Klimatologie – Zusammenfassung
Fachgebiete Meteorologie, Geographie, Geologie, Ozeanographie und Physik
Einführung
Wetter – Witterung – Klima
Wetter -> Gesamtzustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten
Zeitpunkt (Momentzustand der Atmosphäre)
Witterung -> längerer Zeitabschnitt (einige Tage bis wenige Wochen) mit einheitlichen
Grundcharakter der kurzfristigen Wetterentwicklung (über einem größeren Raum)
Klima -> Mittlerer Zustand der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum
Klassisch
Synoptisch: Ergebnis der Abfolge typischer Witterungslagen während eines längeren
Zeitraums in charakteristischer Häufigkeitsverteilung
Dynamisch: „Zustand“ eines dynamischen Systems in problembezogenen
Zeiteinheiten innerhalb des langperiodischen (ab ca. 1 Monat) Teils des
atmosphärischen Variablilitätsspektrums
Was sind Klimaelemente und welche gibt es?
Physikalisch messbare Erscheinungen der Atmosphäre (Strahlung, Luftdruck,
Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Wind, Verdunstung, Niederschlag, Bewölkung)
Was sind Klimafaktoren und welche gibt es?
Eine das Klima beeinflussende Größe (geogr. Breitenlage, Kontinentalität, Vegetation,
Wasserverfügbarkeit, Höhenlage, Relief, Boden)
Atmosphäre – Strahlung – Solarklima
Warum gibt es Tag und Nacht?
Erdrotation (Sonne zu bzw. abgewandt)
Warum gibt es Jahreszeiten?
Erdrevolution, Neigung der Erdachse (im Sommer ist z.B. Augsburg näher an der
Sonne)
Was sind die Faktoren des „Gesamtstrahlungsgenusses“?
Strahlungsintensität (abh. Vom Einfallswinkel der Strahlung) -> Formel (siehe PG1
Tutorium)
Dauer der Bestrahlung (abh. Von Tageslänge)
Erde kreist um die Sonne -> keine perfekte Kreisbahn, sondern eine Ellipse (wurde
berechnet)
Astronomische Grundlagen
Aphel -> sonnenfernster Stand (meistens am 3.Juli)
Perihel -> sonnennächster Stand (meistens am 3. Januar)
21. Juli -> Sommer Solstitium – Polartag am Nordpol und Polarnacht am Südpol
22. Dezember -> Winter Solstitium – Polarnacht am Südpol und Polarnacht am Nordpol
Äquinoktium am 21. März und 23. September
, Sonne steht direkt über dem Äquator am Zenit -> überall auf der Erde ist gleich lang
Tag und Nacht
Milankovic – Zyklos
Exzentrität – beschreibt die Ellipsenform der Erdbahn -> je ellipsenförmiger die
Erdbahn ist, desto größer ist der Unterschied zwischen dem sonnenfernsten und
sonnennächsten Punkt der Erde
Obliquität – beschreibt die Schiefe der Ekliptik -> wie stark die Erde zur Sonne geneigt
ist: schwankt immer zwischen 21 Grad und 24 Grad -> zurzeit bei 23,5 Grad
Präzession – wie ändert sich die Richtung der Erdachse innerhalb von ca. 23 Tausend
Jahren -> zurzeit eher nach rechts geneigt
je nachdem wie sie zusammenspielen befinden wir uns in einer Warmzeit oder in
einer Kaltzeit
Solarklimatische Zonierung
Solarklimatisches Polargebiet (nördlicher Polarkreis 66,5 Grad N / südlicher Polarkreis 66,5
Grad S) -> Polartag und Polarnacht
Solarklimatische Mittelbreiten (nördlicher Wendekreis 23,4 Grad N / südlicher Wendekreis
23,5 Grad S) -> weder Zenitstand noch Polartag/Polarnacht
Solarklimatische Tropen -> 1-2 maliger Zenitstand der Sonne pro Jahr
am Polarkreis: jeweils einmal im Jahr Polartag und Polarnacht
