geolinde

wasser! Die feuchte Vergangenheit der Zentral-Sahara

Image courtesy Luca Pietranera, Telespazio, Rome, Italy
Dieses im Jahr 2000 vom Instrument MODIS an Bord des Satelliten Terra aufgenommene Echtfarbenbild zeigt von links nach recht die Gebirgsmassive des Tassili, des Acacus (fahle Grautöne in der Mitte) und des Amsak. Die gut sichtbaren baumartig verzweigten Strukturen weisen auf ehemalige Flussläufe hin, die vor etwa 5000 Jahren auszutrocknen begannen, als eine trockenere Klimaepoche anbrach. Diese feuchtere Epoche begann ca. 9000 v.Chr., davor war es eher noch trockener als heute.

Vereinfachte schematische Dartsellung des Klimas in der Sahara: seit etwa 3000 v.Chr. wird die Sahara immer trockener (Nach: K. White, u.a. Klimaforschung: Versunkene Seen in der Sahara. SdW 09/2006, S. 51)

Die heute noch sichtbaren Überreste einer untergegangenen Kultur sind die berühmten afrikanischen Felsbilder, etwa aus dem Tassili-Massiv. Den Beginn dieser Kultur setzt man ungefähr vor 12000 Jahren an. Prähistorische Felszeichnung (©NASA)

Mehr Infos: -> Krokodile im Ennedigebirge als Zeugen der wasserreichen Vergangenheit

Das Klima in den Tropen - auf nach Afrika

Wechseln Sie auf die Afrika-Seiten auf geolinde,

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und betrachten die Klimazonen Afrikas (inkl. Ein Tag am Äquator),

und erarbeiten dann mit Hilfe der Seiten:

- Klimadiagramme quer durch Afrika

- Natürliche Vegetation in Afrika

die wichtigsten Merkmale des tropischen und randtropischen Klimas.

Arbeitsblatt dazu:

• Klima: feucht-heiß oder trocken-heiß

Die Umwälzung der Atmosphäre

(Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre)

Da in dem Gürtel um den Äquator herum ein Hauptteil der die Erde erreichenden Sonnenenergie eingestrahlt wird, muss über Luftströmungen der Energieüberschuss auf dem gesamten Globus verteilt werden.

(verändert nach: Weischet, Walch)

Zwei stabile ganzjährig ablaufende Umwälzsysteme laufen einmal zwischen dem Äquator und ca. 30° und zum zweiten zwischen den Polen und ca. 60°: die Hadley-Zelle nahe dem Äquator und die polare Zelle.

(verändert nach: Walch)

Am Äquator bewegt sich ein Ort A mit 1674 kmh auf dem längsten Breitengrad mit der Erdrotation, bei 30° Nord ist ein Ort auf dem gleichen Längengrad mit 1453 kmh unterwegs. Weht ein Wind direkt vom Äquator von Ort A nach Norden, so bewegt er sich gleichzeitig mit der Geschwindigkeit der Erdrotation. Würde er  in der Zeit, die er nach Norden unterwegs ist am Äquator eine Strecke A-B zurücklegen, so ist diese Strecke länger als die Strecke, die ein Ort A1 bei 30° Nord in der gleichen Zeit zurückgelegt hätte. Erreicht der Wind also30° Nord, so hat er einen dort befindlichen Ort in Richtung Erddrehung überholt,er ist nach rechts in Zugrichtung abgelenkt worden.

Video: Coriolis-Kraft auf dem Karusell
(MIT)

Durch die Coriolis-Kraft (besser: C.-Effekt, sie ist keine echte Kraft) wird die vom Äquator aufgestiegene Luft auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt. Bei etwa 30° N ist aus dem Süd-Nord-Wind ein sehr schneller Wind (Jestream) genau auf dem Breitenkreis geworden. Ein weiterer Energieaustausch Richtung Pol ist hier nicht mehr möglich.

(Coriolisanimation: Autor: Hubi, GNU FDL)

Auch die polare Zirkulation ist ein weitgehend geschlossener Kreislauf, da kalte Luft über dem (N- oder S-)Pol absinkt, ein bodennahes Hochdruckgebiet hervorruft, aus dem die Luft herausströmt. Die sich langsam wieder erwärmende Luft steigt bis ca. 60° Breite in die Höhe auf und wird zum Pol zurückgeführt.

Um nun zwischen 30° und 60° ein weiteres Umwälzsystem einbauen zu können, das warme Luft Richtung Pol führt, müsste bei 30° warme Luft aufsteigen, bei 60° Luft absinken. Dies wäre genau gegensätzlich zu den vorhandenen Strömungen.

Es gibt eine andere Lösung, die wir alle kennen, nämlich schnelle Wetterwechsel bei von West nach Ost durchziehenden Schlechtwettergebieten.
Da die Grenze der unteren Atmosphäre im tropischen Bereich bei bis zu 16 Kilometern Höhe liegt, weil sich warme Luft stark ausdehnt, und diese Grenze, die Tropopause im polaren Bereich bei nur etwa 8 Kilometern zu finden ist, dringt entlang der absinkenden Tropopause Warmluft nach Norden vor. Hier wirkt die sogenannte Gradientkraft, die das Druckgefälle auszugleichen sucht.

