Mikroklima

Großklimate der Erde (effektive Klimaklassifikation nach Köppen-Geiger):

██ Tropisches Regenwaldklima

██ Savannenklima

██ Steppenklima

██ Wüstenklima

██ Etesienklima

██ Feuchtgemäßigtes Klima

██ Sinisches Klima

██ Feuchtkontinentales Klima

██ Transsibirisches Klima

██ Sommertrockenes Kaltklima

██ Tundrenklima

██ Eisklima

Das Klima steht als Begriff für die Gesamtheit aller meteorologischen Ursachen, die für den durchschnittlichen Zustand der Erdatmosphäre an einem Ort verantwortlich sind. Oder anders ausgedrückt: Klima ist die Gesamtheit aller an einem Ort möglichen Wetterzustände, einschließlich ihrer typischen Aufeinanderfolge sowie ihrer tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Das Klima wird dabei jedoch nicht nur von Prozessen innerhalb der Atmosphäre, sondern vielmehr durch das Wechselspiel aller Sphären der Erde (Kontinente, Meere, Atmosphäre) sowie der Sonnenaktivität geprägt. Es umfasst zudem unterschiedlichste Größenordnungen, wobei vor allem die zeitliche und räumliche Dimension des Klimabegriffs von entscheidender Bedeutung für dessen Verständnis ist.

Die Wissenschaft, die die Gesetzmäßigkeiten des Klimas, dessen Eigenschaften, Entwicklung und Erscheinungsbild erforscht, bezeichnet man als Klimatologie.

Der Klimabegriff

Definition des Klimas

Je nach Entwicklungsstand der Klimaforschung gibt es verschiedene Definitionen (vgl. Hupfer, 1991).

In der geographischen Klimatologie wird Klima von J. Blüthgen wie folgt definiert:

Das geographische Klima ist die für einen Ort, eine Landschaft oder einen größeren Raum typische Zusammenfassung der erdnahen und die Erdoberfläche beeinflussenden atmosphärischen Zustände und Witterungsvorgänge während eines längeren Zeitraumes in charakteristischer Verteilung der häufigsten, mittleren und extremen Werte.

In der meteorologischen Klimatologie wird Klima nach M. Hendl wie folgt definiert:

Klima ist die örtlich charakteristische Häufigkeitsverteilung atmosphärischer Zustände und Vorgänge während eines hinreichend langen Bezugszeitraums, der so zu wählen ist, dass die Häufigkeitsverteilung der atmosphärischen Zustände und Vorgänge den typischen Verhältnissen am Bezugsort gerecht wird.

Die Definition des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ist wie folgt:

Climate in a narrow sense is usually defined as the “average weather”, or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization (WMO). These quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation, and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system.

Etymologie

Das Wort Klima (Plural: Klimate oder näher am Griechischen Klimata, selten auch eingedeutscht Klimas) ist eine Übernahme des altgriechischen Wortes τὸ κλίμα , to Klima, dessen erste Bedeutung hier in diesem Zusammenhang „Krümmung“ ist, und zum Verbum κλίνειν, klínein, „neigen, biegen, krümmen, anlehnen“ gehört. Siehe auch: lat. clino und das Fremdwort Deklination.

Das Wort Klima bezieht sich mitnichten auf die aus der Himmelsmechanik bekannte Schiefe der Erdekliptik, also auf die Tatsache, dass die Erdachse gegen die Ebene, auf welcher die Bahn der Erde um die Sonne liegt, um ca. 23 Grad geneigt ist, sondern auf die Kugelkrümmung der Erde, praktisch also auf die Erfahrung, dass man nur durch eine Nord-Süd-Bewegung auf der Erde andere Himmelsgegenden beobachten kann. Die der Sachlage angemessene Eindeutschung ist das Kompositum „Himmelsstrich“, welcher bei uns im heutigen Deutsch aber nur synonym zu geografischer Gegend und nicht mehr zu dem dieser Gegend angehörigen Wetter ist.

Im 20. Jahrhundert hat sich dabei das Begriffsverständnis von der Wettergesamtheit (Fedoroff 1927) hin zur Synthese des Wetters (WMO 1979) entwickelt.

