Geografie-PHZH | 7: Klimatologie und Meteorologie

Gewitterlage in Mitteleuropa

Langjährige Messreihen der Temperaturen und Niederschläge zeigen, dass der Witterungsverlauf grossen Schwankungen unterliegt.

Von Klimaschwankungen ist die Rede, wenn sich die Abweichungen in einer bestimmten Bandbreite bewegen.

Langjährige Messreihen der Temperaturen und Niederschläge zeigen, dass der Witterungsverlauf grossen Schwankungen unterliegt.

Lässt sich aus Mittelwerten ein Trend ablesen, ist von einer Klimaveränderung die Rede.

Langjährige Messreihen der Temperaturen und Niederschläge zeigen, dass der Witterungsverlauf grossen Schwankungen unterliegt.

Bei einer langfristigen Veränderung von einem Klimawandel die Rede.

Durch die Industrialisierung und den dadurch massiv angestiegenen Verbrauch fossiler Energie (v.a. Kohle und Erdöl), aber auch durch die Intensivierung der Landwirtschaft und die umfangreichen Waldrodungen wird die Zusammensetzung der Atmosphäre seit dem 19. Jahrhundert durch den Menschen messbar beeinflusst.

Kohlendioxid, Methan und weitere Gase bewirken einen verstärkten Treibhauseffekt.

Dabei wird von einem anthropogen verursachten Treibhauseffekt gesprochen, um den seit dem 19, Jahrhundert markanten Temperaturanstieg in den bodennahen Luftschichten zu umschreiben,

In stark unterschiedlicher zeitlicher und räumlicher Konzentration treten zudem in der bodennahen Luftschicht Ozon, Kohlenmonoxid, Stickoxide und Staubpartikel auf. Da sie bei hohen Konzentrationen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben und Reizungen sowie Erkrankungen der Atemwege auslösen können, werden sie als Luftschadstoffe bezeichnet.

Bei hohen Konzentrationen spricht man von Smog (aus engl.: «smoke» + «fog»).

Im Winter kommt es bei Hochdruckwetterlagen - im schweizerischen Mittelland meist mit Nebel oder Hochnebel – häufig zu Inversionen, wodurch der Austausch zwischen den bodennahen Luftschichten und der freien Atmosphäre stark reduziert wird.

Dies hat zur Folge, dass sich in Bodennähe Spurengase wie Stickoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, aber auch Staub und Russ als Feinstaub (PM 10) zum Wintersmog ansammeln,

Durch die grosse Einstrahlung steigt die erhitzte Luft im Bereich des Äquators nach oben und erzeugt am Boden einen die Erde umspannenden Tiefdruckgürtel, die sogenannte innertropische Konvergenzzone ITC. In ihr fliessen die Passate zusammen (konvergieren), die nach dem Absinken der tropischen Luft im subtropischen Hochdruckgürtel Richtung Äquator fliessen.

Bedingt durch die jahreszeitliche Änderung des Sonnenstandes, verlagert sich die innertropische Konvergenzzone (ITC) im Nordsammer gegen Norden und im Südsammer gegen Süden. Dadurch kommt es zu einer Verlagerung der Druckzentren und der Windgürtel um 5° bis 8° nach Norden bzw. nach Süden. Als Folge ergeben sich Übergangszonen, wie die wechselfeuchten Tropen und das Mittelmeerklima. Dabei handelt es sich also um Regionen, in denen sich der Witterungscharakter jahreszeitlich markant ändert.

Aufgrund der konstanten Windrichtung werden die Passate als Nordostpassate auf der Nordhalbkugel bzw. Südostpassate auf der Südhalbkugel bezeichnet. Diese thermisch bedingte tropische Zirkulation wird als Hadley-Zelle (Gearge Hadley, 1685-1768) bezeichnet.

Die nordwärts bzw. südwärts aus dem subtropischen Hochdruckgürtel ausfliessenden Winde stossen als Süd- bzw. Nord-Westwinde gegen Norden bzw. gegen Süden vor und treffen an der Polarfront auf die kalten polaren Ostwinde. An der Polarfront bilden sich deshalb die dynamischen Tiefdruckgebiete der gemässigten und subpolaren Breiten, und es entsteht damit die dynamisch erzeugte Ferrel-Zelle (William Ferrel, 1817 - 1891).

