Naturgeografische Bausteine B - Klima/Wetter

Dies sind Linien auf einer Wetterkarte, die Orte gleichen Luftdrucks verbinden.

Der Wind wird mit dem Schalenkreuzanemometer gemessen. Er wird in einer Beaufort-Skala eingeteilt, welche exponentiell nach oben zunimmt.

See und Landwind:

In Küstenregionen entsteht das Hitzetief während des Tages über dem Land (-> Seewind), während der Nacht über der Wasserfläche (-> Landwind)

Gebirge und Tal Wind

Im Gebirge entsteht das Hitzetief am Morgen über den Gebirgsflanken bzw. dem oberen Tal (->Hangauf- bzw. Talwind), am Abend über der Talsohle bzw. dem unteren Tal (-> Hangab- bzw. Bergwind).

Bei einem Jetstream handelt es sich, einfach gesprochen, um einen langen, horizontalen und schmalen Starkwindschlauch. Er führt vom Westen nach Osten und bestimmt somit das Wetter in Europa. Er transportiert Zyklonen nach Europa.

Nun Monsun ist wenn die Winkeldifferenz mindestens 120° beträgt und die Winde in ihrem Halbjahr zu mindestens 60% vorhanden sind.

Ablenkende „Kraft“ der Erddrehung. Benannt nach ihrem Entdecker, dem französischen Physiker. Durch die Rotation der Erde um ihre eigene Achse entsteht eine (Trägheits- ) „Kraft“, die bewirkt, dass ein hoch auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn und ein Tief gegen den Uhrzeigersinn umströmt wird. Auf der Südhalbkugel erfolgt die Umströmung genau umgekehrt.

Sie entstehen nach dem Grundmuster der thermischen Windentstehung, siehe See-Land oder Tal-Berg Wind. Die Pfeilspitze weist stets zum Tief hin. Einer der wichtigsten Regionalwinde ist der Föhn. Neben dem Föhn ist die Bise auch eine der bekanntesten Regionalwinde, sie ist kalt, trocken und kommt aus dem Norden/Osten. In Frankreich (Rohnetal) strömt ein kalter Wind namens Mistral. Es sind nördliche Luftmassen die Richtung des erwärmenden Mittelmeeres strömen.

Sie entstehen durch Grenzflächen besonders warmer und kalter Luftmassen und haben eine enorme Zerstörungskraft. Wird eine im Gegenuhrzeigersinn drehende Zyklone (ausgeprägtes Hitzetief) vom benachbarten Hoch eingeengt, erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit. Durch das einengen wird die Geschwindigkeit immer mehr erhöht

Er ist ein aussertroptischer Wirbelsturm, er ist erkennbar an seinem „Rüssel“ der bis an den Boden kommt. Durchmesser ist meist weniger als 100m und er existiert nur für kurze Zeit. Der Luftdruck im Tornadoschlauchs ist erheblich kleiner was zu Geschwindigkeiten bis zu 540 km/h führen kann. Durch den geringen Druck innerhalb des Schlauches können durch den Druck Gebäude förmlich explodieren.

Kleinere Tornados über dem Festland oder einer Wasserfläche die das lokale Material in die Höhe schleudern. Sie entstehen durch Temperaturunterschieden wie zum Beispiel asphaltierten Parkplatz und Kies. Sie besitzen einen Durchmesser von nur 1-2m.

Diese vier Begriffe sind Synonyme für tropische Wirbelstürme. Im Gegensatz zu den Tronados sind sie von großer Langlebigkeit. Über mehrere Tage hinweg existieren sie bis zu 600km kann ihr Durchmesser sein. Sie erreichen Geschwindigkeiten von 150-300km/h. Der Druckunterschied ist 50hPa, sie entwickeln sich aber nur über den warmen Ozeanen.

Die Luft vermag nicht beliebig viel Wasser aufzunehmen, die maximale Aufnahme ist von der Lufttemperatur abhängig. Pro 10°C verdoppelt sich die maximale aufnehmbare Menge (Sättigungsmenge)

-20°C = 1 g/m³ --->  -10°C = 2g/m³

Wenn wir festhalten wie viele Gramm Wasserdampf in 1m³ Luft enthalten sind, so sprechen wir von der absoluten Luftfeuchtigkeit Fa. Diese ist meist kleiner als die Sättigungsmenge da es sonst kondensieren würde. Wollen wird die absolute Feuchtigkeit Fa in % der Sättigungsmenge Fs angeben, so sprechen wir von der relativen Luftfeuchtigkeit Fr.

