Klimatologie. Faktoren bei der Wetter- und Klima-Bestimmung

1. Wetter oder Klima?

1.1. Unterschied Wetter / Klima

Das Wetter beschreibt uns den momentanen Zustand. Es entscheidet oft über gute oder schlechte Ernten.

Das Klima beschreibt weitgehend die Anbaubereiche der Nutzpflanzen. So gedeiht Kakao nur in feucht-heissem Klima. Das Klima beschreibt also die durchschnittlichen Jahreswerte über 20 Jahre.

1.2. Aufteilung unserer Atmosphäre

Die Atmosphäre bildet den gasförmigen Übergang vom festen Erdkörper zum Weltraum.

In der Troposphäre spielt sich das Wetter ab. In unseren Breiten ist die Troposphäre ca. 12 Kilometer hoch. Es herrschen vertikale Luftbewegungen. Der Temperaturverlauf in der Troposphäre bewegt sich um 0.5° bis 0.6°C pro 100 Meter ab.

Die Stratosphäre teilt sich in die Isotherme- und die Ozonschicht auf. Ozon schützt die Erde vor der gefährlichen Ultraviolett Strahlung.

In der Grenzschicht zwischen Tropos- und Stratosphäre wehen gewaltige Stürme (sogenannte Jetstreams). Vorherrschend sind horizontale Luftbewegungen.

1.3. Bestimmende Faktoren des Klimas

§ Meeresferne/-nähe (Ozeane wirken ausgleichend auf die Temperaturen und liefern Wasser für Niederschlag

§ Höhenlage

§ Relief (Gipfel- oder Muldenlage. In der Muldenlage ist es im Sommer heisser und im Winter kälter)

§ Vegetation (Pflanzen isolieren)

§ Meeresströmungen (kühlen oder erwärmen. Golfstrom ist für Europa bestimmend

§ Siedlungen

1.4. Zahlenwerte, an welchen Klima gemessen wird

1. Strahlung (Masseinheit: Albedo) Sonnenstrahlen, welche die Erde erreichen sind Kurzwellen und werden am Boden in Langwellen umgewandelt. So entsteht Wärme. Die Strahlen werden durch die Gase in der Atmosphäre zurückgehalten. Der natürliche Treibhauseffekt entsteht.
2. Sonnenscheindauer (Messung: Glaskugel, Fotozellen) Hängt von der geographischen Breite und der Jahreszeit ab.
3. Temperatur (Masseinheit: °C oder °F) siehe unter Titel 2
4. Luftfeuchtigkeit (in Gramm per m³ Luft) siehe unter Titel 3
5. Wolkenbildung und Niederschlag siehe unter Titel 4
6. Wind siehe unter Titel 5

1.4. Klimadiagramme

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Unterschied zwischen tiefster und höchster Jahrestemperatur nennt man Temperaturamplitude. Mann unterscheidet:

bis 10° = kleine Amplitude / ab 15° = grosse Amplitude

Niederschläge kommen vom Ozean (Atlantik, indischer Ozean und Pazifik). In der Regel hat die Schweiz Niederschläge vom Atlantik, weshalb wir Niederschläge bei Westwind haben.

Das Wasser erwärmt sich langsamer und kühlt sich auch langsamer ab als das Land.

1.5. Merkmale diverser Klimatypen

Man kann verschiedene Klimatypen generell einteilen:

ozeanisches Klima

In der Nähe von Ozeanen gelegenes Klima

Merkmale: kleine Temperaturamplitude, viel und durchs ganze Jahr Niederschläge

kontinentales Klima

Merkmale: grosse Temperaturamplitude, wenig Niederschläge

Mittelmeerklima

Kommt überall vor, wo es guten Wein gibt (Mittelmeer, schwarzes Meer, Kalifornien, Chile, Südafrika, Südaustralien)

Merkmale: Sommertrockenheit, Winterregen.

