Klima

Als Klima bezeichnet man die Gesamtheit der meteorologischen Erscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an der Erdoberfläche kennzeichnen. Weiterhin versteht man unter dem Begriff Klima die Gesamtheit der Witterungen innerhalb eines definierten Zeitraumes (z. B. eines Jahres). Das Klima ergibt sich aus den physikalischen Vorgängen, die in der Atmosphäre in Gang gesetzt werden. Wesentliche Antriebskraft für diese Prozesse ist die Bestrahlung der Erde durch die Sonne. Darüber hinaus steuern zahlreiche Faktoren die Ausprägung des Klimas an einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche. Zu nennen sind hierbei vor allem die geographische Breite (die für den Einfallswinkel des Sonnenlichtes entscheidend ist), die Höhenlage, das Relief (z. B. die Lage innerhalb eines Gebirges), die Entfernung des Ortes vom Meer, die Geländebeschaffenheit (etwa die Bedeckung durch Vegetation oder versiegelte Fläche), die Lage zu Niederschlag bringenden Winden und vieles mehr. Diese Faktoren haben markante Auswirkungen auf die Klimaelemente wie etwa Temperatur und Niederschlag und führen zur Bildung spezifischer Klimatypen wie etwa Höhen- oder Stadtklima.

Unter Wetter versteht man den Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort. Witterung ist der vorherrschende Ablauf des Wetters in einem längeren Zeitraum. Klima ist die Gesamtheit dieser über lange Zeit zu beobachtenden Erscheinungen. Wetter und Witterung sind Forschungsgegenstand der Meteorologie, mit dem Klima befasst sich die Klimatologie. Das Wetter lässt sich mit Hilfe von Thermometern, Niederschlagsmessern, Barometern, Feuchtemessgeräten und anderen Instrumenten bestimmen. Die Klimaforschung hingegen basiert auf Statistiken. Heute werden diese Statistiken mit dem Einsatz von Computern erstellt und ausgewertet. Eine einfache zusammenfassende Darstellung der über längere Zeiträume hinweg beobachteten Witterungsverhältnisse zeigt jedoch noch kein zuverlässiges Bild des Klimas - dafür ist eine sorgfältige Analyse langfristig erhobener Daten erforderlich. Die Erforschung klimatischer Veränderungen im Laufe der erdgeschichtlichen Entwicklung ist Aufgabengebiet der Paläoklimatologie, die auf geologischer Forschung basiert.

Das griechische Wort klima bezieht sich auf die Neigung der Erde in Richtung auf die Pole. Das Klima wird neben Auswirkungen der sich ständig ändernden Sonneneinstrahlung auch durch den komplexen Aufbau der Atmosphäre beeinflusst. Eine Rolle spielt auch die Art und Weise, wie in der Atmosphäre und in den Ozeanen Wärme transportiert wird. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Größenordnung der klimatologisch untersuchten Gebiete: Makroklima bezieht sich auf eine weite Region, Mesoklima auf einen kleineren abgegrenzten Raum und Mikroklima auf eine sehr kleine Fläche. Beispielsweise wird das Makroklima für die Einteilung der Erdoberfläche in verschiedene Klimazonen herangezogen, während das Mikroklima als Klima der bodennahen Luftschichten etwa für Fragen der Landnutzung von Bedeutung ist. So kann das Mikroklima im Schatten großer Bäume von Interesse sein, weil es für den Anbau bestimmter Kulturpflanzen geeignet ist.

Das Klima hat tief greifende Auswirkungen für das Leben auf der Erde. Betroffen davon sind neben Flora und Fauna auch die Menschen. Die Ausprägung des Klimas spielt bei einer Vielzahl physiologischer Prozesse, von Fruchtbarkeit und Wachstum bis zu Gesundheit und Krankheit, eine entscheidende Rolle. Der Mensch kann das Klima durch Veränderung seiner Umwelt beeinflussen: Dies betrifft z. B. Umgestaltungen der Erdoberfläche durch bestimmte Nutzungsformen (wie etwa Siedlungs- oder Agrarflächen) und den Eintrag von Chemikalien und Gasen - etwa die Anreicherung der Atmosphäre mit Kohlendioxid. So gilt etwa die Verbrennung fossiler Energieträger durch menschliche Aktivität als eine Ursache für die seit einigen Jahrzehnten feststellbare globale Erwärmung.