am Pol: jeweils für ein halbes Jahr Polartag bzw. Polarnacht
15 Grad Celsius auf der Erdoberfläche
1013 hPa (Hektopascal) ist der durchschnittliche Druck auf der Erdoberfläche
Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre
Trixie (Troposphäre) -> 0-ca. 12 km Höhe -> Troposphäre ist wesentlich dicker in
den Tropen als in den Polargebieten
staunte, als ich (Stratosphäre) -> ca. 12-50 km Höhe
meine (Mesosphäre) -> 50-80 km Höhe
Thermosflasche. (Thermosphäre) -> 80-1000 km Höhe
exte. (Exosphäre) -> ab 1000 km Höhe
Prozentangaben
größten Anteil der Atmosphäre: Stickstoff (78%) -> dann der Sauerstoff (21%) -> dann
ein Spurengas (Argon) (1%)
PPM (parts per million)
größter Anteil mit Kohlendioxid (410 PPM) (steigt immer weiter) -> dann Neon (18
PPM) -> dann Methan (2 PPM) (eins der aktivsten Gase)
PPB (parts per billion)
größter Anteil mit Wasserstoff (500 PPB) -> dann kommt Lachgas (330 PPB) -> dann
Ozon (30 PPB)
Absorption und Streuung in der Atmosphäre
etwa 50% der kurzwelligen Einstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre erreichen
die EOF (direkte Sonnenstrahlung und diffuse Himmelsstrahlung) -> Globalstrahlung
Albedo
Verhältnis von reflektierter zu einfallender Strahlung (ca. 0.3-3 micrometer)
, Welt von Satelliten aufgenommen
- alle hellen Flächen (z.B. Wolken, Eis, Schnee, Sahara) -> hohen Albedo
- alle dunklen Flächen (z.B. Ozeane, Regenwälder) (absorbieren mehr Energie) ->
niedriger Albedo
Venus (näher zur Sonne) -> meisten Anteil an Albedo (als die Erde und der Mars)
Im Winter wird weniger Solarenergie absorbiert -> starker/hohen Albedo
spezifische Wärme/Wärmekapazität
Wie viel Energie wird benötigt, um den z.B. Sand aufzuwärmen? -> Sie bemisst die
Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu speichern (Stoffeigenschaft der
Thermodynamik)
Wärmeleitfähigkeit
Wie schnell kann man untere Schichten damit aufwärmen? -> Stoffeigenschaft, die
den Wärmestrom durch ein Material auf Grund der Wärmeleitung bestimmt
Regionen die sehr nahe am Ozean liegen -> wärmere Winter und kühlere Sommer
(moderateres Klima)
Die Atmosphäre der Erde hat sich in den letzten Jahren um 1 Grad Celsius aufgewärmt
das Klimasystem der Erde ist im Energieungleichgewicht
Isothermen
Iso: gleiche Linien; Linien, die etwas Gleiches darstellen
Isothermen: Linien sind dargestellt, die die gleiche Temperatur aufweisen
Isobaren
Isobaren: stellen Linien des Gleichen Drucks dar -> wenn die Isobaren näher
aneinander liegen ist der Druck größer
sind in einer warmen Luft weiter ausgebreitet als in einer kalten Luft
Thermoisoplethendiagramm ist ein Klimadiagramm, dass die Tageskurve der Lufttemperatur
im Verlauf eines Jahres an einem bestimmten Ort anzeigt
Warum ist der Himmel blau und die Wolken weiß?
Himmelsblau: Rayleigh – Streuung an Luftmolekülen
Wolkenweiß: Mie – Streuung an Wassertröpfchen und Aerosolteilchen
Zusammenhang von Partikelgröße und Wellenlänge
Rayleigh – Streuung: funktioniert nur wenn die Partikel kleiner sind als die
Wellenlänge des Lichts -> Abhängigkeit der Wellenlänge
Mie – Streuung: keine Abhängigkeit der Wellenlänge, dass das gesamte Spektrum
gestreut und überlagert wird
Graue Wolken?
Schatten -> nicht genug Licht kommt durch -> erscheint für uns grau
Sonnenuntergangsrot?