Zeitliche Dimension

Als Abgrenzung zum Wetter (Zeitrahmen: Stunden bis wenige Wochen) und zur Witterung (Zeitrahmen: einige Tage bis etwa eine Woche, im Extremfall auch ein Monat oder eine Jahreszeit) versteht man Klima als einen über einen Zeitraum von oft mehreren Jahrzehnten, etwa 30 Jahre, statistisch ermittelten Zustand der Erdatmosphäre. Man bedient sich statistischer Methoden, um kurzfristige Schwankungen des Wetters zu filtern und charakteristische Werte für verschiedene meteorologische Größen zu erhalten, welche in ihrer Gesamtheit wiederum das Klima eines Ortes beschreiben. Hierbei stehen vor allem die Langzeittrends im Zentrum des Interesses, welche jedoch gegenläufig zu den Extremen bei langen Referenzzeiträumen verwischen. Basis für das Klima sind dabei jedoch immer das Wetter und die in Wetterstationen oder Wetter- und Umweltsatelliten erfassten Daten.

Ausgehend von dieser Datenbasis stellt sich für die zeitliche Dimension des Klimabegriffs die Frage, wie wechselhaft das Wetter ist, und welche Schwankungen daher die meteorologischen Größen aufweisen, welche das Wetter hinreichend beschreiben. Je größer diese Schwankungen sind, desto weniger repräsentativ ist eine statistische Auswertung der Daten eines kurzen Referenzzeitraumes. Der Anspruch, ein vornehmlich ortspezifisches Klima und nicht nur zeitspezifische Wetterphänomene zu charakterisieren, ist in diesem Falle nicht aufrecht zu erhalten.
Doch auch Langzeitauswertungen verlieren durch diese Schwankungen teilweise ihren Aussagegehalt, weshalb insbesondere ein Mittelwert im Allgemeinen nicht ausreicht, um das Klima zeitlich richtig einzuschätzen. Eine Niederschlagsverteilung von einem Starkregen innerhalb eines halben Jahrzehntes und sonstiger Dürre als Mittelwert der Jahresniederschläge auf die fünf Einzeljahre zu verrechnen, illustriert die verzerrenden Effekte, welche aus einer unzureichenden Anwendung dieser statistischen Methoden erwachsen können. Betrachtet man das Klima eines Ortes mit einem Referenzzeitraum von 1000 Jahren, so hat man sicher alle Extremereignisse gefiltert, jedoch gilt dies bei einem solch langen Zeitraum auch für alle kurzfristigen Schwankungen. Selbst wesentliche Trends, wie der der kleinen Eiszeit, könnten durch die Wahl eines solchen Zeitraums schlicht übersehen werden. Betrachtet man jedoch die Datenlage in Bezug auf weit zurück liegende Zeitalter, so zeigt sich hierbei, dass die zur Verfügung stehenden Klimaarchive nur über sehr lange Referenzzeiträume eine Auskunft bieten. Das Bestreben, diese Zeiträume zu reduzieren und so auch in Bezug auf die Klimageschichte kurzfristigere Trends in der Entwicklung des Klimas mit zu erfassen, ist eine wesentliche Bestrebung der Paläoklimatologie.

Diese modifizierenden Einflüsse richten sich aber immer nach dem konkreten Anwendungsfall und können nicht von vornherein und allgemeingültig festgelegt werden. Man kann sie nur nach einer Auswertung der Daten beantworten, um hierüber den Bezugs- oder Referenzzeitraum festzulegen, welcher, angepasst an die Datenlage, eine repräsentative Ermittlung des jeweiligen Klimacharakters und der zugehörigen Entwicklungstrends ermöglicht.

Ausgehend von der Problematik der Referenzzeiträume hat die Weltorganisation für Meteorologie sogenannte Klimanormalperioden festgelegt. Diese umfassen einen fest definierten Referenzzeitraum von 30 Jahren. Die festgelegten Intervalle sind die schon abgeschlossenen Zeiträume von 1931 bis 1960 und 1961 bis 1990, sowie die derzeitige Klimanormalperiode von 1991 bis 2020. Sie dienen unter anderem der Vergleichbarkeit der klimatischen Größen untereinander und werden hierbei vor allem zur Darstellung dieser Größen in Klimadiagrammen herangezogen. Viele Prognosen der zukünftigen Klimaentwicklung beziehen sich hierbei auf das Jahr 2050, also das Ende der nächsten Klimanormalperiode.