Auf der Nordhalbkugel wird aus Wind durch die Ablenkung nach rechts ein Westwind. In der Höhe ensteht der Polarfrontjetstream.

Dieser Westwind bestimmt unser Wettergeschehen. Mit ihm ziehen einglagerte Schlechtwettergebiete, die durch ein Zusammentreffen von tropischer Warmluft und polarer Kaltluft entstehen. Diese Schlechtwettergebiete drehen sich durch die Coriolis-Kraft. Diese Drehung führt zu einem kräftigen Zusammentreffen von feucht-warmer und kalter Luft und damit zu Wolkenbildung und zu Niederschlägen.
In dem Bereich zwischen 30° und 60° wird also fast der ganze Energieaustausch zwischen Äquator und Polen vollbracht. Man nennt ihn auch planetarische Frontalzone, in ihm ziehen "Fronten", die aus ineinander verwirbelter Warm- und Kaltluft bestehen.

3-> polare Zelle (aus dem polaren Hoch fließt Luft heraus und wird abgelenkt) 2-> Ferrel-Zelle(zwischen subtropischem Hochdruckgürtel und gemäßigter Westwindzone) 1-> Hadley-Zelle

Zwischen den Fronten (Tiefdruckgebiete) und den Schönwetterbereichen (Hochdruckgebiete) fließt in weiten Bögen in der Höhe ein weiterer Jetstream als starker Westwind. Er führt unter anderem die Fronten mit sich.

Mehr Infos:

Wo beginnt eigentlich der Kreislauf des weltweiten Klimageschehens? -> hier klicken Profis!

Wie liest man und interpretiert man ein Klimadiagramm?

(hier: Klimadiagramm nach Walter/Lieth)

Ort Höhe über Meeresspiegel (NN) Skala links: Niederschlag in mm (bis 100 mm in kleinen gleichmäßigen Schritten, ab 100 mm großschrittig) Querachse: Monate mit 1-12 (Januar bis Dezember) oder Kürzeln J, F, M...(Januar, Februar,...) bezeichnet

(© B. Mühr, www.klimadiagramme.de) rote Kurve: Temperatur blaue Kurve: Niederschlag Auftrag der Werte: 10°C = 20mm Niederschlag (bei einem Niederschlag von 20mm und einer Temperatur von 10°C ist die mögliche Verdunstung genauso hoch wie der Niederschlag, d.h.: ein Bereich, in dem die Niederschlagskurve unter die Temperaturkurve fällt ist arid, bleibt sie darüber, ist er humid)

Jahresdurchschnitts- temperatur Jahresniederschlag in mm (Csa ist eine genauere Einteilung nach bestimmten klimatischen Kriterien) Skala rechts: Temperatur in Grad C Nur die Temperaturkurve kann unter den Nullpunkt führen

• Jahresdurchschnittstemperatur
• wärmster und kältester Monat?
• daraus die Temperaturamplitude errechnen
• Jahreszeiten bestimmen

• Gesamtniederschlag
• niederschlagsreiche und -arme Monate?
• Niederschlagsschwankung im Jahresverlauf?
• Jahreszeiten bestimmen

• Höhenlage: haben zwei Diagramme eine sehr ähnliche, aber parallel verschobene Temperaturkurve, so liegt der Ort mit der niedriger liegenden Temperaturkurve höher
• maritime und kontinentale Lage: Orte in maritimer Lage besitzen im Vergleich zu Orten mit kontinentaler Lage eine geringere Jahrestemperaturamplitude
• Breitenlage: die Temperaturamplitude nimmt zu, je weiter im Norden (steigende Breitenlage) ein Ort liegt
• Nord-Süd-Halbkugel: liegt der wärmste Monat im Bereich von Juni bis August, so liegt der Ort auf der Nordhalbkugel

Niederschlagsverteilung:

• Kontinentalität - Maritimität: mit zunehmender kontinentaler Lage eines Ortes in den mittleren Breiten nimmt der Niederschlag von Westen nach Osten hin ab (Vorsicht: Gebirge, Ozeannähe im Osten,...)
• Regenzeiten in den Tropen: dauernd sehr hohe Niederschläge um den Äquator, zwei Niederschlagsmaxima nahe dem Äquator (Feuchtsavanne) mit insgesamt über 1000mm Gesamtniederschlag

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Unser Klima in Europa

Einerseits wird das Klima in Europa von der zunehmenden Erwärmung der Erdoberfläche von Nord nach Süd bestimmt.
So ist es etwa im Mittelmeerraum im Sommer meist gleichmäßig warm und trocken, er liegt im Einflussbereich des subtropisch-randtropischen Hochdruckgürtels. Mit der Wanderung des Sonnenstandes nach Süden, über den Äquator hinweg, kommt das Mittelmeergebiet im Herbst und Winter in den Einflussbereich der Westwinde der gemäßigten Zone. So fallen im Mittelmeerraum im Winter die gesamten Jahresniederschläge.