Klimazonen

Auf globaler Ebene kann das Klima in Zonen eingeteilt werden. Klimazonen umfassen großräumige Gebiete, in denen das Klima relativ einheitlich ist. Sie können nach verschiedenen Kriterien voneinander abgegrenzt werden. Wichtige Faktoren sind dabei etwa Klimaelemente wie Temperatur und Niederschlag sowie die Auswirkungen des Klimas auf der Erdoberfläche im Hinblick auf verschiedene Arten der Vegetation. Zur klimatischen Untersuchung der einzelnen Klimazonen müssen die Zirkulationen in den höheren Schichten der Atmosphäre, der Stratosphäre, sowie in ihren unteren Schichten, der Troposphäre oder wetterwirksamen Luftschicht, berücksichtigt werden. Bis zum Einsatz von Satelliten waren atmosphärische Phänomene in den höheren Luftschichten wenig erforscht

Grundsätzlich kann nicht das Klima an sich gemessen werden; vielmehr können nur Daten von einzelnen Klimaelementen erhoben werden, die maßgeblich zur Ausprägung des spezifischen Klimas beitragen. Diese Daten werden an eigens aufgebauten und mit Messinstrumenten ausgestatteten Klimastationen erhoben. Während der Wasserstand des im Niederschlagsmessgeräts aufgefangenen Wassers einmal am Tag abgelesen wird, erfolgt die Erfassung der aktuellen Lufttemperatur mehrmals täglich. Aus diesen Werten wird anschließend der Mittelwert gebildet. Ein grundsätzliches Problem der Erfassung von Größen wie Temperatur und Niederschlag auf der Erdoberfläche ist, dass das Netz der Klimastationen, an denen diese Werte erfasst werden, noch sehr lückenhaft ist. Gerade über Wasserflächen sind noch zu wenige Messstationen vorhanden. Außerdem sind die Messungen mitunter mit Ungenauigkeiten behaftet.

Vereinfacht kann man sich die Strömungen in der Atmosphäre folgendermaßen vorstellen: Warme Luft steigt in den äquatorialen Regionen auf, bewegt sich in der Höhe polwärts und sinkt über den Polargebieten wieder ab. Dadurch stehen die Regionen am Äquator meist unter Tiefdruckeinfluss, und es weht ein schwacher, äquatorwärts gerichteter Wind. Dieser Zustand wird oft durch intensive Konvektionsbewölkung in Verbindung mit schauerartigen Niederschlägen unterbrochen. Aufgrund des meist nur schwachen Windes in der Äquatorzone heißt dieses Gebiet Kalmenzone (Kalme bedeutet Windstille). Diese verlagert sich während des Nordsommers etwas nach Norden und während des Südsommers leicht südwärts. An den Polen jedoch sinkt die Luft ab. Dies führt dort zur Entstehung von Hochdruckgebieten, aus denen trockene, kalte Polarwinde strömen.

Dieses einfache Bild wird durch die Erddrehung kompliziert, die zur Ablenkung des nördlichen und südlichen Luftkreislaufes führt. Dadurch treten sowohl tropische als auch polare Windströmungen meist als Ostwinde auf, und es bilden sich auf jeder Erdhalbkugel zwei Zwischengürtel. In den Bereichen um 30 Grad nördlicher sowie südlicher Breite liegt ein Hochdruckgürtel, in dem die Luft absinkt, sich verteilt und in Richtung des tiefen Druckes, also zum Äquator hin fließt. Auf der Nordhalbkugel wehen beständig Passatwinde aus nordöstlicher Richtung, auf der Südhalbkugel Passatwinde aus südöstlicher Richtung. Hochdruckgebiete sind einerseits durch Trockenheit auf dem Festland charakterisiert, andererseits jedoch aufgrund der Verdunstung durch Ansammlung von Feuchtigkeit über den Meeren gekennzeichnet. Wenn die Passatwinde auf Inseln oder Küstenregionen vor dem Festland stoßen, wird feuchte Luft besonders beim Auftreffen auf Gebirge in höhere, kältere Schichten verlagert, wodurch es zu starken Regenfällen kommen kann.