Räumliche Dimension

Der Begriff Klima wird oft mit dem Weltklima bzw. globalen Klima gleichgesetzt. Hierbei zeigt sich jedoch, dass globale Trends und Mittelwerte in keiner Weise repräsentativ für einzelne Standorte sein müssen. Eine globale Temperaturerhöhung von einem Grad Celsius ist also lediglich eine Abstraktion, welche sich jedoch nicht mit lokalen Wetterbeobachtungen decken muss, was auch über einen längeren Klimazeitraum in der Regel seine Gültigkeit behält. Ihr kann lokal eine Erhöhung oder Erniedrigung von weit größerem, aber auch weit kleinerem Ausmaß entgegen stehen, weshalb auch beispielsweise ein lokaler „Rekordsommer“ auf globalem Niveau „verschwinden“ kann und umgekehrt.
Diese lokalen Effekte sind näher an den realen Auswirkungen der sehr abstrakten globalen Tendenzen und im Rahmen dessen, dass auch meteorologische Werte lokal und nicht global erfasst werden, von außerordentlichem Interesse. Nicht zuletzt werden auch die Einflüsse des Klimas auf den Menschen und dessen vitale Interessen, wie beispielsweise der Landwirtschaft, durch die lokalen Entsprechungen globaler Tendenzen geprägt.

Weil sich aus den großen räumlichen Unterschieden auch Unterschiede in der Methodik ergeben, hat sich eine dreistufige Einteilung der Maßstäbe bewährt.

• Das Mikroklima beschränkt sich auf wenige Meter bis einige Kilometer, zum Beispiel ein Zimmer, eine Wiese oder einen Straßenzug.
• Das Mesoklima bezieht sich auf Landschaften oder Länder bis zu einigen hundert Kilometern Ausdehnung.
• Das Makroklima beschreibt kontinentale und globale Zusammenhänge.

Während beim Wetter eine enge Bindung zwischen Größenordnung und Dauer eines Phänomens besteht, zeigt sich dieser Zusammenhang bei klimatischen Betrachtungen nicht oder kaum.

Mikroklima (bzw. Kleinklima)

Mikroklima bezeichnet das Klima im Bereich der bodennahen Luftschichten bis etwa 2 Meter Höhe, oder das Klima, das sich in einem kleinen, klar umrissenen Bereich (zum Beispiel zwischen Gebäuden in einer Stadt) ausbildet.

Es wird entscheidend durch die Nähe der Bodenoberfläche und die dortige Bodenreibung des Windes geprägt. Hier herrschen schwächere Luftbewegungen, aber größere Temperaturunterschiede. Die Verschiedenheit des Bodens, des Geländes, der Hanglage und des Pflanzenbewuchses kann auf engem Raum große Klimagegensätze hervorrufen. Das Mikroklima ist besonders für niedrig wachsende Pflanzen von Bedeutung, da sie ihr klimaempfindlichstes Lebensstadium in der bodennahen Luftschicht durchlaufen.

Aber nicht nur die Pflanzen, auch der Mensch ist dem Mikroklima direkt ausgesetzt. Insbesondere in nicht natürlichen Lebensräumen wie Städten kann das Mikroklima durch die unterschiedlichen Baumaterialien, die Architektur, die Variabilität der Sonneneinstrahlung (Beschattung) oder die Modifikation des Windfeldes erheblich von den regionaltypischen Gegebenheiten abweichen, wobei diese Abweichungen sehr labil sind und sich auch durch kleine Eingriffe, wie den Bau oder Abriss eines Hauses, empfindlich und schlagartig ändern können. Da diese Wechselwirkungen hoch komplex sind und sich zuweilen von Stunde zu Stunde ändern, kann das Mikroklima nur durch Messungen (Bestandsklima) und numerische Simulationen (Bestandsklima und mögliche Auswirkungen von Veränderungen) erfasst und beschrieben werden.