Fr = (100% * Fa) / Fs

Fs = 2^{((Temp. °C / 10) + 2)}

Kondensation ist das Gegenteil von Verdunstung. Wird feuchte Luft abgekühlt, so steigt die relative Luftfeuchtigkeit Fr. Ist die Sättigungsmenge Fs erreicht, beträgt also die relative Luftfeuchtigkeit 100%, so ist die gesättigte Luft bei weiterer Abkühlung gezwungen, einen Teil des getragenen und unsichtbaren Wasserdampfes in Form von kleinen, schwebenden Wassertröpfchen auszuscheiden. Dunst oder Nebel werden sichtbar.

Die bekannteste Methode funktioniert mit dem Haarhygrometer. Es macht sich die Eigenschaft zunutze dass menschliche Haare ihre Länge entsprechend der relativen Luftfeuchtigkeit ändern. Ist die Luft trocken, schrumpfen die Haare, ist die feucht, quellen sie.

Wie wir bereits wissen wird durch das komprimieren von Luft die Temperatur erhöht, sprich durch das Absinken der Luft. Durch das steigen der Luft sinkt die Temperatur nämlich um 1°C pro 100m. Dies ist die adiabatische Erwärmung oder Abkühlung. Jedoch sprechen wir hier nur von der trocken adiabatischen Änderung. Kommt die Luftfeuchtigkeit dazu spricht man von feucht adiabatisch.

Luft die über eine Wasserfläche weht, verdunstet Wasser und verbraucht dazu einen Teil ihrer Wärme. Wird die feuchter und kühler gewordene Luft durch ein Hindernis zum Aufsteigen gezwungen, so sinkt ihre Temperatur zusätzlich (1°C pro 100m). Sobald der Taupunkt erreicht ist, das heißt die relative Luftfeuchtigkeit 100% beträgt beginnt die Feuchtigkeit zu kondensieren. Dabei wird wärme frei, nämlich 0.5 °C pro 100m Steigung.

Wenn wir diese zwei miteinander kombinieren wird die Luft also beim steigen bis ihre relative Luftfeuchtigkeit 100% beträgt um 1°C pro 100m abgekühlt. Danach wird sie nur noch um 0.5°C abgekühlt.

Ein Luftpaket wird zum Überqueren eines Gebirges gezwungen, will auf der einen Seite den Gebirges ein Hoch und auf der anden ein Tief liegt. Die Luft bei unserem Föhn ist relativ warm (Tessin) sie kühlt sich zuerst trocken adiabatisch am Gotthard ab (1°C pro 100m). In einer bestimmten Höhe hat die Luft den Taupunkt erreicht und kondensiert. Dabei wird Kondensationswärme frei und die Temperatur nimmt nur noch um 0.5°C pro 100m ab. Han die Luft den Gebirgskamm erreicht beginnt sie zu sinken, da jetzt hier nur noch die trocken adiabatische Wirkung ist nimmt die Temperatur mehr Wärme auf als sie beim Steigen verloren hat. Es entsteht ein Föhn.

Es gibt auch noch andere Föhnwinde wie der Nord Föhn, dieser ist jedoch nie so ausgeprägt wie der Süd Föhn welcher vom Tessin kommt.

Breitenlage
Die Breitenlage bestimmt den jahreszeitlich geprägten Einfallswinkel des Strahlungsstroms und damit den Energieeinfall.

Exposition
Die Exposition ist die Lage eines Ortes in Bezug auf die Einfallsrichtung und die Steilheit der Sonnenstrahlen, somit haben die Berghänge je nach Ausrichtung viel Sonne oder gar keine Sonne. Auf der Nordhalbkugel erfährt ein Südhang einen größeren, steileren Sonneneinfallswinkel als ein der sonne abgewandter Nordhang. Dadurch entstehen am Südhang höhere Boden- und Lufttemperaturen.

Bodenbeschaffenheit
Die Erdoberfläche reflektiert (Eis) und absorbiert das einfallende Licht. Dementsprechend unterschiedlich entwickeln sich die Boden- und Lufttemperaturen.

Höhenlage
Die Höhenlage ist auf Bezug Wetter und Klima ein bedeutungsvoller Klimafaktor. Mit zunehmender Höhe sinken Luftdruck und Lufttemperatur. So ist es möglich das wir auch auf dem Äquator Schnee antreffen (Quito in Südamerika 5 896 m)

Kontinentalität
Die Lage eines Ortes gibt wichtige Aufschlüsse über sein Klima, liegt ein Ort im inneren eines Kontinents, so wird dieser im Sommer durch große Absorption stark erwärmt und im Winter durch grosse Ausstrahlung stark abgekühlt (kontinentales Klima).

Liegt ein Ort am Rand des Kontinents, also am Meer ist der Einfluss der Wassermassen extrem. Es herrsch ein maritimes Klima mit geringen Schwankungen zwischen Temperaturmaxima und minima.