Diese Niederschläge ziehen aus dem Westen heran, mit Luftmassen, die über dem Atlantik viel Feuchtigkeit aufgenommen haben. Solche sogenannten maritimen Luftmassen bringen auch uns in Deutschland mit den Westwinden Niederschläge.

Im Winter kann sich über Sibirien ein starkes Hochdruckgebiet auf Grunde der starken Abkühlung über den riesigen Landflächen bilden. Dann fließt sehr kalte und sehr trockene Luft zu uns nach Mitteleuropa. Eine so trockene Festlandsluft nennt man kontinental.

Je weiter südlich also ein Land in Europa liegt, desto höher ist also seine Jahresdurchschnittstemperatur, je weiter nördlich, desto niedriger.

Je näher ein Land am Atlantik (also im Westen) liegt, desto stärker ist der Einfluss des Meeres. Es wird zum einen mehr Niederschläge erhalten.
Zum anderen kühlen sich die Wassermassen im Herbst und Winter viel langsamer ab als das Land. Dies liegt in der höheren Wärmekapazität  von Wasser begründet. In der Nähe zum Meer wird daher auch die Lufttemperatur nicht so tief sinken, wie es weit weg vom Meer möglich ist.
Andererseits erwärmt sich das Meer im Frühjahr und Sommer nur langsam, die Landmassen aber schnell. Daher wird die Lufttemperatur in diesen Jahreszeiten niedriger sein, als weit im Inneren des Kontinents. Diesen Einfluss der großen Meere nennt man Maritimität. Das sogenannte Seeklima wird also durch die Temperatur ausgleichende Wirkung des Meeres und relativ hohe Niederschläge bestimmt.

Weit im europäischen Kontinent (also im Osten) erwärmt sich das Land im Frühjahr und Sommer schnell, kühlt aber auch im Herbst und Winter schnell wieder ab. Die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter sind sehr groß.
Die Menge an Niederschlägen ist durch die Entfernung zu Meer gering. Die mit den Westwinden ziehenden Luftmassen haben sich meist bereits abgeregnet.
Diesen Einfluss großer Landmassen nennt man Kontinentalität. Das sogenannte Landklima wird also durch schnelle Erwärmung und Abkühlung und geringe Niederschläge bestimmt.

In Mitteleuropa (also auch in Deutschland) herrscht weder das Seeklima vor, noch das Landklima. Je nach Jahreszeit kommen die verschiedensten Einflüsse zum Tragen.

Weit im Norden, in Skandinavien liegen gerade die Wintertemperaturen deutlich höher, als sie es eigentlich von der Breitenlage her sein dürften. Dies liegt am weltumspannenden Netz der Meeresströmungen, zu dem auch der warme Golfstrom gehört (mehr Infos: -> Das Netz weltweiter Meeresströmungen).

Die Jahreszeiten

Erfahrungsgemäß leben wir auf der Erde und insbesondere wir in Europa nicht in einem Bereich mit immer gleichem Klima, schließlich werden wir im Jahresverlauf mit hochsommerlichen Temperaturen und auch eiskalten Wintertagen konfrontiert. Das ist ein sicheres Zeichen dafür, dass wir ein regelmäßig wechselndes Klima erleben, eben die Jahreszeiten.

Lufttemperatur im Jahresgang (University of Oregon)

Wie entstehen nun die Jahreszeiten? Etwa durch die jahreszeitlich unterschiedliche Entfernung der Erde von der Sonne?

(STM verändert nach: Weischet, Walch)

Der unterschiedliche Abstand zwischen Sonne und Erde im Winter und im Sommer durch die Abweichung der Erdbahn (Exzentrizität) von der kreisförmigen Bahnkurve hat offensichtlich nichts mit der Entstehung der Jahreszeiten zu tun!

Die Erdachse bleibt beim Umlauf um die Sonne immer in die gleiche Richtung geneigt.
(STM verändert nach: Weischet, Walch)

Die Neigung der Erdachse lässt den Sonnenhöchststand im Jahresverlauf auf der Erdoberfläche wandern. Da die Neigung der Erdachse stets in die gleiche Richtung weist, wird im Jahresverlauf einmal die Nordhalbkugel, einmal die Südhalbkugel stärker bestrahlt. Damit ändert sich auch laufend die Menge an Energie, die jeder Punkt auf der Erdoberfläche erhält.

(STM)

Am 21.06 ereicht die Sonne ihren Zenit (Höchststand) am nördlichen Wendekreis, bei 23,5°. Dort steht sie senkrecht. Ende Juni steht damit auch "bei uns" die Sonne am höchsten, wenn auch nicht senkrecht über uns. Das heißt, wir in Mitteleuropa erhalten um diese Zeit herum am meisten Energie von der Sonne, die Erwärmung der Erdoberfläche ist dann am größten. Wir haben Sommer.

Die Neigung der Erdachse allein bewirkt aber noch nicht unser Wettergeschehen.

Siehe auch:

• Präzession der Erdachse - die Richtungsänderung der Erdachse
• Exzentrizität - die Erdbahn ist nicht immer kreisförmig

Wo der Kreislauf des weltweiten Wettergeschehens beginnt!

