Schwankungen und Trends der hygrischen und thermischen Klimaparameter in den letzten Jahrzehnten im hyperariden Nordafrika

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Forschung

3 Untersuchungsgebiet
3.1 Räumliche Abgrenzung
3.2 Klima
3.2.1 Globale atmosphärische Zirkulation
3.2.2 Winde
3.2.3 Breitenlage
3.2.4 Kontinentalität
3.2.5 Relief und Höhenlage
3.2.6 Oberfläche und Bedeckung
3.2.7 Luftdruck
3.2.8 ITCZ
3.2.9 Ozeanische Einflüsse
3.2.10 Weitere Einflüsse
3.3 Eigenschaften der Temperatur
3.4 Eigenschaften des Niederschlages
3.5 Kurze Charakterisierung der Wüstenstaaten
3.5.1 Arabische Republik (Ägypten):
3.5.2 Libyen
3.5.3 Maghreb
3.6 Messnetz

4 Methoden
4.1 Verwendete Datensätze
4.1.1 GPCC
4.1.2 NASA
4.1.3 NOA
4.1.4 GTZ
4.2 Statistische Auswertung

5 Ergebnisse/Interpretation
5.1 Temperatur
5.1.1 NASA
5.1.2 Monthly Climatic Data for the World
5.1.3 GTZ-Station Béni-Abbès
5.1.4 Extreme Temperaturwerte
5.1.5 Variabilität
5.2 Niederschlag
5.2.1 NOAA
5.2.3 GPCC
5.2.4 GTZ
5.2.5 Variabilität
5.2.6 Extremereignisse

6 Interpretation
6.1 Fehler
6.2 Auswertung der Temperaturergebnisse
6.3 Auswertung der Niederschlagsergebnisse
6.3.1 ENSO
6.3.2 Trends und Extremwerte
6.3.3 SST
6.3.4 NAO
6.3.5 Änderung der atmosphärischen Zirkulation
6.3.6 Vergleich mit anderen Forschungsergebnissen

7 Diskussion

8 Fazit

Literaturverzeichnis

Anhang A: Grafiken

Anhang B: Tabellen

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Durchschnittliche Temperaturanomalien in °C in den letzten 100 Jahren für Afrika

Abbildung 2: Die Lage der Sahara zur Hadley-Zelle

Abbildung 3: Durchschnittliche tägliche Luftdruckstrukturen (mbar) und Luftströmungen für Januar

Abbildung 4: Durchschnittliche tägliche Luftdruckstrukturen (mbar) und Luftströme im Juli

Abbildung 5: Messstationen in der Sahara

Abbildung 6: Temperaturverlauf in Béni-Abbès von 1950 bis 2009 in °C

Abbildung 7: Jahreszeitlicher Temperaturverlauf in Béni-Abbès in °C

Abbildung 8: Durchschnittliche Temperaturwerte in °C der einzelnen Stationen

Abbildung 9: Durchschnittliche monatliche Temperaturen von 2005 bis 2008 der einzelnen Stationen in °C

Abbildung 10: Durchschnittliche und extreme Temperaturverläufe für Béni-Abbès von 2008 bis 2009 in °C

Abbildung 11: Extremwerte für Béni-Abbès von 1950 bis 2008 in °C

Abbildung 12: Durchschnittlicher Jahresniederschlag von 1950-2008 der einzelnen Stationen in mm

Abbildung 13: Durchschnittlicher Jahresniederschlag von 2005-2008 in mm

Abbildung 14: Niederschlagstrend in Béni-Abbès von 1950 bis 2007

Abbildung 15: Niederschlagstrend für Béni-Abbès in mm von Januar 2008 bis August 2009

Abbildung 16: Variationskoeffizient und relative Variabilität (%) für das westliche Teilgebiet

Abbildung 17: Variationskoeffizient und relative Variabilität (%) für das mittlere Teilgebiet

Abbildung 18: Variationskoeffizient und relative Variabilität (%) für das östliche Teilgebiet

Abbildung 19: Mittelwerte der Anomalien laut NASA für die drei Teilgebiete von 1950 bis 1995 in mm

Abbildung 20: Entwicklung des NAO-Index im Vergleich zur Temperatur nördlich von 30°N

Abbildung 21: Variationen des NAOi

Abbildung 22: Temperaturverlauf Ghardaia in °C laut NASA

Abbildung 23: Temperaturverlauf Ouargla in °C laut NASA

Abbildung 24: Temperaturverlauf El Golea in °C laut NASA

Abbildung 25: Temperaturverlauf Timimoun in °C laut NASA

Abbildung 26: Jahreszeitlicher Verlauf in Ghardaia in °C laut NASA

Abbildung 27: Jahreszeitlicher Verlauf Ouargla in °C laut NASA

Abbildung 28: Jahreszeitlicher Verlauf El Golea in °C laut NASA

Abbildung 29: Jahreszeitlicher Verlauf Timimoun in °C laut NASA

Abbildung 30: Extremwerte Ghardaia in °C laut NASA. V

Abbildung 31: Extremwerte Ouargla in °C laut NASA

Abbildung 32: Extremwerte El Golea in °C laut NASA

Abbildung 33: Extremwerte Timimoun in °C laut NASA

Abbildung 34: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 19,25°N in mm laut GPCC