Mesoklima

Zu den Mesoklimaten werden unterschiedlichste Einzelklimate zusammengefasst, welche eine Ausdehnung zwischen einigen hundert Metern und wenigen hundert Kilometern besitzen, sich im Regelfall jedoch im unteren Kilometerbereich befinden. Aufgrund dieses breiten, aber dennoch lokalen Spektrums spielen hierbei viele Felder der angewandten Meteorologie und Klimatologie eine große Rolle. Beispiele hierfür sind das Stadtklima oder das Regenwaldklima. Generell werden alle Lokalklimate und Geländeklimate zu den Mesoklimaten gezählt, also beispielsweise das Lokalklimate von Ökosystemen, wobei bei diesen der Übergang zu den Mikroklimaten fließend ist.

Makroklima

Vom Makroklima oder Großklima spricht man bei großskaligen Effekten mit einer Ausdehnung von mehr als in etwa 500 Kilometern. Hierzu zählen daher vor allem die Elemente der globalen Zirkulation und des großen marinen Förderbandes. Auch das Weltklima selbst zählt hierzu. Als Orientierung in Abgrenzung zu Mesoklimaten werden alle die gesamte Erde umspannenden, sowie ozean- bzw. kontinentweit wirksamen Effekte zu den Makroklimaten gezählt. Weniger eindeutig, jedoch im Regelfall zutreffend, ordnet man auch überregionale Effekte wie den Monsun, den El Niño oder sehr große Regionalklimate wie den brasilianischen Regenwald mit zu den Makroklimaten. Alle Makroklimate stehen dabei in einer engen gegenseitigen Wechselwirkung und beeinflussen sich daher auf vielfältige Weise, wobei vor allem diese Wechselwirkungen noch nicht vollständig verstanden und Thema aktueller Forschung sind. Letztlich kann aufgrund dessen kein Makroklimat für sich allein betrachtet werden, und in ihrem dynamischen Zusammenspiel führen sie direkt zum umfassenden Konzept des globalen Klimas.

Klimafaktoren

Unter Klimafaktoren versteht man verschiedenste Prozesse und Zustände, durch welche das Klima hervorgerufen, erhalten oder verändert wird. Man unterscheidet nach primären und sekundären Klimafaktoren, wobei die primären Klimafaktoren elementarer Natur sind, und sich die sekundären Klimafaktoren demzufolge aus den primären Klimafaktoren ableiten. Zu Ersteren zählen die Sonnenstrahlung, die Land-Meer-Verteilung, die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und die Höhe des Standortes. Zwar lassen sich diese oft auch auf Ursachen wie die Plattentektonik oder astrophysikalische Phänomene zurückführen, diese selbst sind jedoch nicht direkt am Klima beteiligt und werden daher nur indirekt zu den Klimafaktoren gezählt.

Die sekundären Klimafaktoren beinhalten verschiedene Kreisläufe und Zirkulationssysteme der Erde, welche sich direkt oder indirekt aus den primären Klimafaktoren ergeben. Hierzu zählen vor allem die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre, die Meeresströmungen, der Wasserkreislauf und bedingt auch der Kreislauf der Gesteine. Auch regionale Zirkulationssysteme wie El Niño, La Niña und Monsune werden hierzu gezählt.

Zusätzlich differenziert man auch in einigen Anwendungsfällen danach, ob die Klimafaktoren bzw. deren Wandel anthropogenen oder natürlichen Ursprungs sind.

Klimasysteme

Die Klimasysteme stellen eine Erweiterung des Konzeptes der Klimafaktoren dar. Das Klimasystem der Erde setzt sich hierbei aus seinen verschiedenen Geosystemen zusammen: der Atmosphäre, der Lithosphäre, der Hydrosphäre, der Biosphäre und der Pedosphäre. Die Schwankungen innerhalb und Wechselwirkungen zwischen den Geosystemen bezeichnet man hierbei als Klimarauschen. Der energetische Antrieb des Klimasystems liegt in der Solarstrahlung und zu einem geringen Anteil auch in der Erdwärme, wobei diese in Form des Vulkanismus eine wesentlich entscheidendere Auswirkung auf die stoffliche Zusammensetzung der Erdatmosphäre und damit deren Strahlungshaushalt besitzt. Entscheidend für das Wechselspiel der Klimasysteme ist deren unterschiedliche zeitliche Dynamik. Betrachtet man das Klima in sehr kurzen Zeiträumen, beispielsweise den Klimanormalperioden, so kann man viele klimatisch entscheidende Faktoren vernachlässigen, da diese nur über sehr lange Zeiträume einem Wandel unterliegen. Die Drift der Lithosphärenplatten prägt auf lange Sicht die Land-Meer-Verteilung und den Meeresspiegel, beträgt aber nur rund 3 bis 20 Zentimeter pro Jahr und ist damit in kurzen Zeitspannen irrelevant. Man kann an diesem Beispiel erkennen, dass die klimatische Rolle eines Klimasystems immer einen bestimmten Zeitraum bzw. einer zeitlichen Trägheit zuzuordnen ist. Diese Trägheit kann im Falle der Lithosphäre Jahrmillionen betragen oder im Falle der Atmosphäre nur wenige Jahre bis Jahrzehnte. Insbesondere kann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre sehr schnell ändern, wirkt ihrerseits jedoch nur in sehr langen Zeitskalen auf eine Veränderung der Zusammensetzung der Lithosphäre hin. Diese Skalen sind jedoch nicht zwingend, wie beispielsweise der Vulkanismus zeigt.

