes Klima

Die durchschnittliche jährliche Niederschlagsmenge übersteigt nicht die Verdunstungswerte. Innerhalb dieses Klimas werden Steppen- und Wüstenklimate unterschieden, die sowohl kalt als auch warm sein können.

Gemäßigtes Klima

Die Temperaturen sind mild. Die mittleren Verdunstungswerte übersteigen die Niederschlagswerte. Dieses Klima umfasst unter anderem das Pampa-, Mittelmeer- und Ozeanklima.

Kontinentales Klima

Dieses Klima ist gemäßigt bis kalt. Der durchschnittliche jährliche Niederschlag übersteigt die Verdunstung. Das Klima der Mandschurei und das sibirische Klima fallen in diese Klassifizierung.

Polares Klima

Die durchschnittliche Temperatur der wärmsten Monate liegt unter 10 °C. Hierzu gehören Tundra-, alpine und Eiskappenklimate.

Zonale und azonale Klimate

• Zonale Klimate: Klimate, die den Eigenschaften ihrer Klimazonen entsprechen.
• Azonale Klimate: Klimate, die nicht den Eigenschaften ihrer Klimazonen entsprechen. Diese können von der Höhe und der lokalen Topografie abhängen.

Klimadiagramme (Klimogramme)

Ein Klimadiagramm ist eine grafische Darstellung der monatlichen Niederschlags- und Temperaturwerte an einem bestimmten Ort über einen definierten Zeitraum (meist Jahresmittelwerte der Monatsdaten).

Wichtiger Hinweis zur Darstellung: Die Niederschlagsskala sollte immer doppelt so groß sein wie die Temperaturskala (z.B. 20 mm Niederschlag = 10 °C), um das Vorhandensein oder Fehlen einer Trockenzeit korrekt darzustellen.

Interpretation eines Klimadiagramms

Bei der Interpretation eines Klimadiagramms sind folgende Aspekte zu beachten:

• Niederschlag:
  • Gesamtniederschlagsmenge pro Jahr.
  • Verteilung der Niederschläge über das Jahr, einschließlich der Monate mit den höchsten und niedrigsten Werten.
  • Identifikation von Niederschlagsmaxima und -minima sowie deren saisonales Auftreten.
• Temperatur:
  • Jahresdurchschnittstemperatur.
  • Jährliche Temperaturschwankung (Temperaturamplitude): Der Unterschied zwischen der Durchschnittstemperatur des wärmsten und des kältesten Monats.
• Trockenperioden: Es ist wichtig anzugeben, ob es Trockenperioden gibt. Diese sind erkennbar, wenn die Niederschlagskurve unterhalb der Temperaturkurve liegt. Es ist zu vermerken, ob diese Trockenperioden im Sommer oder Winter auftreten.
• Klimatyp: Anhand der typischen Merkmale eines Klimadiagramms lässt sich der Klimatyp erkennen:
  • Die Temperaturkurve zeigt auf der Nordhalbkugel einen kampagnenartigen Verlauf (Maximum im Sommer), während sie auf der Südhalbkugel entgegengesetzt verläuft.
  • Die jährliche Temperaturamplitude ist in Äquatornähe und an den Küsten gering, nimmt aber mit zunehmender Entfernung vom Äquator und vom Meer zu.
  • Die Existenz einer Trockenzeit im Sommer (z.B. Mittelmeerklima) oder im Winter (z.B. tropisches Klima, wenn sie das ganze Jahr über auftritt).
  • Klimate ohne ausgeprägte Trockenzeit.