Abbildung 35: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 24,25°N in mm laut GPCC

Abbildung 36: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 27,25°N in mm laut GPCC

Abbildung 37: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 30,25°N in mm laut GPCC

Abbildung 38: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 34,25°N in mm laut GPCC

Abbildung 39: Durchschnittliche Niederschlagstrends für 37,75°N in mm

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Mittelwerte der jeweiligen Perioden in °C

Tabelle 2: Regressionsgleichungen linearer Temperaturtrends

Tabelle 3: Mittelwertvergleich in °C nach MCDW

Tabelle 4: Regressionsgraden und Bestimmtheitsmaße der Extremwerte der einzelnen Stationen im Vergleich

Tabelle 5: Variationskoeffizient und relative Variabilität der einzelnen Stationen

Tabelle 6: Variationskoeffizient und relative Variabilität der einzelnen Stationen

Tabelle 7: Lineare Regressionsgleichungen der Niederschlagswerte für die einzelnen Stationen

Tabelle 8: Variationskoeffizient und relative Variabilität für den Niederschlag laut NOAA

Tabelle 9: Extreme Niederschlagswerte in mm im monatlichen und jährlichen Mittel der einzelnen Stationen laut NOAA

Tabelle 10: Niederschlags- und Temperaturwerte nach MCDW

Tabelle 11: Berechnungen des GPCC-Datensatzes

Tabelle 12: GTZ-Daten

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Das Klima ändert sich, im Durchschnitt erhöhen sich die Temperaturen und Extremereignisse wie beispielsweise Starkniederschläge und Dürren häufen sich. Da der Mensch das Klima nicht unerheblich beeinflusst, trägt er dementsprechend eine große Verantwortung.

Die Abhängigkeit vom Klima wird besonders durch die Extremwetterereignisse deutlich, da sie katastrophale Auswirkungen haben können (SCHÖNWIESE & JANOSCHITZ 2008). Besonders die Nahrungsmittelproduktion in Wüstengebieten ist stark abhängig vom Klima. Daher ist es wichtig, das vergangene Klima zu erforschen, um Prognosen für die Zukunft stellen zu können.

Der Klimawandel fällt regional unterschiedlich aus. Ein nicht unbedeutendes Gebiet ist die Sahara. Diese Wüste nimmt eine sehr große Fläche auf der Erde ein und hat somit auch erheblichen Einfluss auf die angrenzenden Areale. Da der Getreideanbau in der Sahara bereits bis dato nur sehr begrenzt möglich ist und durch den Klimawandel bis 2080 noch weiter abnehmen wird, ist eine Klimaforschung unerlässlich (LE MONDE DIPLOMATIQUE 2007). In der vorliegenden Arbeit geht es um die Schwankungen und Trends der hygrischen und thermischen Klimaparameter in den letzten Jahrzehnten im hyperariden Nordafrika. Das bedeutet, es werden Niederschlag und Temperatur der bodennahen Luftschicht untersucht. Das betreffende Gebiet liegt in der Sahara und erhält keinen oder nur sehr wenig Niederschlag. Der Fokus liegt dabei auf der Oase Béni-Abbès und dessen umliegendes Gebiet. Temperatur und Niederschlag können dabei nicht getrennt voneinander beobachtet werden, da sie bestimmen, ob es sich um ein arides oder humides Klima handelt. Anhand dessen kann das beobachtete Gebiet als Natur- bzw. Agrarraum bewertet werden. In der Wüste ist dies weitaus bedeutsamer als beispielsweise in den gemäßigten Breiten. Da großräumige Ursache-Wirkung-Mechanismen für das Klima entscheidend sind, werden diese für ganz Nordafrika analysiert. Laut WMO müssen mindestens 30 Jahre beobachtet werden, um das Klima analysieren zu können. Daher wird bei der Datenauswertung der Zeitraum von 1950 bis 2009 untersucht.

Trendanalyse bedeutet, dass eventuell ein/e Temperatur- und/oder Niederschlagsanstieg bzw. -abnahme zu erkennen ist. Dabei werden zusätzlich die Schwankungen analysiert, wobei diese oft durch Extremereignisse hervorgerufen werden. Aus diesem Grund werden letztere ebenfalls in diese Arbeit mit einbezogen, da auch sie ein Anzeichen des Klimawandels sind. Sie fallen durch eine relativ hohe Abweichung vom Trend bzw. Mittelwert auf (SCHÖNWIESE & JANOSCHITZ 2008). Je höher die Variabilität ist, desto extremer ist auch das Klima.