Vom subpolaren Tiefdruckgürtel bis zu den subtropisch-randtropischen Hochdruckgebieten nimmt der Luftdruck insgesamt zu.

In der Höhe über den subtropisch-randtropischen Hochdruckgebieten dringt warme Luft als fingerartige Ausbuchtung polwärts vor und trifft in Schüben auf kühlere Luft tieferen Luftdrucks.

Winde wehen grundsätzlich entlang der Linien gleichen Luftdrucks, der Isobaren.

An den Warmluftvorstößen liegen die Isobaren nahe beieinander, wie als ob die Warmluftfinger in die Kaltluft hineindrücken. Ein großer Luftdruckgegensatz herrscht auf kurze Strecke.

(STM)

Zwischen den fingerartigen Warmluftvorstößen wird der Druckgegensatz geringer, die Isobaren weichen auseinander.

Strömung beim Auseinanderweichen der Isobaren
(STM nach Weischet)

Im Bereich des Auseinanderstrebens der Isobaren wird die leicht Richtung Äquator strömende Luft noch weiter nach rechts Richtung Äquator abgelenkt (durch die Corioliskraft). Damit strömt in der Höhe Luft deutlich Richtung Äquator über die subtropisch-randtropischen Hochdruckgebiete am Boden.

Somit liegt über den Bodenhochdruckgebieten mehr Luft. Diese zusätzliche Masse an Luftteilchen lastet auf dem Bodenhochdruckgebiet, dessen Hochdruck sich durch die zusätzliche Luftlast stabilisert oder sogar verstärkt.

Diese dynamisch - also eben durch die polwärts gerichteten Warmluftvorstöße in der Höhe - erzeugten subtropisch-randtropischen Hochdruckgebiete sind der Ausgangspunkt für den gesamten tropischen Zirkulationsmechanismus.
Aus ihnen fließt am Boden Luft heraus. In Richtung Äquator nennt man diese sehr beständigen Luftströmungen Passate. Dies Passate erwärmen sich über der tropischen Zone, steigen langsam und in der ITC verstärkt auf. Die Hadley-Zelle ist geboren.

Das Netz weltweiter Meeresströmungen

Meeresströmungen werden grundsätzlich durch stetige Windsysteme ausgelöst, zum Beispiel durch die Westwindgürtel.

Mit freundlicher Genehmigung von: lighthouse-foundation.org (©)

Zu einer eindrucksvollen Animation des weltumspannenden Netzes der Haupt-Meeresströmungen inklusive der Tiefenströme
(mit freundlicher Genehmigung des Deutschen Klimarechenzentrums (©); 10MB!!):
-> hier klicken

Wer nahezu alle oberflächennahen Meeresstroemungen und Verwirbelungen in einem Überflug über die Erde kennen lernen will
(NASA Goddard Space Center)
klickt hier

Das weltumspannende Förderband transportiert warmes Meerwasser aus den Tropen weit nach Norden, wo es die Westwinde in den mittleren Breiten erwärmt. Damit werden die Tropen gekühlt, der Norden wird beheizt. Das Meerwasser kühlt sich auf dem Weg in den Norden ab, seine Dichte steigt an. Westlich und östlich vor Grönland sinkt es dann schließlich in die Tiefe und fließt dort Richtung Süden ab (thermohaline Zirkulation). In einem Kreislauf werden zum Ausgleich weitere warme Wassermassen an der Oberfläche aus dem Süden nachgeführt. Im Golfstrom werden etwa 15-20 Millionen Kubikmeter Wasser pro Sekunde transportiert.

Info:

•  Thermohaline Zirkulation

Quellen:

• www.lighthouse-foundation.org

Die Sonne - Motor unseres Klimas

(STM)

Eine gleiche Menge Sonnenlicht und damit auch Sonnenenergie auf eine kleine Fläche ergibt eine wesentlich stärkere Erwärmung, als auf eine große Fläche. Dort verteilt sich ja diese bestimmte Menge Energie auf einen größeren Bereich.

(STM)

Aus der Verteilung der von der Sonne auf die Erde eingestrahlten Energiemenge auf der gekrümmten Erdoberfläche ergeben sich "Gürtel" um die Erde herum, die relativ ähnliche Mengen an Sonnenenergie erhalten. Diese Gürtel oder Zonen ergeben dann die drei grundlegenden Beleuchtungsklimazonen auf der Erde.
Die Südhalbkugel (oder südliche Hemisphäre) ist dabei ein Spiegelbild der Nordhalbkugel.

Würde sich die Erde nicht drehen und hätte keine schräg gestellte Erdachse (und kein Wasser), würde sich ein sehr einfaches Umwälzsystem auf der Erde ergeben:

(Grafik: NOAA)

Der Äquator würde sich besonders stark erwärmen, die Luft aufsteigen und erst an den Polen endgültig absinken.