Exkurs: Treibhauseffekt und Ozonloch

Die vom Boden ausgehenden Langwellen werden durch gasförmige Moleküle der Troposphäre reflektiert, so dass sich der untere Bereich der Lufthülle besonders erwärmt. Im Laufe der Ge- schichte haben sich die Gase und damit auch die Temperatur verändert. Der Mensch verstärkt den Treibhauseffekt (Verbrennung von Erdöl, FCKW-Spraydosen, Lachgase etc.). Durch die Erderwärmung wird das Schmelzen des Polareises verursacht, was zum steigen des Meeres- spiegel führt. So sind tief liegende Gebiete gefährdet. Als Massnahmen gelten Lenkungsabga- ben nach Verursacherprinzip, Produktionsverbote (FCKW-Spraydosen), umweltfreundlichere Energieformen, etc.

In den oberen Schichten der Atmosphäre entsteht durch Strahlung Ozon, welches kurzwellige Strahlung in Wärme umwandelt. Mehr als 50 % Ozonabnahme gilt als Ozonloch. Durch Ver- minderung der Ozonschicht kann mehr kurzwellige Strahlung auf die Erde gelangen, was zu Hautkrebs, Erblindung und Schaden von Pflanzen und Meerestieren führen kann. Das Ozonloch wird durch den Verbrauch von FCKW verursacht. Als Massnahme wird bzw. wurde FCKW verbo- ten.

2. Temperaturen

2.1. Messmethoden

Die Temperatur wird gemäss internationalen Absprachen in 2 Meter Höhe im Schatten gemes- sen.

Tagestemperaturen sind immer Mittelwerte die auch die Nacht berücksichtigen. Das arithmeti- sche Mittel der Tagestemperaturen ergibt das Monatsmittel, dasjenige der Monatsmittel die Jahreswerte.

2.2. Ultraviolett- und Infrarotstrahlen

Heisse Luft ist leichter als kalte Luft. Wenn sich zwei bis drei Stunden nach Sonnenaufgang der Boden langsam erwärmt, wird die darüber liegende Luft auch aufgeheizt. Wenn am Abend sich die Sonneneinstrahlung wieder abschwächt, klingt die Lufttemperatur aber erst viel später ab, weil der Boden noch bis in die Nacht hinein Wärme an die Luft abgibt.

Die Lufttemperatur erreicht also bei Sonnenaufgang den Tagestiefststand. Erst zwei bis drei Stunden nach Sonnenaufgang beginnt sich die Luft über dem Boden zu erwärmen. Obwohl bei Sonnenhöchststand die stärkste Energieabgabe erfolgt, tritt die höchste Lufttemperatur, also das Tagestemperatur-Maximum, durchschnittlich erst drei Stunden später auf, da die Luft nur langsam von der Erdoberfläche her erwärmt wird.

2.3. Diverse Einflüsse auf Temperaturen.

Ein Bruchteil der Gesamtstrahlung der Sonne erreicht die Wärme. Mehr wäre zu viel, weniger zu wenig. Eine Strahlungsabnahme von 1 % würde einen Temperaturrückgang von 2°C zur Folge haben und das Resultat wäre schlussendlich Eiszeit.

Die kurzwelligen UV-Strahlen, welche die Erdoberfläche erreichen, werden dort in langwellige Wärmestrahlen umgewandelt und wärmt die über dem Boden liegende Luft auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche beträgt 15°C. Durch die Schrägstellung der Erdachse wird aber der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen im Verlaufe des Jahres geändert. Diese Änderungen bewirken:

- wechselnde Tages- und Nachtlängen
- wechselnde Jahreszeiten
- Wechsel von Regen und Trockenzeit
- Verschiebung der Windsysteme von Jahreszeit zu Jahreszeit

Je steiler der Auftreffwinkel der Sonne (Maximum 90°C) ist, umso grösser ist die Intensität pro Flächeneinheit. Deshalb sind Gebiete mit senkrechtem Sonneneinfall heisse Gebiete (Tropen), Gebiete mit flachem Sonneneinfall kühle Gebiete (Polar). Je weiter man sich auf der Nordhalb- kugel in Richtung Äquator bewegt, umso wärmer werden die Durchschnittstemperaturen. Gleiches gilt analog für die Südhalbkugel.

