Wetterelemente und Klimafaktoren: Grundlagen der Meteorologie

Wetterelemente und Klimagrundlagen

1) Die Unterschiede zwischen Wetter und Klima

Oft werden das Wetter und das Klima eines Ortes verwechselt. Das Wetter zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise am Mittag, wird durch Faktoren wie Temperatur, Luftdruck, Windstärke und -richtung, Bewölkung und Feuchtigkeit bestimmt. Es wird als eine Momentaufnahme betrachtet. Das Wetter ändert sich schnell durch Variationen der Temperatur, des Luftdrucks usw. Es ist unwahrscheinlich, dass die Temperatur um 12 Uhr mittags dieselbe ist wie um 6 Uhr abends.

Andererseits könnte man sagen, dass Madrid, Paris und Caracas zur gleichen Zeit, beispielsweise an einem Tag mit Regen, das gleiche Regenwetter haben. Es ist jedoch klar, dass diese drei Städte nicht das gleiche oder auch nur ein ähnliches Klima besitzen. Ein Beweis dafür ist die unterschiedliche Vegetation in ihrer Umgebung: üppige Tropenvegetation in Caracas, reichlich Wälder und Wiesen in Paris und eher trockene Steppe in Madrid.

Das Wetter bezeichnet also etwas Momentanes, Launisches und Einzigartiges. Das Klima hingegen, obwohl es sich auf dieselben Phänomene bezieht, beschreibt eine dauerhafte und beständige Dimension.

Auf diese Weise können wir das Wetter definieren als „den Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit“ und das Klima als „die regelmäßige Abfolge von Wettertypen“.

Der beste Weg, sich der Analyse des Klimas zu nähern, ist das Studium der Wettertypen, die Festlegung ihrer Eigenschaften, ihrer Abfolge und ihrer gemeinsamen Merkmale im Laufe der Jahreszeiten. Die verschiedenen Wetterphänomene (Meteore) werden unterschiedlich wahrgenommen. Wie der Wind weht oder ob es ruhig ist, ob es regnet oder die Sonne scheint, ob es bewölkt ist oder nicht – die gleiche Temperatur wird an verschiedenen Orten unterschiedlich wahrgenommen und führt auch zu unterschiedlicher Vegetation. Um jedoch ein vollständiges Bild des Klimas auf der Erde zu erhalten, ist es notwendig, die Elemente des Wetters separat zu analysieren.

Klimazonen werden durch die Mittelwerte von Temperatur, Luftdruck, Windstärke und -richtung, Bewölkung, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag usw. festgelegt, die über einen langen Zeitraum, in der Regel 30 Jahre, aufgezeichnet wurden. Die Nützlichkeit des Klimabegriffs liegt darin, dass beispielsweise die Durchschnittstemperatur eines Ortes über einen Zeitraum von dreißig Jahren nahezu dieselbe ist wie über die nächsten dreißig Jahre. Dies ermöglicht es uns zu entscheiden, ob das Klima eines Ortes kalt oder warm ist. Die kontinuierliche Aufzeichnung der Wetterdaten zeigt auch mögliche Abweichungen oder Änderungen, die vom etablierten Standard für einen bestimmten Ort abweichen.

2) Die Elemente des Klimas und ihre Wirkung

Die Temperatur

Die Temperatur ist die Wärmemenge, die die Atmosphäre enthält, abhängig von der Energie, die von der Sonne erzeugt wird. Eine Erwärmung entsteht, wenn Sonnenstrahlen von einem terrestrischen Objekt abgefangen werden. Die Luft wird auch durch die Absorption von Gasen und durch die von der Erde absorbierte und abgestrahlte Sonnenenergie erwärmt.

Die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Temperatur wird als thermische Amplitude bezeichnet.

Luftdruck

Der Luftdruck ist die Kraft, die von der Atmosphäre in alle Richtungen ausgeübt wird, verursacht durch das Gewicht der oberen Schichten. In den unteren Schichten ist die Luft dichter, eine Eigenschaft, die mit zunehmender Höhe abnimmt. Hohe Temperatur macht die Luft leichter und lässt sie aufsteigen (Tiefdruck). Wo es kalt ist, wird die Luft dichter (Hochdruck).