Der Niederschlag ist dabei ein besonderer Klimaparameter, da er größere Auswirkungen hat als die Temperatur und sich regional sehr differenziert darstellt. Durch die Abhängigkeit anderer Landschaftshaushaltskomponenten kommt ihm eine sehr hohe Bedeutung zu. Seine Schwankungen sorgen für eine hygrische Unsicherheit, besonders hinsichtlich agrarischer Nutzung. Der Anbau kann nicht genau geplant werden, die Art der Nutzung bedarf ständigen Änderungen.

Während der Niederschlag das Klima differenziert, erfolgt durch die Temperatur lediglich eine Modifizierung.

In den folgenden Ausführungen wird zunächst auf den Stand der Forschung eingegangen, worauf eine nähere Erläuterung des Untersuchungsgebietes erfolgt. Das heißt, es werden die Grenzen und die klimatischen Eigenschaften charakterisiert, insbesondere die des Niederschlags und der Temperatur. Auf die Jahreszeiten wird ebenfalls kurz eingegangen, da sie die Temperaturamplituden deutlich machen und die Klimavariationen innerhalb eines Jahres zeigen.

Im anschließenden Methodikkapitel werden die unterschiedlichen Datensätze (GPCC, NASA, NOAA, GTZ) vorgestellt und deren statistische Auswertung erklärt.

Im Ergebnisteil werden deren Ergebnisse jeweils tabellarisch und grafisch dargestellt und ansatzweise erläutert. Die Zusammenhänge und Vergleiche, sowie Interpretation folgen im nächsten Kapitel.

Zum Schluss werden die Ergebnisse diskutiert und in einem Fazit zusammengefasst.

Ziel der Arbeit ist es dabei, einen Temperatur- und Niederschlagstrend herauszubekommen, sowie deren Schwankungen deutlich zu machen. Es wird davon ausgegangen, dass sich bezüglich der Temperatur ein sichtbarer Trend mit leichten Schwankungen zeigen wird. Anders wird es sich beim Niederschlag verhalten, bei dem sehr wahrscheinlich kein Trend ersichtlich sein wird. Jedoch wird die Variabilität wesentlich höher ausfallen.

2 Stand der Forschung

Untersuchungen der thermischen und hygrischen Klimaparamater in Nordafrika finden schon seit mehreren Jahrzehnten statt. Jedoch begann die Datenaufzeichnung erst relativ spät und ist durch viele Lücken gekennzeichnet. Erst seit einigen Jahren wird versucht, die Klimadaten regelmäßig aufzuzeichnen (NOAA, NASA).

Seit etwa 1850/60 begannen global die nationalen Wetterdienste, Klimadaten täglich aufzuzeichnen. Seitdem 1956 die WMO die Koordinierung übernommen hat, sind die Daten verlässlicher. Jedoch sind diese immer noch fehlerbehaftet, da sich die Messgeräte im Laufe der Zeit verändert haben und/oder Messstationen räumlich verlagert wurden. Temperaturdaten sind dabei noch zuverlässiger als die des Niederschlages, da letztes einer natürlich hohen Variabilität unterliegt. Hinzu kommt, dass die Ursachen des Regenfalls viel komplizierter sind als für die Temperatur. Aus diesem Grund gibt es viel mehr Analysen dazu als zum Niederschlag, obwohl dieser extrem wichtig bezüglich Dürren etc. ist.

Schon zu Beginn der 1980er war von einer Änderung des Klimas die Rede. LESER (1982) wies auf einen stärkeren Trend zu Schwankungen des Klimas hin. Aus diesem Grund gewinnen auch derartige Forschungen an Bedeutung. Der Klima- und damit auch der Landschaftswandel der Trockengebiete betrifft aufgrund seiner Ausdehnung große Teile der Erde. Da Klima und Wasser labile Faktoren sind, müssen sie unter ständiger Beobachtung stehen. Aufgrund des akuten Datenmangels und den verwendeten Fernerkundungsmethoden, welche nur größere Gebiete erfassen, wird in Trockengebieten oft großräumig gearbeitet.

Anfang der 1990er hat HULME (1992) im Zuge seiner Niederschlagsanalysen für Afrika die beiden Perioden 1931-1960 und 1961-1990 analysiert. Dabei wurden Daten von zahlreichen kontrollierten Stationen verwendet und das Klima auf Basis eines 5°-Grids-Modells konstruiert. Er konnte nur 30 Stationen für ganz Afrika verwenden, da die Abdeckung von 1931 bis 1990 nur durch wenige Standorte gekennzeichnet ist. Besonders die zentrale Sahara ist sehr unvollständig abgedeckt. Er kommt zu dem Ergebnis, dass in Teilen nordafrikanischer Küsten der Niederschlag um mehr als 8% abgenommen hat. Die Änderung ist über dem tropischen Nordafrika am bedeutendsten, wo der Niederschlag in der zweiten analysierten Periode gegenüber der ersteren bis zu 30% abgenommen hat. Die relative Variabilität hat u.a. in Algerien zugenommen.