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Meere und Seen beeinflussen die Temperaturen ebenfalls. Da Wasser sich langsamer erwärmt als das Land und erheblich mehr Wärme zu speichern vermag, gleichzeitig aber auch langsamer abkühlt, wirkt es temperaturausgleichend. In der Meeres-Nähe ist die Temperaturamplitude deshalb kleiner als im Landesinnern (ozeanisch- und kontinentales Klima).

3. Niederschläge

3.1. Luftfeuchtigkeit

Wasser kommt in der Atmosphäre in drei Aggregatzuständen vor:

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Die tatsächlich vorhandene Wassermenge in der Luft ist die absolute Feuchte! Das Verhältnis der vorhandenen Wasserdampfmenge zu der bei der entsprechenden höchstmöglichen Wasserdampfmenge (Sättigungsgrenze) in Prozent ist die relative Feuchte. Diese wird mit dem Hygrometer gemessen.

Werte unter 40 % (Austrocknen der Nasenschleimhaut und über 90 % (Schwülegefühl) empfindet der Mensch unangenehm.

Mittelwerte: Zürich 50 - 85 %; Wüste 20 - 30 %; Tropen > 90 %

3.2. Entstehen von Niederschlägen und Wolkenbildung

Die Luft vermag je nach Temperatur Feuchtigkeit bis zur Sättigungsgrenze aufnehmen. Warme Luft kann mehr Wasser gasförmig aufnehmen als kalte Luft. Deshalb kann es bei einem Temperaturrückgang zu Niederschlägen kommen. (Tau, Nebel, Regen, Schnee).

Zuerst entstehen Wolken, welche sich dann in den drei Ursachen als Niederschlag wiederge- ben.

1. Niederschlag im Gebirge

Durch das Aufsteigen feuchter Luftmassen auf der LUV-Seite erfolgt Abkühlung und damit Niederschlag (Kondensation). Es entsteht ein Steigungs- oder Stauregen. Beispiel: Südföhn mit seinen starken Niederschlägen auf der Alpensüdseite

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Bei Südföhn kühlen sich die von Süden strömenden Luftmassen ab, wobei die Feuchtigkeit kondensiert. Es bilden sich Wolken, was schliesslich zu Regen führt. Die absinkende Luftströme auf der Leeseite führen zu einem kräftigen Wind, dem eigentlichen Föhnwind. Deshalb ist bei Südföhn auf der Alpennordseite schönes Wetter

2. Niederschlag bei wandernden Tiefdruckgebieten (Zyklonen)

Das Aufgleiten von warmer (feuchter) Luft auf kalte Luft, z.B. von warmer Meeresluft auf kalte Festlandluft bringt die warme Luft zum steigen, da sie leichter ist, als die kalte Luft. So kondensiert das Wasser und es regnet. Oder kalte Luft schiebt sich unter die warme Luft und bringt diese zum aufsteigen.

3. Niederschlag bei Erhitzung des Bodens

Der Boden ist stark erwärmt (z.B. im Sommer oder in den Tropen) und erwärmt die Luft, welche aufsteigt. Diese Luft kühlt sich ab und es erfolgt Kondensation (Gewitter, Zenitalregen in den Tropen)

Damit aus Wolken Niederschläge entstehen, braucht es Verunreinigungen der Luft (Aerosole; meist Staub. Um diese Staubkörner (Kondensationskern) lagert sich ein Wassertröpfchen ab und es entsteht Dunst. Ist der Dunst dicht, spricht man von Nebel oder Wolken.

Der Regen wird nach Tropfengrösse eingeteilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mittels Totalisator wird er gemessen (Gefäss mit Ölschicht, welche Regen vor dem Verdunsten schützt).

Jahresmittelwerte von Regen sind:

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3.3. Wolkenarten

Zum einen unterscheidet man Wolken nach ihrer Form:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei den unteren Wolken gibt es auch noch eine Mischform zwischen Wolkendecke und kleinen Wolken. Sie decken zwar nicht den ganzen Himmel, sind aber extrem Breit. Diese nennt man

STRATOCUMULUS.