Ein Tiefdruckzentrum wird als Zyklon und ein Hochdruckzentrum als Antizyklone bezeichnet (siehe Grafik).

Winde

Winde sind Luftströmungen, die durch atmosphärische Druckunterschiede entstehen, welche die Verdrängung der Luft von Gebieten mit hohem zu Gebieten mit niedrigem Druck verursachen.

Es gibt zwei Hauptgruppen:

• Planetarische Winde: Sie bedecken und durchqueren weite Teile der Erde.
• Lokale Winde: Sie sind auf die topografischen Gegebenheiten des jeweiligen Ortes zurückzuführen und wirken auf kleineren Gebieten.

Der Wind besitzt Geschwindigkeit und Richtung. Die Geschwindigkeit hängt mit der Druckdifferenz zwischen den beiden Gebieten und dem Abstand zwischen ihnen zusammen. Wenn beispielsweise der Abstand groß und die Druckdifferenz sehr gering ist, wird der Wind sehr schwach sein, und umgekehrt.

Winde bewegen sich aufgrund von Druckänderungen, die hauptsächlich von der Temperatur abhängen. Wenn die Atmosphäre erwärmt wird, dehnen sich ihre unteren Schichten aus, bevor die oberen Schichten dies tun, wodurch die Luft aufsteigt. Dieses Phänomen erzeugt eine kreisförmige Strömung, in der Luft und Wärme interagieren.

Winde können regelmäßig und periodisch sein. Regelmäßige Winde wehen immer in die gleiche Richtung und im Allgemeinen mit der gleichen Intensität, wie die Passatwinde, die sich zwischen den Tropen und dem Äquator bewegen (diese sind planetarische Winde). Periodische Winde treten nur zu bestimmten Zeiten des Jahres und mit unterschiedlichen Richtungen auf. Dies ist der Fall des Monsuns, der Südasien beeinflusst.

Luftfeuchtigkeit

Die Luftfeuchtigkeit ist die Menge an Wasserdampf in der Luft, die durch die Verdunstung von Wasser aus Ozeanen, Seen und Flüssen entsteht. Die maximale Menge an Feuchtigkeit, die ein Teil der Luft ohne Niederschlag (siehe Glossar) in Form von Regen enthalten kann, wird als Sättigung bezeichnet.

Es gibt zwei Arten von Luftfeuchtigkeit:

• Relative Luftfeuchtigkeit: Das Verhältnis zwischen dem vorhandenen Dampf und der Menge, die ohne Kondensation enthalten sein könnte.
• Absolute Luftfeuchtigkeit: Die Menge an Wasserdampf, die die Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt enthält.

Niederschlag

Die häufigsten Formen des Niederschlags sind: Regen, Hagel und Schnee.

• Regen: Jeder Regentropfen wird aus Tausenden von Tröpfchen gebildet. Wenn diese Tröpfchen an Größe zunehmen, gewinnen sie genug Gewicht, um nicht mehr zu schweben und fallen zur Erde. Je nach Wetterlage kann Regen nur Nieselregen oder ein Wolkenbruch sein.
• Schnee: Die häufigste Form des gefrorenen Niederschlags ist die Schneeflocke, die aus vielen sechseckigen Eiskristallen besteht, die durch eine langsame Abnahme der Temperatur unter 0 °C zusammengefroren sind.
• Hagel: Hagel besteht aus weißen, undurchsichtigen Eiskörnern, die 2 bis 5 mm Durchmesser haben können und beim Aufprall auf den Boden abprallen. Hagel entsteht durch die rasante Zunahme von Luftströmungen, die Wasserdampf tragen, der, wenn er gefriert, unter seinem eigenen Gewicht fällt.

Solarstrahlung

Die Menge der von der Sonne emittierten Strahlung hat in Zeiten geringer Aktivität seit den 70er Jahren um fast 0,05 Prozent pro Jahrzehnt zugenommen. Laut einer Studie von NASA-Wissenschaftlern könnte die Erde einem erheblichen Klimawandel gegenüberstehen, sollte dieser Trend anhalten.

Verdunstung

Die Verdunstung tritt auf, wenn Wasser von der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht. Die Verdunstungsrate hängt von verschiedenen Faktoren wie Sonneneinstrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit und Wind ab.