Neuere Klimauntersuchungen werden in großem Ausmaß von SCHÖNWIESE vorgenommen. Schönwiese geht davon aus, dass es im Mittelmeerraum zu einer Umverteilung des Niederschlages kommt und es dadurch trockener wird. Regional werden sich Extremereignisse wie Dürren und Starkniederschläge häufen. Vom Mittelmeer Richtung Tropen kann das zu hohen sommerlichen Temperaturen und Dürren führen.

Ursachen in der Variabilität sieht SCHÖNWIESE (2003) in dem unregelmäßigen El-Niño- Zyklus von drei bis sieben Jahren, welcher zudem noch unterschiedlich stark ausfällt. Dadurch ergeben sich Niederschlagsanomalien. Um ein ENSO-Ereignis voraussagen zu können, gibt es verschiedene Modelle, die anhand der aktuellen Situation des tropischen Pazifiks, dessen Entwicklung vorhersagen können (WMO 2009).

Zusätzlich gibt es Modelle, die unter Einbeziehung von Strahlungsantrieben, Wechselwirkungen und Rückkopplungen, die Klimareaktion simulieren können (SCHÖNWIESE 2009).

Weitere Klimaanalysen wurden von PAETH (2005) durchgeführt, die Schönwieses Prognose bestätigt. PAETH geht ebenfalls davon aus, dass die Wüsten heißer und trockener werden. Als Grund sieht er hierfür die fehlenden Möglichkeiten, die Treibhausgase zu schwächen. Nachgewiesen wurden Dürren in den Perioden 1968-73, 1982-85 und 1990-92. Weit in die Vergangenheit lässt sich nicht zurückblicken, da die vorhandenen Aufzeichnungen nicht ausreichend sind.

In der westlichen und zentralen Sahara wurden keine zusammenhängenden Trends beobachtet. Anhand des Variationskoeffizienten zeigt sich eine zwischenjährliche Regenvariabilität. Dieser Koeffizient zeigt eine Zunahme von Süden nach Norden. Auch wenn der Niederschlag aufgrund seiner räumlichen und zeitlichen Variabilität aus einer kritischen Datenmenge besteht, ist dessen Kenntnis dringend notwendig für klimatologische und hydrologische Anwendungen. Der Bedarf an Niederschlagsdaten mit einer hohen raumzeitlichen Auflösung und Landabdeckung ist groß. Besonders in den niederen Breiten ist die Stationsdichte noch gering.

In dem IPCC-Bericht von 2001 wird ebenfalls die Variabilität des Niederschlages in Nordafrika betont. Es wird vermutet, dass die Ausbreitung des Getreideanbaus die Dürregefahren erhöht haben. Besonders während der Kolonialzeit wurde dieser Prozess gefördert, da es weiträumig zu Landenteignungen und Versetzung von Kleinbauern an Grenzgebiete kam. Unterstützend dazu gibt es Politiken, die einen Anreiz für Getreideproduktion schaffen. Auch eine Mechanisierung der Landwirtschaft und die zunehmende Nachfrage nach Lebensmitteln durch eine wachsende Bevölkerung tragen zu einem erhöhten Getreideanbau bei.

Deutlich wird die Abhängigkeit der Landwirtschaft vom Klima durch das häufige Auftreten von Extremereignissen. 1997 kam es in Algerien zu einer großen Dürre, was zu einer ernsthaften Abnahme der Ernte führte. In Marokko zeigten sich deutliche Verluste hinsichtlich landwirtschaftlicher Erträge in den Jahren 1992, 1995 und 1997.

Klimawandel bedeutet nicht nur eine Änderung des Klimas, sondern auch eine veränderte Variabilität und eine Intensivierung von Extremereignissen. Zudem fallen tropische Zyklonenaktivitäten und ENSO-Events verstärkt aus.

Bis zu dem IPCC-Bericht von 2001 zählen 1988 und 1995 als die wärmsten Jahre (Abb. 1). In der Zeit von 1995 bis 2006 zeigen nahezu alle Jahre Rekordwerte seit 1850.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Durchschnittliche Temperaturanomalien in °C in den letzten 100 Jahren für Afrika (Quelle: IPCC 2001)