4. Luftdruck

4.1. Entstehung des Luftdruckes

Die Lufthülle übt durch ihr Gewicht einen Druck auf die Erdoberfläche aus.

Der Normaldruck beträgt 1013 Hectopascal (hPa) oder Millibar (mbar), wobei 1 hPa = 1 mbar

Der Druck nimmt mit der Höhe ab. In Wetterkarten wird der Druck immer auf Meereshöhe zurück gerechnet und mit ISOBAREN (Linien gleichen Druckes) dargestellt.

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Man kann vereinfacht sagen:

Hochdruck

⇒ fallende Luft ⇒ wird dadurch erwärmt ⇒ kann viel Wasser aufnehmen ⇒ Wolken verschwinden ⇒ schönes Wetter

Tiefdruck

⇒ steigende Luft ⇒ wird abgekühlt ⇒ Wasser kondensiert ⇒ es bilden sich Wolken ⇒ es regnet

5. Winde

5.1. Entstehen und Verhalten von Winden

Das Tiefdruckgebiet wirkt wie ein Trichter mit Sog, der Luft ansaugt. Hochdruckgebiete sind „Luftberge“ von denen ständig Luft an die Umgebung abgegeben wird. Die Ausgleichsströmung zwischen Hoch- und Tiefdruck ist der Wind. Winde fliessen also immer vom Hoch- ins Tief- druckgebiet. Je grösser der Druckunterschied ist, desto stärker ist der Wind. Man bezeichnet Winde nach ihrem Ursprung bezeichnet (bspw. Wind vom Westen ist Westwind, Wind vom See ist Seewind)!

Da aber infolge der Corioliskraft (Drehung der Erde um ihre Achse) die Winde nicht direkt dem Druckgefälle folgen, fliessen sie spiralförmig aus dem Hoch- ins Tiefdruckgebiet hinein.

Auf der Nordhalbkugel drehen sie immer - vom Ursprung aus gesehen - nach rechts ab. Auf der Südhalbkugel nach links.

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Eine Windstille entsteht, wenn sich der Wind in derselben Geschwindigkeit wie die Erde bewegt. Der Wind fliesst immer fast ISOBARENGLEICH

Auf der NORDHALBKUGEL:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auf der Nordhalbkugel entstehen so aus Südwinden, welche ja rechts abgedreht werden, Südwestwinde, aus Nordwinden, Nord-Ostwinde!

In mittleren Breiten ist die Corioliskraft stärker. Deshalb entstehen hier aus Nordwinden Ostwinde und aus Südwinden Westwinde.

Auf der SÜDHALBKUGEL

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auf der Südhalbkugel entstehen so aus Südwinden, welche ja links abgedreht werden Südostwinde, aus Nordwinden, Nordwestwinde.

Aber auch hier ist in mittleren Breiten die Corioliskraft stärker. Deshalb entstehen hier aus Nordwinden Westwinde und aus Südwinden Ostwinde.

5.2. Entstehung von wandernden Tiefdruckgebieten (Zyklonen)

Wandernde Tiefdruckgebiete entstehen dort, wo entgegengesetzte strömende warme und kalte Luftmasse aufeinandertreffen. Dort wo kalte Luft auf Warmluft trifft, spricht man von einer Kaltfront. Dort wo warme Luft auf Kaltluft trifft, spricht man von einer Warmfront.

Durch die Corioliskraft entsteht eine Drehbewegung, die zu einem Tiefdruckwirbel führt , der sich von der Umgebung löst und selbstständig wandern zu beginnt. Da die schwere Luft der Kaltfront sich schneller vorwärts bewegt als die Warmfront, wird der Warmluftsektor immer enger. Holt die Kaltfront die Warmfront ein, gibt es eine sog. Okklusion.

Beispiel eines Seewindes: Kurzwelle Langwelle

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Luft über dem Land erwärmt sich (durch Kurzwellen), sie steigt und ein TIEF entsteht! Die Luft über dem See wird vom Wasser abgekühlt, sie sinkt und ein HOCH entsteht!