In der Höhe nimmt das Luftdruckgefälle zwischen der hoch reichenden Warmluftsäule der Tropen und der weniger hoch reichenden Kaltluftsäule in den Polargebieten zu, was eine starke Westwindströmung über der Polarfront, einen Jetstream (Strahlstrom), ein Starkwindband in 7 bis 12 km Höhe mit Windgeschwindigkeiten zwischen 100 und 600 km/h entstehen lässt.

Durch das Absinken kalter Luft Ober den Polen entsteht dort je ein polares Kältehoch.

Mitteleuropa liegt im Einflussbereich der Polarfront. Eine starke Höhenströmung umfliesst die Erde wellenförmig von West nach Ost. Diese Wellenbewegung ist entscheidend für die Wetterentwicklung in den darunterliegenden Gebieten, steuert diese Höhenströmung doch den Verlauf der Tiefdruckgebiete und die Entwicklung der Fronten.

Die in Mitteleuropa wetterwirksamen Zyklonen entstehen meist über dem Atlantischen Ozean im Dreieck Island – Schottland – Neufundland («lslandtief») und werden durch die starken Westwinde in der Höhe zum europäischen Kontinent gesteuert.

Dabei entwickelt sich in Bodennähe zuerst ein Frontalsystem mit Warmfront und Kaltfront. Da die Kaltfront rascher wandert als die Warmfront, vereinigen sich die beiden Fronten später, sie okkludieren.

Die warme Luft gleitet auf der kalten Luft in die Höhe, während sie gleichzeitig rückseitig von der kalten Luft vorwärtsgedrängt wird. Dabei keilt die Warmluft im Warmluftsektor langsam aus. Verschwindet der Warmluftkeil in Bodennähe, wird also die warme Luft durch die vorangehende Warmfront und die nachfolgende Kaltluft in die Höhe abgehoben, spricht man von einer okkludierten Zyklone oder einer Okklusion. Da in einer okkludierten Zyklone die Zufuhr warmer Luft fehlt, löst sich das Tiefdruckgebiet langsam auf, es «füllt sich auf».

Auch der Begriff Klima (griech. «klinein» = neigen) geht auf die Antike zurück. Bereits die Griechen erkannten, dass die unterschiedliche Sonneneinstrahlung, eine Folge der Neigung der Erdachse gegenüber der Ekliptik, zu einem unterschiedlichen Witterungsverlauf führt.

Die Klimatologie befasst sich daher mit dem mittleren Zustand der Atmosphäre und beschreibt die durchschnittlichen Wetterverhältnisse einzelner Orte und Gebiete.

Mit den Klimaelementen wird das Klima eines Ortes möglichst umfassend beschrieben:

• Strahlung

• Temperatur

• Luftdruck

• Wind

• Luftfeuchtigkeit

• Verdunstung

• Niederschlag

• Bewölkung

Die Klimafaktoren erklären mit den räumlichen Voraussetzungen (z. B. geografische Breite, Höhenlage, Exposition, Vegetation usw.) den unterschiedlichen Klimaverlauf.

Der Klimatologe fasst dann Orte mit einem vergleichbaren durchschnittlichen Wetterablauf in einer Klimazone zusammen.

Während Wetterängerungen kurzfristig eintreten können und Gegenstand der meteorologischen Forschung sind, lassen sich Klimaschwankungen und Klimaänderungen nur durch Beobachtungen über längere Zeiträume erfassen.

Dabei handelt es sich um Klimadaten, die indirekt durch die Analyse von Eisbohrkernen, Pollenprofilen, Baumholzproben usw., aber auch durch die Auswertung historischer Quellen (z. B. Erntestatistiken, Katastrophenberichte) gewonnen werden.