Laut dem aktuellen IPCC-Bericht (2007) gibt es eine Niederschlagsabnahme in der Sahelzone und im Mittelmeerraum. Global treten vermehrt Dürren, aber auch Starkniederschläge auf. Seit 1970 gibt es eine verstärkte Zyklonenaktivität über dem Nordatlantik. Im Durchschnitt ist der Niederschlag auf der Erde in den letzten Jahrzehnten relativ stabil geblieben. Von 1900 bis Mitte der 1940er ist ein leichter Anstieg zu verzeichnen. Bis Mitte der 1950er hat der Niederschlag stark zugenommen und ist danach relativ hoch geblieben. Eine Ausnahme hier bilden die Tropen. In Nordafrika ist kein linearer Trend erkennbar. Zu Extremereignissen wie Dürren und Überschwemmungen kommt es meist dann, wenn es in der atmosphärischen Zirkulation weiträumige Anomalien gibt. Gleichzeitig führt dies dazu, dass sich die Bedingungen auf der Erdoberfläche ändern, was wiederum die entstandenen Störungen verstärken bzw. verlängern kann. In den Subtropen dauert ein Hauptintervall zwischen zwei Extremen vergleichsweise lange (DAI et al. 1997).

Für Trendanalysen werden oft lineare Regressionsgleichungen gegenüber der Zeit verwendet. Bezüglich der Ursachenforschung werden verschiedene physikalische und statistische Modelle eingesetzt. So kann beispielsweise herausgefunden werden, wie lange Treibhausgase in der Atmosphäre verbleiben und wie das Klima darauf reagiert (SCHÖNWIESE & JANOSCHITZ 2008).

Laut aktueller Untersuchungen von SCHÖNWIESE (2009) beträgt der Trend von 1901 bis 2000 global etwa +0,7°C mit einem maximalen Wert in 1998. Da es jedoch regional sehr große Unterschiede gibt, betont er die Wichtigkeit einzelner Untersuchungen.

3 Untersuchungsgebiet

In der vorliegenden Arbeit geht es um das hyperaride Nordafrika. Um auf dessen Klimaparamater wie Temperatur und Niederschlag näher eingehen zu können, ist eine genaue Charakterisierung erforderlich. Ebenso müssen die Faktoren, welche das Klima vor Ort beeinflussen, erläutert werden. Dabei wird aufgrund der genannten Probleme im vorherigen Kapitel, großräumig analysiert.

3.1 Räumliche Abgrenzung

Für eine Abgrenzung der Sahara gibt es verschiedene Möglichkeiten. Da es hier jedoch um das Klima geht, wird auch eine dementsprechende Grenzziehung gewählt. Zu beachten ist, dass in der Literatur oft zwischen Nordafrika und der Sahara unterschieden wird. Laut DUBIEF (1963) umfasst die „Sahara septentrional“ die Staaten Marokko, Algerien, Tunesien, Libyen und Ägypten. Da sich in der vorliegenden Arbeit jedoch nur mit dem hyperariden Bereich beschäftigt wird, werden die Grenzen anders gesetzt.

Die Sahara wird als „the world’s largest tropical desert, more than 10 million km², including at its heart the greatest area of extreme aridity” (BUCKLE 1996:215) definiert. Sie nimmt etwa 28% von Afrika ein. Da das Klimamaterial nur sehr lückenhaft vorliegt, ist sie klimatisch schwer abzugrenzen. Zudem ändert sich ihre Ausdehnung im Laufe der Zeit. In SCHIFFERS´ (1971) Darstellungen reicht das Gebiet von 17°W bis 37°E, sowie von 32°N bis 17°N. Es umfasst folglich auch den nördlichen Wendekreis, weshalb die Sahara auch als Wendekreis- Wüste bezeichnet wird. Sie ist somit auch Teil der Subtropen. Die Nord-Süd-Distanz beträgt ca. 1665 km.

Ein häufig verwendetes Abgrenzungskriterium ist der Niederschlag, der unter „normalen Umständen“ in der Wüste unter 50 mm pro Jahr liegt. Dieser Wert fällt in das Gebiet, dass durch den Verlauf der Trockengrenze umgeben wird. Wie sich herausstellen wird, unterliegt die Niederschlagshöhe hohen jährlichen Schwankungen, sodass sich die Jahresisohyeten um einige 100 km verlagern können (SCHIFFERS 1980).

Ein so großes Gebiet wie die Sahara weist verschiedene Teilräume auf, weshalb eine weitere Unterteilung notwendig ist. SCHIFFERS (1971) nimmt folgende Gliederung vor:

- Norden: hier herrscht mediterraner Einfluss mit Winterregen
- Süden: Sommerregen
- West-Ost-gerichtete Zone zwischen dem Norden und dem Süden: Regenfall ist selten und stammt aus den beiden angrenzenden Zonen

Zu beachten ist hierbei, dass diese Einteilung und ihre Eigenschaften nicht ausreichend durch meteorologische Beobachtungen abgesichert sind, da das Messnetz unzureichend ist. Deshalb lassen sich auch nur wenige Aussagen über die Verteilung des Niederschlages machen. Sicher ist nur, dass dieser überall niedrig ist.