Ein Tiefdruckgebiet zieht durch Mitteleuropa

Perfekt geformtes Tiefdruckgebiet über Island (NASA)

Die Polarfront: subtropische und polare Luftmassen treffen über dem Nordatlantik aufeinander. Die Obergrenze der Luftmassen liegt durch die Wärmeausdehnung am Äquator deutlich höher als an den Polen. Damit herrscht auch innerhalb der hohen Schichten subtropischer Warmluft ein höher Druck, als in der Luft aus den polaren Regionen.

Die starken Höhenwestwinde (Jetstreams) wehen wellenförmig, weil sie durch Bodenhindernisse wie Gebirge leicht abgelenkt werden. Diese wellenförmigen Bewegungen sorgt entlang der Polarfront immer wieder für die Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Stößt absinkende Luft aus dem subtropischen Bereich in einer Welle vor, so entsteht ein Hochdruckgebiet, dringt kalte polare Luft vor, so bildet sich ein Tiefdruckgebiet.

Da die Warmfront sich langsamer bewegt als die Kaltfront, weil sie durchs Aufgleiten abgebremst wird, holt die Kaltfront die Warmfront langsam ein. Die Drehrichtung wird durch die Corioliskraft vorgegeben, die Intensität des Eindrehens hauptsächlich vom der Stärke des Tiefdruckzentrums..

Bereits etwa 800-1000 km vor der Warmfront treffen in der Höhe warme aufgleitende Luftmassen auf kühlere Luft, es bilden sich dünne schleierartige Eiswolken, die Cirren. Die Wolkendecke verdichtet sich, immer tiefer liegt die Wolkengrenze, bis etwa 5-12 Stunden nach dem Auftreten der Cirren Regen einsetzt. Meist ist die Regenmenge nicht besonders hoch. Nach dem Durchzug der Warmfornt klart es bei leichtem Wind meist beinahe vollständig auf.

Nach der Warmfront zieht aber stets noch der zweite Teil der sich eindrehenden Zyklone durch, die Kaltfront. In der Kaltfront drückt die Kaltluft die warme Luft teilweise regelrecht zusammen, diese steigt auf und es kommt manchmal sogar zu Gewittern, auf jeden Fall aber zu starken Regenereignissen. Beim Durchzug kühlt es merklich ab.

Da die Warmfront beim Aufgleiten auf die Kaltluft an Schwung verliert, wird sie nach einiger Zeit von der Kaltluft eingeholt (in schwarz der Bereich der sog. Okklusion), die Temperaturunterschiede gleichen sich aus, die Zyklone löst sich langsam auf.

Abbildungen: übersetzt nach K.A.Lemke (http://www.uwsp.edu/geo/faculty/lemke/geog101/)

Die ITC - die Wettermaschine der Tropen

Die Zone, in der die Winde (Passate) aus Nord und Süd zusammenlaufen, wird Innertropische Konvergenzzone (ITC) genannt. Sie liegt überwiegend nah am Äquator.
In dem äquatornahen Bereich, in dem die Sonneneinstrahlung auf der Erde am größten ist, wird der Boden und die darüber liegende Luft stark erwärmt, die Luft dehnt sich aus und steigt auf. Am Boden ist weniger Luft, als "normal" wäre, es entsteht ein Tiefdruckgebiet (der Luftdruck ist tiefer als gewöhnlich).

Die aufsteigende feuchte Luft kühlt sich ab, Wolken entstehen, es regnet kräftig.
Die Luft strömt in der Höhe (ca. 10-16 km), wo relativ viele Luftteilchen sind, also relativ hoher Luftdruck, nach Norden und Süden von der ITC weg, beginnt langsam abzusinken und erwärmt sich dabei.

Mit der Maus aufs Bild, um die Landmassen und die Vegetation sichtbar zu machen (NASA)

Absinkende, sich erwärmende Luft ist sehr trocken und kann auch die Umgebungsfeuchtigkeit schlucken, ohne dass Wolken entstehen können. Dort, wo die Luft in Bodennähe kommt, ist durch die andauernd nachströmende Luft mehr Luft als "normal", ein Hochdruckgebiet bildet sich. Die Luft strömt vom Hochdruckgebiet weg in Richtung des tieferen Drucks, nämlich Richtung Äquator, also Richtung ITC. Die ganzjährig gleichmäßig wehenden Passate entstehen.
Diesen Kreislauf nennt man Hadley-Zelle.

Natürlich strömt die Luft aus den bodennahen Hochdruckgebieten auch Richtung Pol, das erzeugt einen neuen Kreislauf, auf den wir an dieser Stelle nicht eingehen.

Hier nochmals eine Zusammenfassung der Hadley-Zelle in Bildern:

Die Sonne wandert im Jahreslauf zwischen dem nördlichen und dem südlichen Wendekreis bei 23,5° hin und her.		Die ITC folgt etwas verzögert (in der Grafik nicht dargestellt) dem Sonnenstand, aber nur bis ca. 10° nördl. oder südl. Breite.
Im Bereich der Hochdruckgebiete, von denen die Passate ausgehen, herrscht heißes, trockenes Wetter.		Entlang der ITC regnet es täglich. Um den Äquator herum gibt es nahezu keine Trockenzeit. Bei 10° Nord und Süd gibt es jeweils eine Regenzeit. Den Regen, der dem Sonnenhöchststand (Zenit) folgt, nennt man Zenitalregen.