Der Begriff des Klimasystems ist jedoch nicht allein auf das Klimasystem der Erde als Ganzes beschränkt, sondern kann auch auf niederskalige Systeme angewandt werden, wobei diese dann wiederum Teile des globalen Klimasystems darstellen. Beispiele hierfür sind das Land-See-Windsystem oder die Monsunsysteme.

Klimaelemente

Als Klimaelement bezeichnet man jede messbare Eigenschaft des Klimasystems der Erde, welche einzeln oder durch ihr Zusammenwirken das Klima auf unterschiedlichen Ebenen prägt und für dessen Charakterisierung genutzt werden kann. Es handelt sich dabei meist um meteorologische Größen, welche im Zuge der Wetterbeobachtungen in Wetterstationen erfasst werden, aber auch Größen aus der Ozeanologie und den Geowissenschaften allgemein. Man unterscheidet sie danach, ob sie Bestandteile in den verschiedenen Haushalten des Klimasystems sind (Budget-Elemente) oder dies eben nicht sind (Nichtbudget-Elemente). Auch unterscheidet man nach Zustandsgrößen, Prozessgrößen und Feldgrößen.

Klimaelemente:

• Luftdruck - gemessen durch Barometer;
• Luftfeuchtigkeit - gemessen durch Hygrometer;
• Lufttemperatur - gemessen durch Thermometer;
• Wind - gemessen durch Anemometer;
• Niederschlag - gemessen durch Hydroskope (Regenmesser);
• Verdunstung, unterschieden nach potenzieller und realer Verdunstung - meist abgeleitet oder/und geschätzt aus anderen Größen wie Temperatur und Niederschlag;
• Ein- und Ausstrahlung - komplizierte Erfassung aus Messungen, Schätzungen und Berechnungen, siehe auch Globalstrahlung, Albedo und Milanković-Zyklen;
• Salzgehalt der Meere - gemessen durch Salinometer;
• Meeresströmungen;
• Wassertemperatur;
• Eisdicke bzw. Schneehöhe und deren Dichte.

Nichtbudget-Elemente:

• Albedo
• Sonnenscheindauer
• Bewölkung - statistisch erfasst bzw. gemessen durch Radaraufnahmen;
• Rauhigkeitshöhe
• Zirkulationsindizes

Durch globale Mittelwerte der Temperatur lässt sich beispielsweise feststellen, ob ein Jahr kälter oder wärmer war als ein langjähriger Durchschnitt. Gleiches gilt jedoch auch für die Monats-, Wochen- und Tagesmitteltemperatur. Man kann sich jedoch auch auf andere Größen wie den Niederschlag beziehen. Eine andere Aufgabenstellung wäre es beispielsweise, die Jahres-, Monats-, oder Tageshöchsttemperaturen mit einem klimatischen Mittelwert zu vergleichen, wobei bei letzterem jedoch nur eine sehr begrenzte Aussagefähigkeit besteht, da die Abweichung der Temperaturen eines Tages zu einem langjährigen Durchschnittswert stark abweichen.