3.2 Klima

Besonders treffend lässt sich das Klima der Sahara als „the most extensive and the most continental of all the tropical-subtropical dry climates” (TREWARTHA 1981:107) beschreiben. Beeinflusst werden die klimatischen Eigenschaften der Sahara vor allem durch die sehr lange Sonnenscheindauer (bis zu 11 Stunden pro Tag). Da die Bewölkung und der atmosphärische Wasserdampf gering sind, kann die Strahlung ungehindert zur Erdoberfläche durchdringen. Hinzu kommt die hohe Albedo mit 65%, der durch die größtenteils fehlende Vegetation verursacht wird. Der Feuchtegehalt der Luft nimmt zum Landesinneren schnell ab und erreicht seine minimalsten Werte an den Wendekreisen (SCHIFFERS 1980).

Dies ist der Grund für die geringe Verdunstung. Potentiell ist diese in der Sahara sehr hoch, da sie von hohen Temperaturen und strengen Winden dominiert wird. So könnte die potentielle Verdunstungskraft in den hyperariden Gebieten Werte bis 3000 mm erreichen (BUCKLE 1996). Tatsächlich ist die aktuelle Verdunstung jedoch sehr gering. Selbst wenn ausreichend feuchte Luft zur Verfügung stünde, fehlen die für den Regen notwendigen Windströmungen. Zudem bedarf es weiterer Mechanismen, wie topographischem Anstieg, Konvektion, frontaler Aktivität oder Konvergenz, um Niederschlag auszubilden (GRIFFITHS 1972).

Die Winde in der Sahara tragen einen erheblichen Teil zur Dürre bei. Sie wehen beinahe beständig, sodass es kaum windstille Tage gibt. Dies hängt mit der großräumigen Luftdruckverteilung und ihrer jahreszeitlichen Änderung zusammen (SCHIFFERS 1980). Auf diesen Zusammenhang wird im späteren Verlauf der Arbeit noch näher eingegangen.

3.2.1 Globale atmosphärische Zirkulation

Ein wichtiger Bestandteil der atmosphärischen Zirkulation in den niederen Breitengraden ist die Hadley-Zelle (Abb. 2). Dessen absinkende Äste führen zu einem weiträumigen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Die Lage der Sahara zur Hadley-Zelle

Quelle: SMITH, G. (1984:17)

Absinken der Atmosphäre, wodurch eine Konvergenz verhindert und eine Wolkenbildung unmöglich wird. Aus diesem Grund liegen an dem Wendekreis Trockengebiete. Die trockene Luft resultiert aus der fehlenden lokalen Evapotranspiration und somit auch aus der Beschaffenheit der Erdoberfläche. Teilweise liegt die Ursache auch in der fehlenden horizontalen Feuchteadvektion (SCHIFFERS 1971).

Aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse in Nordafrika gibt es dort nur wenige Tiefs. Es gilt: je größer die Entfernung von der Küste ist, desto mehr dominieren die Einflüsse des Subtropenhochdruckgürtels. Denn „je weiter man im Mittelmeerraum äquatorwärts kommt, desto seltener ist mit dem Durchzug von Tiefs zu rechnen“ (WEISCHET & ENDLICHER 2000:173).

Während der kälteren Jahreszeit wird die Sahara von kalten Luftmassen des Nordatlantiks und des Mittelmeeres durchströmt. Dadurch wird das Gebiet bis zum Nord-Sudan/Saharamitte ausgetrocknet.

Südlich der ITCZ stammt die feuchte Luft vom warmen sudanesischen Sommermonsun, welche eine weniger austrocknende Wirkung hat, wenn sie die Zentralsahara erreicht und Niederschlag bringen kann. Jedoch gelangt der Monsun meist nicht weit über den Wendekreis hinaus. Der Grund dafür sind die niedrige Breitenlage und die entgegen strömenden Etesien (SCHIFFERS 1971). Zusätzlich kann die kalte Luft der MPH’s den Druck in Nordafrika erhöhen, da sich der Antizyklon dadurch weiter nach Süden ausdehnt. Dies hemmt ebenfalls das Vordringen des Monsuns (LEROUX 2001).

Die Sahara selbst hindert durch ihren großräumigen Effekt den Monsun. Da die Monsunluft in der Wüste auf deutlich wärmere Luft trifft, gleitet die saharische Luft über die Monsunluft hinweg, was zu einer Temperaturinversion in der unteren Troposphäre führt. Dadurch werden die Tiefenkonvektion und die Regenbildung gehemmt (PAETH 2005).

Ein weiterer Bestandteil der atmosphärischen Zirkulation ist die Passatinversion. Diese wirkt als Sperrschicht und ist ein Balancezustand zwischen der auf- und absteigenden vertikalen Strömung. Je niedriger die Höhe der Inversion ist, desto geringer ist die Bildung von Niederschlag, da die bodennahen Luftmassen durch Konvektion nur gering angehoben werden können. Daher reicht die adiabatische Abkühlung nicht aus, um den Taupunkt zu erreichen.