Wolken

Eine Wolke ist ein Hydrometeor, bestehend aus einer sichtbaren Masse von Eiskristallen oder suspendierten mikroskopisch kleinen Tröpfchen. Wolken streuen alles sichtbare Licht und erscheinen daher weiß. Manchmal sind sie jedoch zu dick oder dicht, um Licht durchzulassen, und sehen dann grau oder sogar schwarz aus. Wolken sind Wassertröpfchen, die sich an atmosphärischem Staub anlagern. Abhängig von bestimmten Faktoren können diese Tröpfchen zu Regen, Hagel oder Schnee führen.

Klimafaktoren und ihre Einflüsse

Die Atmosphäre als kontinuierliche Schicht, die die Erde umgibt, weist eine konstante Mobilität auf, die als atmosphärische Zirkulation bekannt ist. Verschiedene Faktoren beeinflussen und verändern die Elemente des Wetters.

Einige Faktoren sind kosmisch, d. h. sie hängen von der Form und Lage der Erde in der Geographie ab. Andere sind terrestrisch und hängen von Meeren, Bergen oder Landflächen ab.

Die Atmosphäre verhindert, dass direkte Sonneneinstrahlung ungehindert die Erdoberfläche erreicht, und schützt nachts vor dem Ausstrahlen von Wärme und Kälte.

Breitengrad (Latitude)

Der Breitengrad beeinflusst das Wetter. Die Temperaturen nehmen in Richtung der Pole ab. Die südliche Hemisphäre ist tendenziell feuchter und kühler als die nördliche.

Die gleiche Wärmemenge, die gleichzeitig einwirkt, erhöht die Bodentemperatur etwa doppelt so stark wie die Wassertemperatur, da sich die Erde doppelt so schnell erwärmt wie Wasser.

Temperaturregime und Isothermen

Die meisten Wetterphänomene leiten sich für die Klimastudie aus der Verteilung der Lufttemperaturen ab. Geografische Unterschiede in der Verteilung der Durchschnittstemperaturen werden in Isothermenkarten dargestellt.

Über den Globus hinweg werden jährliche Isothermen erstellt, die es ermöglichen, die allgemeinen Merkmale der Temperaturverteilung zu erkennen. Zum Beispiel liefert der Vergleich der Januar- und Juli-Temperaturen (den Extremmonaten) eine ziemlich genaue Vorstellung von der thermischen Amplitude, die zur Festlegung des Wärmehaushalts verwendet wird.

Niederschlag in der Klimatologie

In der Klimatologie ist die Lehre von der hohen Luftfeuchtigkeit wichtig, da starke Regenfälle biologische Folgen haben. Von allen Wetterphänomenen ist der Regen für die Erdoberfläche und das menschliche Leben am wichtigsten. Von der Menge und Geschwindigkeit des Niederschlags hängt die Zersetzung der Gesteine, die Bodenbildung und die Erosion ab.

Das Wasser in der Luft wird ständig erneuert, da die Luft immer Feuchtigkeit speichern muss. Die Luft kann bei höherer Temperatur mehr Wasserdampf aufnehmen. Die Verdunstung von Wasser in Meeren, Seen oder Flüssen bildet den Regen.

Fester Niederschlag (Schnee oder Hagel) tritt auf, wenn die Luftmasse unter dem Gefrierpunkt liegt. Niederschlag kann durch Konvektion entstehen, wenn eine Masse warmer Luft aufsteigt, abkühlt und eine Wolkenmasse bildet, die bei Sättigung zu Regen führt.

Fallstudie: Klimafaktoren in Venezuela

Breitengrad und Höhe

Der Breitengrad beeinflusst das Klima. Da Venezuela in den Tropen liegt, hat es im Allgemeinen ein warmes und regnerisches Klima. Aufgrund des Geländes, des Windes und der Nähe zum Meer gibt es jedoch klimatische Unterschiede. Die Breitengradspanne ist klein, aber die Höhe verändert das Klima, insbesondere die Temperatur, drastisch und erreicht sehr unterschiedliche Werte, wie unten aufgeführt:

• Tropisches Klima: Vom Meeresspiegel bis 800 Meter. Die jährliche Durchschnittstemperatur liegt zwischen 22 und 29 °C. Beispiele sind die Städte Maracaibo (arid), Barquisimeto und Valencia (semi-arid).
• Infratropisches warmes Bergklima: Zwischen 800 und 1.500 Metern (Jahresdurchschnitt 18 bis 22 °C). Dieses Klima herrscht in Caracas, San Cristóbal und Los Teques.
• Infratropisches gemäßigtes Bergklima: Zwischen 1.500 und 2.800 Metern (14 bis 18 °C). Beispiele sind die Stadt Mérida und Colonia Tovar.
• Páramo-Klima: Über 2.800 Meter. Die Temperaturen liegen zwischen 0 und 14 °C. Beispiele sind die Orte San Rafael de Mucuchíes und Apartaderos.
• Eis-Klima: Auf Gipfeln über 4.700 Meter über dem Meeresspiegel, wo ewiger Schnee herrscht und die Temperaturen unter 0 °C liegen.

Höhe (Altitude)

Die Höhe ist der wohl wichtigste Faktor für die Klimaänderung in Venezuela. Mit zunehmender Höhe, d. h. mit mehr Metern über dem Meeresspiegel, wird die Temperatur kälter. So können wir am Strand große Hitze empfinden, während in den Höhen der Anden die Temperatur sehr niedrig ist. Dies ist gemeint mit der Aussage über das Klima: „Niedrigere Temperatur in höheren Lagen“.

Gewässer

Da Wasser weniger kompakt ist als die Erde, nimmt es Wärmestrahlung langsamer auf und speichert Wärme länger. Dies ermöglicht es den Gebieten in ihrer Nähe, etwas höhere Temperaturen zu haben als Regionen, die weiter entfernt liegen.

Geosphärische Prozesse und Reliefveränderungen

Exogene Prozesse, die das Landrelief verändern

Dies sind Prozesse, die die Erdoberfläche verändern. Exogene Prozesse umfassen: Transport, Sedimentation und Erosion.

Exogene Prozesse werden durch die Wirkung der Elemente (z. B. Wind, Temperaturänderungen, Regen und Eis) auf die Gesteine verursacht. Diese Prozesse stammen außerhalb der Erdkruste. Sie umfassen vier Arten von Phänomenen: die Verwitterung (d. h. der Zerfall und die Zersetzung von Gesteinen), die Erosion (oder Abtragung des Reliefs), den Transport von erodiertem Material und die Sedimentakkumulation in anderen Gebieten.

Endogene Prozesse

Die Bildung großer Gebirgsketten, der Ausbruch eines Vulkans oder ein Erdbeben sind beispielsweise das Ergebnis von Prozessen im Inneren unseres Planeten. Diese Prozesse werden als endogen bezeichnet und führen zur Entstehung neuer Reliefformen oder zur Umwandlung bestehender.

Das Innere der Erde besteht aus einer Reihe konzentrischer Schichten, die von innen nach außen der Kern, der Mantel und die Kruste sind. Die Kruste ist in Blöcke oder Fragmente unterteilt, die als Platten bezeichnet werden. Diese Platten schwimmen auf der obersten Schicht des Erdmantels und bewegen sich in verschiedene Richtungen, was die Bewegung der Materialien verursacht, aus denen sie bestehen.

Die Kollision zweier Platten erzeugt entgegengesetzte Kräfte, was zur Faltung und Zusammenschiebung der an den Rändern der Platten angesammelten Materialien führt. So entstehen die großen Gebirgsbögen unseres Planeten. Die Prozesse, die zur Entstehung großer Gebirgsketten führen, werden Orogenese genannt.

Faltungszonen sind sehr instabile Gebiete, da die Materialien immer noch ein Gleichgewicht suchen. Daher ist es in diesen Gebieten üblich, dass Erdbeben oder Vulkanausbrüche auftreten.

Die Bedeutung der Geosphäre

Es ist wichtig, die Bedingungen der Geosphäre zu erhalten und zu pflegen. Wenn sich ein wichtiges Merkmal ausreichend verschlechtert, würde die Erde ihre Eigenschaft als einziger bekannter Planet mit Leben verlieren, da die Verschlechterung eines Teils der Geosphäre ein Ungleichgewicht auf der gesamten Erde verursachen würde. Deshalb ist die Aufrechterhaltung der aktuellen Bedingungen für die Entwicklung des Lebens von größter Bedeutung.