Die Atmosphäre (griech. «atmos» = Dampf, «sphaira» = Kugel) umfasst die Lufthülle der Erde. Sie lässt sich aufgrund des Temperaturverlaufes in «Stockwerke» gliedern:

• Troposphäre (Polen: bis 8 km / Äquator: bis 18 km)

• Stratosphäre (bis 50 km)

• Mesosphäre (bis 80 km)

• Thermosphäre (bis etwa 400 km)

Das Wettergeschehen spielt sich weitgehend in der Troposphäre ab. Die darüberliegenden Luftschichten sind aber als Schutzfilter lebenswichtig, da sie die kurzwellige, energiereiche und für den Menschen gefährliche Strahlung der Sonne absorbieren und in Wärme umwandeln.

In der Troposphäre (griech. «trope» = Wende) spielt sich das eigentliche Wettergeschehen ab. Die mittlere Temperatur nimmt von 15°C auf Meereshöhe auf durchschnittlich -55°C an der Tropopause, der Grenze zur Stratosphäre, ab.

Die Tropopause liegt über dem Äquator auf maximal 18 km Höhe, über den Polen noch auf 8 km. Innerhalb der Troposphäre verzeichnet die Temperatur im Durchschnitt eine Abnahme um 0,65°C pro 100 m Höhenzunahme.

In der Stratosphäre (griech. «stratos» = Schicht) bleibt die Temperatur oberhalb der Tropopause zunächst tief, um dann weiter oben bis zur Stratopause in 50 km Höhe auf etwa + 10°C anzusteigen. Hier wird die energiereiche Ultraviolettstrahlung, die für Mensch, Tier und Pflanzen gefährlich ist, durch Sauerstoff und Ozon (griech. = das Riechende) grösstenteils absorbiert und in Wärme umgewandelt.

Der Ozonschicht kommt damit eine wichtige Schutzfunktion zu. Zudem wirkt die Temperaturzunahme in der Stratosphäre als Inversion und blockiert den vertikalen Austausch zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre. Das für die Erdoberfläche wichtige meteorologische Geschehen beschränkt sich somit auf die Troposphäre.

Die über der Stratosphäre folgende Mesosphäre (griech. «meson» = Mitte) wird durch eine starke Temperaturabnahme von etwa + 10°C an der Stratopause (50 km Höhe) bis etwa -80°C an der Mesopause in 80 km Höhe gekennzeichnet.

In der anschliessenden Thermosphäre (griech. «thermos» = warm) steigt die Temperatur wiederum stark an, in der durch die UV-Strahlung ebenfalls Sauerstoffmoleküle zu atomarem Sauerstoff gespalten werden, der hier aber aufgrund der geringen Gasdichte keine weiteren Bindungen eingeht.

Da ab etwa 80 km Höhe ionisierte, also elektrisch geladene Gasmoleküle bzw. Gasatome vorkommen, spricht man hier auch von der Ionosphäre. Durch das Auftreffen des «Sonnenwindes» auf das Magnetfeld der Erde folgen die Elektronen und Protonen den Feldlinien des Magnetfeldes und tauchen über den Polen tief in die Atmosphäre ein. Dadurch werden in der Höhe zwischen 70 und 80 km Sauerstoffatome und Stickstoffmoleküle angeregt und emittieren Licht, was dann als Polarlicht («Nordlicht» und «Südlicht») sichtbar wird.

Der allmähliche Übergang der Atmosphäre ab etwa 400 km Höhe in den Weltraum wird als Exosphäre (griech. «exo» = ausserhalb) bezeichnet.

Die Zusammensetzung der Luft bleibt bis in etwa 80 km Höhe (Mesopause) konstant. Trockene Luft besteht aus folgenden Bestandteilen (Volumenprozente):

Stickstoff

78,08%

Sauerstoff

20,95%

Argon

0,93%

Kohlendioxid

340 ppm (parts per million)

Neon

18 ppm

Helium

5 ppm

Methan

2 ppm

Krypton

1 ppm

Der Wasserdampfgehalt der Luft variiert zeitlich und räumlich stark und kann bis zu 4 % betragen.

Messinstrumente:

Pyranometer, Pyrheliometer

Masseinheit:

Intensität: W/m2

Dauer: Sonnenscheindauer in Stunden