In dieser Grafik ist das hier besprochene Umwälzsystem auf beiden Seiten des Äquators das Zirkulationssystem 1, eben die sog. Hadley-Zelle (NOAA).

Weitere Infos:

• Nigeria: Lagos und Kano, zwei Städte im Einfluss der ITC: -> hier klicken!
• Ein Tag am Äquator: -> hier klicken!
• Aus den klimatischen Verhältnissen entstehen die feuchten tropischen und ariden tropischen und subtropischen Klimazonen: -> mehr Infos!
• Vom Regenwald in die Wüste, eine Reise mit dem Nil: -> hier klicken!
• Eine direkte Auswirkung haben die Klimazonen auch auf die Ökozonen (Ökosysteme): tropischer Regenwald, Savanne, Wüste

Hintergründe und weitere Zirkulationssyteme:

• Was ist der Luftdruck: -> Luftdruck und Winde weltweit
• Sonneneinstrahlung (Beleuchtung): -> Sonne - Motor des Klimas
• Das weltweite Zirkulationssystem: -> Luftmassenaustausch weltweit

Luftdruck und Winde weltweit

Polarhoch: thermisch induzierter hoher Luftdruck (durch niedrige Temperaturen hervorgerufen) Subpolare Tiefs und Polarfront (40-65°): mechanisch induzierter tiefer Luftdruck (durch Luft, die abgelenkt wird) Subtropische Hochdruckzellen (20-35°): mechanisch induzierter hoher Luftdruck (durch Luft, die abgelenkt wird und absinkt) Innertropische Konvergenzzone (0-5°): thermisch induzierter niedriger Luftdruck (durch hohe Temperaturen hervorgerufen)

Hochdruck- und Tiefdruckgebiete verursachen Winde,
die gleichzeitig überschüssige Wärme aus dem Äquatorraum ableiten.

Haupt-Boden-Windsysteme weltweit
Als grünes Band ist die Polarfront eingezeichnet (STM nach Lemke)

Luftdruck auf Meeresspiegelhöhe und Bodenwindsysteme (University of Oregon)

Abbildungen: übersetzt nach K.A.Lemke (http://www.uwsp.edu/geo/faculty/lemke/geog101/)

Zusätzlich zu den großräumigen beständigen Windsystemen gibt es auch lokale beständige Windsysteme, die auch durch Luftdruck-Unterschiede angetrieben werden:

• Berg-Tal-Wind
• Land-Seewind
  
• Föhnfische und die Föhnmauer - Föhn

Winde und Ozeanströmungen

Winde um ortsstabile Hochdruckzellen herum transportieren in gewaltigen Förderbändern ähnlichen Ozeanströmungen kaltes Wasser Richtung Äquator und warmes Wasser vom Äquator Richtung der Pole.

Sie sorgen für eine Umverteilung des durch die hohe eingestrahlte Sonnenenergie entstandenen Temperaturüberschusses der Wassermassen am Äquator in Regionen mit kühlerem Wasser.

Damit sorgen die weltweiten Windsysteme nicht nur für eine Ableitung der Lufttemperaturgegensätze, sondern auch der termischen Gegensätze der Ozeane.

Die Meere haben aber auch noch mehr Einflus auf unseren Planeten:

(Video mit Übersetzung des Sprechertextes: NASA-Video: Ozeanströmungen)

Mehr Infos:

• Das Netz weltweiter Meeresströmungen

Niederschlagsmuster weltweit

(STM übersetzt, Lemke)

Niederschläge:

• ITC: Konvektionsniederschläge durch räumlich eingegrenzte Erwärmung der Atmosphäre
• Zyklone: durch Zusammenströmen von feuchtwarmen Luftmassen (z.B. Hurrikan)
• Westwindzone (Polarfront): Niederschläge entlang der Polarfront durch Aufeinandertreffen von warmen und kalten Luftmassen
• Gebirge: Stauniederschläge durch Aufstieg (also orographisch bedingt)

Weltweiter Niederschlag in mm/Tag (NOAA)

Die Luft macht Druck - der Luftdruck

Was ist Luftdruck?
Luft besteht aus verschiedenen Gasen, unter anderem Sauerstoff (für genaue Angaben: -> hier klicken!).
Die Luftteilchen bewegen sich mit über 1500 km/h in der Atmosphäre und stoßen aneinander und an allen Oberflächen an. Die etwa 10 Milliarden Milliarden Teilchen pro Kubikzentimeter verursachen durch diese Zusammenstöße den Luftdruck.

Ein kleiner Versuch:

Über eine kleine Glasflasche wird (möglichst) luftdicht ein nicht aufgeblasener Luftballon gezogen.	Stellt man nun die Flasche in eisgekültes Wasser zieht sich der Ballon deutlich zusammen.

Das kalte Wasser wird durch beinahe kochendes ersetzt.	Der Ballon beginnt sich langsam wieder aufzublähen.	Bald ist er beinahe aufgeblasen (deutlicher Widerstand auf Druck).