Im Bereich zwischen 50. und 60. Grad nördlicher sowie südlicher Breite erstreckt sich ein Tiefdruckgürtel mit überwiegend aus westlicher Richtung strömenden Winden, die auf der Nordhalbkugel in südwestliche Richtung und auf der Südhalbkugel in nordwestliche Richtung gelenkt werden. Diese Strömungen äußern sich in verhältnismäßig schwachen, feuchten Winden, die jedoch häufig zu wirbelsturmartigen Niederschlägen in Gebieten höherer geographischer Breite entlang der Westküsten des Festlandes führen. Die Niederschläge entstehen, wenn polare Kaltluft aus östlicher Richtung und subtropische Warmluft aus westlicher Richtung an der Polarfront zusammentreffen und beim Abkühlen ihre Feuchtigkeit abregnen. Im Winter ist dies die Hauptursache für Schneefälle auf den Kontinenten.

Temperatur- und Niederschlagsskalen

Die Temperatur ist ein wichtiges Klimaelement. Eine mögliche Einteilung in fünf Klimazonen anhand der Temperaturen sieht folgendermaßen aus:

(1) tropisch, mit Temperaturmittelwerten von monatlich und jährlich über 20 °C;

(2) subtropisch, mit mittleren Temperaturen über 20 °C während vier bis elf Monaten und Jahresmittelwerten zwischen 10 und 20 °C;

(3) gemäßigt, mit mittleren Temperaturen zwischen 10 und 20 °C während vier bis zwölf Monaten im Jahr und ansonsten niedrigeren mittleren Temperaturen;

(4) kalt, mit mittleren Temperaturen von 10 bis 20 °C während ein bis drei Monaten im Jahr;

(5) polar, mit monatlichen Mitteltemperaturen von ganzjährig unter 10 °C.

In Bezug auf die Niederschläge gibt es u. a. folgende Einteilung in acht Klimazonen:

(1) äquatorial: Regen zu allen Jahreszeiten;

(2) tropisch: Niederschläge im Sommer, trockene Winter;

(3) semiarid-tropisch: leichte Niederschläge im Sommer;

(4) arid: trocken zu allen Jahreszeiten;

(5) trocken-mediterran: leichte Winterregen;

(6) mediterran: Niederschläge im Winter, trockene Sommer;

(7) gemäßigt: Niederschläge zu allen Jahreszeiten;

(8) polar: geringe Niederschläge zu allen Jahreszeiten.

Klassifikation anhand der Vegetation

Weder die Einteilung nach mittleren Temperaturwerten noch jene nach Niederschlägen erfüllt die Anforderungen an eine genaue und umfassende Klimabeschreibung. Nützliche Anhaltspunkte bietet jedoch die Vegetation: Der tropische Regenwaldgürtel ist während der meisten Zeit des Jahres durch tropische Regen gekennzeichnet; die Savanne durch warme, stark ausgeprägte Regen- und Trockenzeiten; die Tundra durch kalte, ebenfalls deutliche Regen- und Trockenzeiten. Da zwischen den Klimaelementen Temperatur und Niederschlag enge Wechselbeziehungen bestehen, hat sich folgende klimaökologische Einteilung in fünf Kategorien bewährt:

(1) Tropenklima;

(2) warmgemäßigtes Klima;

(3) kühlgemäßigtes Klima;

(4) Trockenklima;

(5) polares und Höhenklima.

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