Licht muss einen viel längeren Weg zu uns zurücklegen und da kommt nur das ganz
langwellige Licht an, was dann rot ist, weil das vorher nicht von irgendwelchen
Teilchen weggestreut wird
Fachgebiete Meteorologie, Geographie, Geologie, Ozeanographie und Physik
Einführung
Wetter – Witterung – Klima
Wetter -> Gesamtzustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten
Zeitpunkt (Momentzustand der Atmosphäre)
Witterung -> längerer Zeitabschnitt (einige Tage bis wenige Wochen) mit einheitlichen
Grundcharakter der kurzfristigen Wetterentwicklung (über einem größeren Raum)
Klima -> Mittlerer Zustand der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum
Klassisch
Synoptisch: Ergebnis der Abfolge typischer Witterungslagen während eines längeren
Zeitraums in charakteristischer Häufigkeitsverteilung
Dynamisch: „Zustand“ eines dynamischen Systems in problembezogenen
Zeiteinheiten innerhalb des langperiodischen (ab ca. 1 Monat) Teils des
atmosphärischen Variablilitätsspektrums
Was sind Klimaelemente und welche gibt es?
Physikalisch messbare Erscheinungen der Atmosphäre (Strahlung, Luftdruck,
Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Wind, Verdunstung, Niederschlag, Bewölkung)
Was sind Klimafaktoren und welche gibt es?
Eine das Klima beeinflussende Größe (geogr. Breitenlage, Kontinentalität, Vegetation,
Wasserverfügbarkeit, Höhenlage, Relief, Boden)
Atmosphäre – Strahlung – Solarklima
Warum gibt es Tag und Nacht?
Erdrotation (Sonne zu bzw. abgewandt)
Warum gibt es Jahreszeiten?
Erdrevolution, Neigung der Erdachse (im Sommer ist z.B. Augsburg näher an der
Sonne)
Was sind die Faktoren des „Gesamtstrahlungsgenusses“?
Strahlungsintensität (abh. Vom Einfallswinkel der Strahlung) -> Formel (siehe PG1
Tutorium)
Dauer der Bestrahlung (abh. Von Tageslänge)
Erde kreist um die Sonne -> keine perfekte Kreisbahn, sondern eine Ellipse (wurde
berechnet)
Astronomische Grundlagen
Aphel -> sonnenfernster Stand (meistens am 3.Juli)
Perihel -> sonnennächster Stand (meistens am 3. Januar)
21. Juli -> Sommer Solstitium – Polartag am Nordpol und Polarnacht am Südpol
22. Dezember -> Winter Solstitium – Polarnacht am Südpol und Polarnacht am Nordpol
Äquinoktium am 21. März und 23. September
, Sonne steht direkt über dem Äquator am Zenit -> überall auf der Erde ist gleich lang
Tag und Nacht
Milankovic – Zyklos
Exzentrität – beschreibt die Ellipsenform der Erdbahn -> je ellipsenförmiger die
Erdbahn ist, desto größer ist der Unterschied zwischen dem sonnenfernsten und
sonnennächsten Punkt der Erde
Obliquität – beschreibt die Schiefe der Ekliptik -> wie stark die Erde zur Sonne geneigt
ist: schwankt immer zwischen 21 Grad und 24 Grad -> zurzeit bei 23,5 Grad
Präzession – wie ändert sich die Richtung der Erdachse innerhalb von ca. 23 Tausend
Jahren -> zurzeit eher nach rechts geneigt
je nachdem wie sie zusammenspielen befinden wir uns in einer Warmzeit oder in
einer Kaltzeit
Solarklimatische Zonierung
Solarklimatisches Polargebiet (nördlicher Polarkreis 66,5 Grad N / südlicher Polarkreis 66,5
Grad S) -> Polartag und Polarnacht
Solarklimatische Mittelbreiten (nördlicher Wendekreis 23,4 Grad N / südlicher Wendekreis
23,5 Grad S) -> weder Zenitstand noch Polartag/Polarnacht
Solarklimatische Tropen -> 1-2 maliger Zenitstand der Sonne pro Jahr
am Polarkreis: jeweils einmal im Jahr Polartag und Polarnacht
am Pol: jeweils für ein halbes Jahr Polartag bzw. Polarnacht