An Hand des Versuchs kann man erkennen, dass sich abkühlende Luft zusammenzieht, sich erwärmende Luft ausdehnt. Die Zahl der Luftteilchen ändert sich aber nicht!
Anders ausgedrückt: durch die Abkühlung werden die Teilchen langsamer, der Druck wird geringer. Durch die Erwärmung bewegen sich die Teilchen schneller, der Druck erhöht sich.

Warum ist am Boden der Luftdruck am größten?
Durch die Kraft der Erdanziehung, die Schwerkraft, ist der größte Teil der Luftteilchen in der unteren Atmosphäre zusammengedrückt, in der sogenannten Troposphäre. Die Schwerkraft wirkt also gegen den Luftdruck.

(STM verändert nach: Weischet, Wiedersich)

Wie wird Luftdruck gemessen?

Barometer (STM/©Hemera 2005)

In nichtelektronischen Luftdruckmessgeräten (Barometer) drückt die Luft eine metallene luftleere Kammer zusammen, im Bild oben die gerillte flache Dose unter Zeiger und Befestigung. Das Zusammendrücken wird mit Hilfe eines Hebelmechanismus auf einen Zeiger übertragen.

Die Bezeichnung mm Hg für den Luftdruck, also mm Höhe einer Quecksilbersäule, bezieht sich auf die klassische Messmethode, bei der der Luftdruck Quecksilber zusammendrückt, das in einer luftleeren Säule aufsteigt. Dabei ist der Normalluftdruck 760 mm Hg, also etwa ein dreiviertel Meter, steigt die Quecksilbersäule weniger hoch spricht man von einem Tiefdruckgebiet, steigt sie höher von hohem Luftdruck. Heutzutage benutzt man statt mm Hg die Einheit hPa, sprich Hektopascal. 760 mm Hg entsprechen dabei 1013 hPa, dem Normaldruck auf Meeresspiegelhöhe.

Was geschieht, wenn sich der Luftdruck ändert?
Steigt der Luftdruck, so wird entweder zusätzliche Luft an einen Ort geführt oder Luft wird erwärmt und die erwärmte Luft steigt in die Höhe, wo der Luftdruck zunimmt.. Man spricht von einem Hochdruckgebiet.
Sinkt der Luftdruck, so strömt Luft von einem Ort weg (zB. erwärmte Erdoberfläche). Man spricht von einem Tiefdruckgebiet.
Ein Beispiel: öffnet man im Winter ein Fenster, spürt man deutliche kalte Luft, die herein strömt. In das warme Zimmer (niedriger L.) fließt Luft aus der kalten Umgebung (hoher L.).

Zwischen besonders kalten Regionen (hoher Luftdruck) und den warmen Gürteln um die Erde (niedriger Luftdruck) wird weltweit ein Ausgleich des unterschiedlichen Drucks angestrebt. Diese Luftströmungen, die Winde, bilden verschiedene Gürtel auf der Erde. Bei uns in Europa herrschen insgesamt Westwinde vor, je nach Jahreszeit sind sie aber verschieden stark oder sie werden gar von anderen Strömungen verdrängt (-> Unser Klima in Europa).

Wo der Kreislauf des weltweiten Wettergeschehens beginnt!

Vom subpolaren Tiefdruckgürtel bis zu den subtropisch-randtropischen Hochdruckgebieten nimmt der Luftdruck insgesamt zu.

In der Höhe über den subtropisch-randtropischen Hochdruckgebieten dringt warme Luft als fingerartige Ausbuchtung polwärts vor und trifft in Schüben auf kühlere Luft tieferen Luftdrucks.

Winde wehen grundsätzlich entlang der Linien gleichen Luftdrucks, der Isobaren.

An den Warmluftvorstößen liegen die Isobaren nahe beieinander, wie als ob die Warmluftfinger in die Kaltluft hineindrücken. Ein großer Luftdruckgegensatz herrscht auf kurze Strecke.

(STM)

Zwischen den fingerartigen Warmluftvorstößen wird der Druckgegensatz geringer, die Isobaren weichen auseinander.

Strömung beim Auseinanderweichen der Isobaren
(STM nach Weischet)

Im Bereich des Auseinanderstrebens der Isobaren wird die leicht Richtung Äquator strömende Luft noch weiter nach rechts Richtung Äquator abgelenkt (durch die Corioliskraft). Damit strömt in der Höhe Luft deutlich Richtung Äquator über die subtropisch-randtropischen Hochdruckgebiete am Boden.

Somit liegt über den Bodenhochdruckgebieten mehr Luft. Diese zusätzliche Masse an Luftteilchen lastet auf dem Bodenhochdruckgebiet, dessen Hochdruck sich durch die zusätzliche Luftlast stabilisert oder sogar verstärkt.

Diese dynamisch - also eben durch die polwärts gerichteten Warmluftvorstöße in der Höhe - erzeugten subtropisch-randtropischen Hochdruckgebiete sind der Ausgangspunkt für den gesamten tropischen Zirkulationsmechanismus.
Aus ihnen fließt am Boden Luft heraus. In Richtung Äquator nennt man diese sehr beständigen Luftströmungen Passate. Dies Passate erwärmen sich über der tropischen Zone, steigen langsam und in der ITC verstärkt auf. Die Hadley-Zelle ist geboren.