Meeresströmungen
Wassermassen werden gleichmäßig, aber im Vergleich zu den Festlandflächen langsam und bescheiden aufgeheizt. Strömt das erwärmte Wasser grossräumig, so wird die Wärme aus dem Entstehungsgebiet an andere Orte verfrachtet. Die aus warmen Gebieten kommenden Meeresströmungen führen fortwährend zu einer Erwärmung; die aus kalten Gebieten kommenden zur Abkühlung der Luft.

Windbedingte Oberflächenströmungen
Der Wind bewirkt eine Verfrachtung der oberflächennahen Wassermassen, vor allem andauernde Winde wie Passate bewirken eine Summierung der Wasserteilchen zu konstanten Strömungen. Genau wie die Winde werden auch die Strömungen durch die Erdrotation abgelenkt

Der Nordostpassat treibt das Wasser als Kanarenstrom westwärts gegen die Küste Brasiliens. Die gleiche Wirkung erzielt der Südostpassat (Benguelastrom), sodass westwärts gerichtete Strömungen entstehen. Die Strömung gelangt also in das karibische Meer du dann in den Golf vom Mexiko, von dort werden die Wassermassen durch die Florida Strasse hinausgedrückt und ziehen an der Ostküste der USA entlang. Danach machen sie durch die Westwinde eine Rechtsabklenkung, die Strömung durchquert als Golfstrom den Atlantik und spaltet sich in Europa in mehrere Arme. Da er aus den südlichen Breiten kommt ist es ein warmer Strom.

Der südliche Ast des Golfstroms biegt an der portugiesischen Küste nach Süden ab und zieht als Kanaren Strom entlang der afrikanischen Küste so schließt er den nördlichen Kreislauf des Atlantiks. Da der Kanaren Strom aus polarer Umgebung kommt ist er ein kalter Strom. Schließlich strömt aus dem Nördlichen Eismeer der Labrador Strom der amerikanischen Ostküste entlang bis vor Labrador wo er sich teils mit dem Golfstrom vermischt.

Bei manchen Strömungen finden Sie im Atlas Auftriebswasser gezeichnet. Das bedeutet, dass ablandige Winde (z.B. Passate) während eines großen Teils des Jahres das Oberflächenwasser in die offene See hinaustreiben. Der dadurch an der Küste entstehende Mengenverlust wird durch aufsteigendes Wasser aus der Tiefe ergänzt., das naturgemäß eine niedrigere Temperatur hat.

Der El-Nino ist ein natürliches atmosphärisches und ozeanisches Phänomen im Pazifik das sich in zwei bis siebenjährigen Abständen wiederholt. Es tritt jeweils an Weihnachten auf.

Normale Situation:
Normalerweise bläst der Südostpassat, der von den subtropischen Hochdruckgebieten zur äquatorialen Tiefdruckrinne weht und von der Corioliskraft abgelenkt wird. So treib er warmes Oberflächenwasser von der südamerikanischen Küste weg. So steigt kaltes Nährstoffreiches Wasser an der Küste auf, was zu hohen Fischgründen und trockenem Wetter führt. Die weggeblasenen Luftmassen erwärmen sich im Westpazifik und steigen auf. Es kommt zu tropischen Zenitalregen.

El-Nino Situation:
Bei solchen Jahren kommt das System durcheinander durch Luftdruckschwankungen, der Südostpassat bleibt auf. Die Warme Luft wird nicht von der Küste weggeblasen und sie bleibt. Es quellt kein kaltes Wasser auf was für keine Fischbestände sorgt. Die Luftmassen steigen vor Ort auf und es kommt zu heftigen Niederschlägen in den sonst wüstenhaften Gegenden. In Südostasien und Australien herrscht plötzlich Dürre, Waldbrände. Auch in Afrika herrsch große Dürre, der nahe Osten hingegen hat sintflutartige Regenfälle.

Ein Stoff gilt als luftverschmutzend wen seine Konzentration für Pflanzen, Tiere oder Menschen in irgendeiner Weise schädlich wird. Die Hauptverursacher sind Industrie, Haushalt und Verkehr.

Bei sogenannten Inversionslagen liegt am Boden kalte Luft und darüber lagern die wärmeren Luftschichten, sie ist also gegenüber der Normalsituation umgekehrt (=invers) geschichtet. Es findet kein Luftaustausch statt, die Inversionsschicht funktioniert wie eine Sperrschicht und dies fördert die Anreicherung der Luftschadstoffe in bodennahen Schichten. Der Wintersmog wird auch Londoner Smog genannt.