15 Grad Celsius auf der Erdoberfläche
1013 hPa (Hektopascal) ist der durchschnittliche Druck auf der Erdoberfläche
Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre
Trixie (Troposphäre) -> 0-ca. 12 km Höhe -> Troposphäre ist wesentlich dicker in
den Tropen als in den Polargebieten
staunte, als ich (Stratosphäre) -> ca. 12-50 km Höhe
meine (Mesosphäre) -> 50-80 km Höhe
Thermosflasche. (Thermosphäre) -> 80-1000 km Höhe
exte. (Exosphäre) -> ab 1000 km Höhe
Prozentangaben
größten Anteil der Atmosphäre: Stickstoff (78%) -> dann der Sauerstoff (21%) -> dann
ein Spurengas (Argon) (1%)
PPM (parts per million)
größter Anteil mit Kohlendioxid (410 PPM) (steigt immer weiter) -> dann Neon (18
PPM) -> dann Methan (2 PPM) (eins der aktivsten Gase)
PPB (parts per billion)
größter Anteil mit Wasserstoff (500 PPB) -> dann kommt Lachgas (330 PPB) -> dann
Ozon (30 PPB)
Absorption und Streuung in der Atmosphäre
etwa 50% der kurzwelligen Einstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre erreichen
die EOF (direkte Sonnenstrahlung und diffuse Himmelsstrahlung) -> Globalstrahlung
Albedo
Verhältnis von reflektierter zu einfallender Strahlung (ca. 0.3-3 micrometer)
, Welt von Satelliten aufgenommen
- alle hellen Flächen (z.B. Wolken, Eis, Schnee, Sahara) -> hohen Albedo
- alle dunklen Flächen (z.B. Ozeane, Regenwälder) (absorbieren mehr Energie) ->
niedriger Albedo
Venus (näher zur Sonne) -> meisten Anteil an Albedo (als die Erde und der Mars)
Im Winter wird weniger Solarenergie absorbiert -> starker/hohen Albedo
spezifische Wärme/Wärmekapazität
Wie viel Energie wird benötigt, um den z.B. Sand aufzuwärmen? -> Sie bemisst die
Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu speichern (Stoffeigenschaft der
Thermodynamik)
Wärmeleitfähigkeit
Wie schnell kann man untere Schichten damit aufwärmen? -> Stoffeigenschaft, die
den Wärmestrom durch ein Material auf Grund der Wärmeleitung bestimmt
Regionen die sehr nahe am Ozean liegen -> wärmere Winter und kühlere Sommer
(moderateres Klima)
Die Atmosphäre der Erde hat sich in den letzten Jahren um 1 Grad Celsius aufgewärmt
das Klimasystem der Erde ist im Energieungleichgewicht
Isothermen
Iso: gleiche Linien; Linien, die etwas Gleiches darstellen
Isothermen: Linien sind dargestellt, die die gleiche Temperatur aufweisen
Isobaren
Isobaren: stellen Linien des Gleichen Drucks dar -> wenn die Isobaren näher
aneinander liegen ist der Druck größer
sind in einer warmen Luft weiter ausgebreitet als in einer kalten Luft
Thermoisoplethendiagramm ist ein Klimadiagramm, dass die Tageskurve der Lufttemperatur
im Verlauf eines Jahres an einem bestimmten Ort anzeigt
Warum ist der Himmel blau und die Wolken weiß?
Himmelsblau: Rayleigh – Streuung an Luftmolekülen
Wolkenweiß: Mie – Streuung an Wassertröpfchen und Aerosolteilchen
Zusammenhang von Partikelgröße und Wellenlänge
Rayleigh – Streuung: funktioniert nur wenn die Partikel kleiner sind als die
Wellenlänge des Lichts -> Abhängigkeit der Wellenlänge
Mie – Streuung: keine Abhängigkeit der Wellenlänge, dass das gesamte Spektrum
gestreut und überlagert wird
Graue Wolken?
Schatten -> nicht genug Licht kommt durch -> erscheint für uns grau
Sonnenuntergangsrot?
Licht muss einen viel längeren Weg zu uns zurücklegen und da kommt nur das ganz
langwellige Licht an, was dann rot ist, weil das vorher nicht von irgendwelchen
Teilchen weggestreut wird