6. Wetterkarten

Wetterkarten zeigen die Luftdruckverteilung über einem Gebiet an. Diese Luftdrucklinien heissen ISOBAREN und zeigen Orte mit gleichem Luftdruck an. Alle Werte wurden auf Meereshöhe umgerechnet, weshalb man auch Vergleiche anstellen kann.

6.1. Interpretation von Wetterkarten

1. Zuerst sucht man das für die Region wetterbestimmende Hoch- und Tiefdruckzent- ren.

- Je näher die Isobaren beieinander sind, desto grösser sind die Druckunterschiede.
- Nicht wandernde Tiefdruckgebiete mit einem Tiefdruckzentrum verwechseln.

2. Die Winde über der Region eintragen. Die Winde gehen fast Isobarengleich vom Hoch- ins Tiefdruckgebiet.

3. Interpretation

- Winde vom Norden sind kalt
- Winde vom Süden sind warm
- Winde vom Land sind trocken (Sibirien: im Winter kalt/trocken. Bise: im Sommer heiss/trocken)
- Winde vom Ozean sind feucht (EU Sommer kühl; Winter mild)
- Isobaren weit auseinander ⇒ geringe Druckunterschiede ⇒ Windstille ⇒ besonders im Sommer treten lokale Erwärmungen (Gewitter am Nachmittag oder Abend) auf.
- Gewitter treten nur auf, wenn Luft noch feucht ist, also nicht nach langen Trockenperioden.

7. Monsun

7.1. Definition und Gebiete

Monsunwinde = jahreszeitlich wechselnde, regelmässig Winde, deren Windrichtung sich um mindestens 120 Grad unterscheidet. Es gibt an verschiedenen Orten solche Verhältnisse (auch Ostküste Amerika). Am Wichtigsten ist der Monsun für den indischen, ost- und südostasiatischen Raum, da hier die Verhältnisse wegen der grossen asiatischen Landmasse besonders stark ausgeprägt sind und damit der Monsun regelmässig und bestimmend ist.

7.2. Sommermonsun

Die asiatische Landmasse erwärmt sich im Bereich des Hochlandes von Tibet und China besonders stark. Damit steigt über diesem Gebiet die erwärmte Luft stark auf. Es bildet sich ein extremes Tiefdruckgebiet, das die Luftmassen des Passates weit nach Norden saugt.

Somit bringt der Sommermonsun vom indischen Ozean her feuchte, warme Luft, die sich am Himalaja ausregnet. In Bereich Südostasien und Japan China kommt die warm-feuchte Tropenluft weit nach Norden.

7.3. Wintermonsun

Abgeschirmt vom Gebirge (Himalaja) kühlt sich in diesem Bereich die asiatische Landmasse extrem ab. Es entsteht ein gewaltiges Kältehoch über Tibet und China. Dieses Hoch bringt trockene und kalte Luft aus Tibet und Sibirien weit nach Süden. Interessant ist in diesem Zu- sammenhang die Situation in China und Japan, die, obwohl am Ozean, gelegen extrem kalte Winter und warm feuchte Sommer haben. Ähnlich jedoch weniger stark ausgeprägt ist die Situation an der Ostküste von Amerika.

8. Tropische Winde / Tornados

8.1. Tropische Wirbelstürme (Taifun / Hurricanes)

Man unterscheidet zwischen:

Asien ⇒ Taifun

USA ⇒ Hurricanes

Sie entstehen über den Ozeanen in den 5° - 8° N/S Breite. Sie bilden sich immer bei Sonnenhöchststand. Durch hohe Wassertemperaturen und kühles Tiefenwasser (4°C) entstehen Wirbel über den Ozeanen, welche mit bis zum 300 km/h auf das Land zu fegen. Durch das ansteigen des Treibhauseffektes gibt es auch mehr Wirbelstürme.

8.2. Tornados (USA/Canada)

Tornados entstehen vorwiegend zwischen Rocky Mountains und den Appalachen in Nordamerika. Warme lauft aus der Karibik trifft auf kalte Landluft aus dem Norden. Somit entstehen grosse Temperaturunterschiede in den Mischzonen, woraus Wirbel folgen.