Weiterhin ist die polare Frontalzone ein entscheidender Bereich, da dort der höchste Temperatur- und Druckgegensatz herrscht. Der Grund dafür sind die verschieden temperierten subtropischen und polaren Luftmassen, die dort aufeinander treffen (SCHIFFERS 1980). Je weiter die planetarische Polarfront im Winter nach Süden gelangt, desto stärker können sich an dessen Vorderseite Mäanderbögen bilden. Auf diese Weise können sich Tiefdruckzellen abnabeln und eine Zyklogenese auslösen, welche Niederschlag bringt.

Südlich des Atlasgebirges kann sich eine Depression im Lee ausbilden und die feuchte warme Luft aus dem Nordwesten ansaugen. Ist die Westwindzirkulation jedoch zonal ausgebildet, so kommt es nicht zu einem Regenfall (GIEßNER 1985).

3.2.2 Winde

In der Sahara ist es so gut wie nie windstill. Dadurch wird die ausdörrende Wirkung der Luft erhöht. Der Grund für die Beständigkeit des Windes ist die großräumige Luftdruckverteilung, welche sich mit den Jahreszeiten aufgrund der Wanderung ITCZ jedoch ändert. Im Winter nehmen die polaren Westwinde einen großen Einfluss auf die nördliche Sahara, während das restliche Wüstengebiet von den Nordost-Passaten, dem Harmattan, dominiert wird.

Die Etesien sind Winde, die dadurch entstehen, dass die subtropischen Antizyklone saisonal nach Norden wandern. So kann der kühle Wind vom Mittelmeer bis über 1000 km in die östliche Sahara vordringen. Das westliche Klima wird von maritimen/kontinentalen Passaten bestimmt (SCHIFFERS 1980), welche über dem Ozean entstehen und so Feuchte aufnehmen können (SCHIFFERS 1971).

3.2.3 Breitenlage

Aufgrund der bereits genannten Ausdehnung der Sahara über mehrere Breitengrade unterliegt die Wüste ständig einer starken Sonneneinstrahlung. Auch im Winter liegt diese nahe am Zenit, sodass die Luftbewegung gering bleibt und sich der Boden und die Luft auf maximale Temperaturen erhitzen können. Nördlich des Wendekreises ist die Zenitdistanz im Winter gering, im Sommer am höchsten. Südlich kommt es zum zweifachen Zenitdurchgang, was dem tropischen Klima entspricht.

Die Breitenlage ist zudem die Ursache für die geringe Wolkenbedeckung und die große Kontinentalität der Sahara. Demzufolge sind die Temperaturschwankungen innerhalb eines Jahres gering (SCHIFFERS 1971).

3.2.4 Kontinentalität

Anhand der Kontinentalität lässt sich die Sahara in Klimaprovinzen unterteilen. Um diese Einteilung vornehmen zu können, müssen zunächst die Feuchtequellen und dessen Wirkungsgrade untersucht werden.

Der Atlantik bestimmt das Klima in der Westsahara, in der es aufgrund dessen zu Niederschlägen im Winter kommen kann. Diese Wirkung lässt im Frühling jedoch nach. Einfluss auf seine Wirkung haben die angrenzenden Gebiete der Zentralsahara, welche durch eine erhöhte Temperatur den Feuchtegehalt reduzieren können. Der äquatoriale Atlantik ist zwar weit von der Wüste entfernt, bestimmt aber dennoch maßgeblich das Wetter in der Sahara.

Das Gebirge des Maghreb verhindert den Einfluss vom Nordatlantik und des westlichen Mittelmeeres. Der Osten der Sahara hingegen unterliegt dem offenen Meereseinfluss, verstärkt durch den Syrtengolf und die flache ägyptische Küste. In den folgenden Untersuchungen wird sich auf diese Einteilung bezogen.

3.2.5 Relief und Höhenlage

In der Sahara ist der Gebirgseinfluss zwar gering, aber dennoch komplex.

Ein bekanntes Gebirge ist der Atlas. Er erstreckt sich über 1610 km über Marokko, Algerien und Tunesien. Südlich davon dehnt sich die Sahara aus (UNEP 2008). Der Atlas mindert folglich die Regenmenge. Weiterhin ist er der Grund für die dominierenden Ostwinde im Norden. Im südöstlichen Nordalgerien herrschen deswegen fast beständig Tiefs vor.

Der mittlere Atlas-Rif bildet einen Regenschatten und hindert die Luftmassen aus Nordwesten vom Atlantik am Eindringen. Gleichzeitig sorgt der Rif für einen Föhneffekt über der saharischen Fußfläche. Beide Prozesse verstärken die Aridität, mindern aber auch die Variabilität der Temperatur.