Schwefeldioxid (SO₂) entsteht bei der Verbrennung von fossiler Brennstoffe (Erdöl, Erdgas und Kohle), bei hoher Konzentration beeinträchtigt es bei den Menschen die Lungenfunktion und bei den Pflanzen die Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost, Trockenheit und Schädlingen.

In Verbindung mit Regenwasser wird Schwefeldioxid zu Schwefelsäure, dies führt zu saurem Regen und verursacht Waldsterben und Bodenversauerung.

Kurzwellige Strahlung dringt weitgehend ungehindert durch unsere Atmosphäre, nach dem Aufprall auf der Erdoberfläche wird sie als langwellige Wärmestrahlung zurück Richtung All reflektiert. Dabei wird die Wärmestrahlung von den Treibhausgasen zurückgehalten, dank diesem natürlichen Treibhauseffekt ist es auf der Erde im Durchschnitt 15°C und nicht -15°C.

Ist der Mensch nun so schlau und leitet weitere Treibhausgase in die Atmosphäre, so wird dieser Effekt verstärkt und es wird wärmer. Dies nennt man den künstlichen (anthropogenen) Treibhauseffekt.

Kohlendioxid, Methan, FCKW, Lachgas (Distickstoffoxid), Wasserdampf, Ozon

Sie erhöhen die Reflexion langwelliger Wärmeabstrahlung.

Kohlendioxid CO₂ entsteht bei der Verbrennung von Holz, fossilen Brennstoffen und Kehricht sowie bei Verwesungsprozessen. Die Fotosynthese ist das zentrale Glied im Kohlenstoff-Sauerstoff-Kreislauf, Pflanzen binden Kohlendioxid und setzten Sauerstoff frei. Verbrennungs- und Atemprozesse binden O₂ und setzen CO₂ frei. Durch Sedimentation von organischer Stoffe (Bildung von Kohle, Erdöl und Gas) wird dem Kreislauf Kohlenstoff entzogen und so der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre verringert. Durch die Verbrennung führt der Mensch das Kohlendioxid wieder zurück welches über Jahrmillionen gebunden wurde.

Das CO₂ Molekül hat die Eigenschaft die kurzwellige Strahlung passieren zu lassen und die langwellige Wärmestrahlung zu absorbieren oder reflektieren.

Methan (CH₄) ist ein leicht brennbares Gas, es wird bei der Darmgärung von Vieh freigesetzt sowie bei der Verbrennung von Biomasse und Entstehung von Sümpfen.

Eine unberechenbare Quelle für Methan ist das immer gefrorene Erdreich im hohen Norden, eine globale Erwärmung könnte weite Teile des arktischen Permafrostes auftauen wodurch riesige Sumpfgebiete entstehen würden.

FCKW sind Verbindungen die in natürlicher Form nicht vorkommen, sie sind vom Menschen geschaffene Gase.

Fluorchlorkohlenwasserstoffe, sie werden als Kühlmittel, Schaummittel, Lösemittel und Treibmittel in Spraydosen/Kühlschränken/Schaumstoffe verwendet FCKW haben wegen ihrer Reaktionsträgheit eine hohe Verweildauer in der Atmosphäre. Sie steigen deshalb bis in die Stratosphäre auf und werden dort von den UV-Strahlen zerlegt. Dabei werden Chlor- bzw. Fluor-Radikale freigesetzt, welche mit dem Ozon der Ozonschicht reagieren und dieses schädigen.

Lachgas (N₂O) ist in allen Höhen der Troposphäre gleichmäßig verteilt. Es entsteht durch mikrobiologische Lebewesen in Böden, es wird jedoch auch durch die Verbrennung von fossiler Brennstoffe und stickstoffhaltigen Düngemitteln in die Atomsphäre gebracht.

Die Luftfeuchtigkeit oder der Anteil von Wasserdampf (H₂O) am Luftgemisch wird stark von der Lufttemperatur beeinflusst. Mit zunehmender Temperatur steigt die absolute Feuchtigkeit sowie die Treibhauswirksamkeit, die Niederschlagsintensität und die Niederschlagsmenge.

Positive Rückkoppelung (eines sich selbst verstärkenden Vorgangs):

Wenn der CO₂- Gehalt zunimmt, erwärmt sich die Atmosphäre. Dadurch wird nach einiger Zeit auch das Meerwasser wärmer. Warmes Wasser kann aber weniger CO₂ aufnehmen als kaltes und es wird noch mehr CO₂ freigesetzt.
 

Negative Rückkoppelung (Vorgänge die sich selber bremsen)

Je wärmer das Meerwasser an der Oberfläche wird, desto grösser werden an einigen Stellen im Ozean die Strömungen. Das kann dazu führen, dass kühleres Tiefenwasser an die Oberfläche gelangt. Dieses kann der Luft wieder mehr CO₂ entziehen.