Energietransport weltweit - Wasser

(STM)

Die Atmosphäre der Erde enthält ungefähr 15.000.000 Milliarden Liter Wasser in dampfförmigem Zustand oder als Wassertröpfchen in Wolken. Diese Wassermenge wird in weniger als zwei Wochen einmal in der Atmosphäre ausgetauscht. Neues Wasser verdunstet, Wolken regnen ab.

Beim Verdunsten von Wasser wird Wärmeenergie verbraucht, wenn dann der Wasserdampf schließlich zu Tröpchen kondensiert wird dieselbe Energie wieder frei.
Beim Verdunsten und Kondensieren wird die Temperatur des Wassers nicht verändert, die Wärmeenergie wird allein für den Phasenübergang (flüssig <-> gasförmig) verbraucht.

(STM)

Diese Energiemenge ist im Vergleich zu anderen Stoffen sehr hoch, so benötigt ein Bestandteil von Wasser, Sauerstoff, nur eine Verdunstungswärme von 213 J/g.

So werden jeden Tag gewaltige Energiemengen in der Atmosphäre umverteilt, vertikal und über Winde auch horizontal.

Beispiel:Föhnfische und die Föhnmauer - Föhn

Niederschläge und Wasserkreislauf

Weltweiter Niederschlag in mm/Tag (NOAA)

Monatliche Niederschlagswerte im Jahresverlauf (University of Oregon)

1. Verdunstung: wie die Feuchtigkeit in die Atmosphäre kommt

Verdunstung ist abhängig von:

• der Menge an verfügbarem Wasser
• der Sonneneinstrahlung
• der Temperatur
• dem Wasserdampfgehalt der Atmosphäre
• dem Vorhandensein und der Stärke von Wind

Verdunstung über den Meeren (Hauptteil der weltweiten Verdunstung) in mm/Tag (NASA)

Luftfeuchtigkeit: Wasser in der Atmosphäre

Luft ist bei Erreichen des Kurvenwerts zu 100% mit Wasserdampf gesättigt
(Gramm Wasserdampf pro kg Luft)

Die relative Luftfeuchtigkeit zeigt das Verhältnis von aktuellem Wasserdampfgehalt in der Luft
zum maximalen Wasserdampfgehalt bei gegebener Temperatur

Niederschlag: wie man die Feuchtigkeit auch wieder aus der Atmosphäre bekommt

Durch Kondensation von Wasserdampf zu Tröpfchen entstehen Wolken. Kondensation findet durch Abkühlungsvorgänge statt, die Luft wird an Wasserdampf übersättigt, Tropfenbildung an Staub- und anderen kleinsten Schwebteilchen beginnt.
Werden kleinste Tröpfchen zu größeren vereinigt, werden diese irgendwann zu schwer, um von den vorhandenen Aufwinden in der Luft gehalten zu werden, es beginnt zu regnen.
Bei Minustemperaturen in der unteren Atmosphäre entstehen gefrorene Formen von Niederschlag (Schnee, Hagel,...).

Mehr Infos:

• Wasser transportiert Energie durch die Atmosphäre: -> hier klicken!
• Der Wasserkreislauf: -> Wasserkreislauf

Arbeitsblätter zum Modul:
zu Einführung 1 und 2
zu Einführung 3
zu Einführung 4 u. 5
zu Einführung 6
zu Klimadiagramme verstehen
Übung Klimadiagramme Europas
Übung Klimadiagramm Afrika - Europa

Das muss ich wissen!

Quiz-Thema sind Klimadiagramme und ihre Auswertung!

Vorher müssen die Grundlagen erarbeitet worden sein.

Viel Spaß und Erfolg!

Übrigens:
Im Quiz können zwischen keiner und allen Lösungen richtig sein. Das Quiz zeigt an, was richtig gelöst wurde: z.B. 2/4. Das bedeutet, dass zwei von vier Lösungen korrekt gewählt wurden. Beispiel: 2 Lösungen wurden fälschlich gewählt, richtig ist keiner der Lösungsvorschläge. Das ergibt 2 richtige von 4 (2/4) möglichen Antworten, nämlich die beiden nicht gewählten.

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Das muss ich wissen!

Quiz-Thema sind Klimadiagramme Europas und die damit verbundene Auswertung!

Vorher muss das Arbeitsblatt erarbeitet worden sein.

Viel Spaß und Erfolg!

Übrigens:
Im Quiz können zwischen keiner und allen Lösungen richtig sein. Das Quiz zeigt an, was richtig gelöst wurde: z.B. 2/4. Das bedeutet, dass zwei von vier Lösungen korrekt gewählt wurden. Beispiel: 2 Lösungen wurden fälschlich gewählt, richtig ist keiner der Lösungsvorschläge. Das ergibt 2 richtige von 4 (2/4) möglichen Antworten, nämlich die beiden nicht gewählten.

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