Das Relief bzw. die Höhenlage und die Kontinentalität sind für eine Klimaänderung eher weniger bedeutsam, da sie sich in einem kurzen Zeitraum nicht ändern. Dennoch sind sie wichtig, um das Klima der Sahara zu verstehen und unterschiedliche Klimaentwicklungen erklären zu können.

3.2.6 Oberfläche und Bedeckung

Da in den hyperariden Gebieten kaum Vegetation vorhanden ist, spielt der Boden hinsichtlich der Ein- und Ausstrahlung (Albedo) eine sehr wichtige Rolle. Je weniger Bewuchs vorhanden ist, desto bedeutender sind die täglichen Temperaturschwankungen für das Klima. Eine weitere Konsequenz der fehlenden Vegetation ist die verstärkte Wind- und Wassererosion, welche zusammen mit anderen Klimafaktoren die Aridität verstärken kann.

3.2.7 Luftdruck

Durch die Luftdruckverteilung wird das westsaharische Tief von dem arabisch-pakistanischen Tief getrennt, folglich wird die Sahara klimatisch in Ost und West unterteilt. Der Luftdruck unterliegt nur selten Schwankungen, da Tiefs nur gelegentlich durch die Sahara ziehen oder sich die Antizyklone verschieben. Durch die Jahresschwankung der ITCZ, welche die trockene saharische Luft von der feuchten Luft des Sudan-Monsuns trennt, kommt es zu einer zeitlichen Änderung des Luftdrucks.

Störungen des barometrischen Feldes können hervorgerufen werden, wenn die sudanisch- saharische Depression die Sahara von Nordwesten nach Nordosten durchquert. Jedoch benötigt diese ausreichend feuchte Luft von den umgebenden Meeren, um ausreichend Niederschlag zu bringen. Daraus lässt sich schließen, dass die Niederschlagsarmut nicht durch den Mangel an Störungen hervorgerufen wird, sondern durch den zu geringen Feuchtegehalt der Luft.

3.2.8 ITCZ

Die ITCZ ist eine Tiefdruckzone, die die größten Niederschlagsmengen bringt. Entsprechend ihrer Verlagerung, fällt dieser in unterschiedliche Gebiete. Je höher der thermische Gradient, umso weiter können die polaren Höhenwestwinde zum Äquator vordringen und desto weiter können auch Wolken in den Trockenraum vordringen (SCHIFFERS 1971).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Durchschnittliche tägliche Luftdruckstrukturen (mbar) und Luftströmungen für Januar (Quelle: GRIFFITHS & SOLIMAN 1972:77)

Im Januar liegt die südlichste Grenze der ITCZ nahe 5°N (Abb. 3), sodass die Sahara von Nordost-Passaten und dem saharischen Hoch beherrscht wird. Dieses ist Teil des Azorenhochs und gehört somit zum subtropischen Hochdruckgürtel. An der Küste dominieren Westwinde. Die einzigen Luftmassen, die Feuchte in die Wüste bringen können, kommen aus dem Nordwesten und vom Roten Meer.

Für den Winter gibt es sechs bedeutsame Einflüsse auf das saharische Klima:

(1) Das Saharische Hoch als ein Ausläufer der Azoren-Antizyklone, welches heiße und ausdörrende Luft mit sich bringt. Diese verhindert ein Vordringen der feuchten Winde von der Küste in die Wüste; lediglich im nördlichen Areal kann es zu Niederschlägen kommen, wenn zyklonische Störungen im Mittelmeergebiet oder innerhalb einer saharischen Quelle auftreten; die Störungen können nur durch frische kalte Luft hervorgerufen werden.
(2) Arabisches Hoch als Bestandteil des subtropischen Hochdruckgürtels;
(3) Balkanisches Hoch, welches in Verbindung mit dem Antizyklon über Eurasien steht;
(4) Tiefdruckgebiet über dem zentralen und östlichen Mittelmeer
(5) Äquatoriale Tiefdruckrinne
(6) ITCZ

(GRIFFITHS & SOLIMAN 1972).

Im Allgemeinen zeigt sich ein West-Ost-Wandel in der Sahara, denn aufgrund der winterlichen Zyklonenaktivität fällt im Westen mehr Niederschlag als im Osten (WEISCHET & ENDLICHER 2000).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Durchschnittliche tägliche Luftdruckstrukturen (mbar) und Luftströme im Juli

(Legende s. Abb. 3) (Quelle: GRIFFITHS & SOLIMAN 1972:77)

Zum Sommer hin wandert die ITCZ weiter nördlich, so dass sie bei 15-20°N liegt. Daher kann der Monsun bis in die südliche Sahara vordringen. Nördlich davon dominieren weiterhin die Passate, welche als Etesien bekannt sind (WARNER 2004).

Im Sommer (Abb. 4) dominieren Tiefs das Wettergeschehen:

(1) Tief über Arabien
(2) Tief über der südlichen Sahara
(3) Hochdruckrinne über Zentralafrika
(4) ITCZ

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