Klimageschichte

Hauptartikel: Klimageschichte

Das Klima der Erde wandelt sich über lange Zeiträume hinweg. So wechselten sich im Pleistozän immer wieder Warm- und Kaltzeiten gegenseitig ab und tun dies vielleicht auch noch bis heute (Holozän). Anhand von Klimaarchiven wie arktischen Eisbohrkernen, geologischen Ablagerungen (Sedimente), Fossilien und Jahresringen versteinerter Bäumen lassen sich diese Klimaveränderungen über viele Perioden zurückverfolgen. Je mehr man dabei in die Vergangenheit vordringt, desto weniger Datenmaterial steht zur Verfügung, und man ist gezwungen, immer größere Zeiträume zu betrachten, bis man schließlich Ungenauigkeiten erreicht, die mehrere Millionen Jahre ausmachen können. Dadurch werden Effekte wie die längerfristige Änderung der Solarkonstante, die Kontinentaldrift und die Erdbahnvariabilität von immer entscheidenderer Bedeutung, während diese bei kurzfristigen Klimawandelprozessen von anderen Faktoren überlagert werden und nur eine geringe Rolle spielen. Allein durch diese unterschiedliche zeitliche Perspektive wandelt sich jedoch auch der Klimabegriff, was bei einer Nichtberücksichtigung dieses Effekts zu Widersprüchlichkeiten zwischen der Paläontologie/Geologie und der Klimatologie führen kann. Korrigiert man jedoch die zeitliche beziehungsweise teilweise auch räumliche Perspektive, so lösen sich diese Widersprüchlichkeiten in der Regel auf.

Klimawandel

Hauptartikel: Klimaveränderung

Die wichtigsten externen Ursachen von Klimaveränderungen liegen in der Variabilität der Sonneneinstrahlung, der Vulkanaktivität und gesonderten Großereignissen wie Meteoriteneinschlägen. Die Sonneneinstrahlung wird beeinflusst von zyklischen Veränderungen der Erdbahn um die Sonne sowie der Neigung der Erdachse (Milankovitch-Zyklen) sowie Veränderungen in der Sonnenaktivität selbst. Während Sonnenflecken als äußerer Indikator der Sonnenaktivität seit Jahrhunderten beobachtet und protokolliert wurden, sind direkte instrumentelle Messungen des physikalischen Zustandes der Sonne und ihrer Emissionen erst seit der Entwicklung entsprechender Satelliten möglich. Diese Forschungen stehen daher erst ganz am Anfang.

Bei der Erdatmosphäre handelt es sich um ein chaotisches System, welches in bestimmten Fällen vergleichsweise plötzlich umschlagen kann, obwohl es vorher oft nur sehr träge auf bestimmte Einflüsse reagierte, beispielsweise indem diese durch negative Rückkopplungen abgeschwächt wurden. Es gibt jedoch zahlreiche Effekte, die dazu führen, dass eine negative Rückkopplung sehr schnell in eine positive Rückkopplung umschlägt, und so jegliche Trends der Klimaentwicklung mit einer potenziellen Unsicherheit behaftet sind. Dabei kann die Ursache des Umschlags selbst sogar in der Vergangenheit liegen.

Der durch die statistischen Daten beschriebene Klimacharakter und das Klima selbst sind hier jedoch zu unterscheiden. Ziel der Klimatologie ist es, den Unterschied zwischen beiden zu minimieren, jedoch kann dies aufgrund der Komplexität des Klimas und hierdurch bedingten Notwendigkeit einer Vereinfachung immer nur einen Näherungscharakter besitzen.

Siehe auch: Treibhauseffekt, Ozonloch, Sommeranomalie

Klimafaktor Mensch

Globale Jahresmitteltemperaturen der letzten 125 Jahre auf der Erdoberfläche relativ zum Mittelwert im Zeitraum 1951–1980, basierend auf Messungen der Boden-Lufttemperatur durch Wetterstationen sowie Messungen der Meeresoberflächentemperatur durch Schiffe und Satelliten. Quelle: NASA Research News: 2006 Was Earth's Fifth Warmest Year, vom 8. Februar 2007

Hauptartikel: Globale Erwärmung

Mit Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert erhöhten die Menschen den Anteil an Treibhausgasen in der Atmosphäre. Besonders das Verbrennen fossiler Brennstoffe trug dazu bei, dass sich der Anteil von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre von 280 ppm (Teile pro Million) auf gegenwärtig über 380 ppm erhöht hat. Hinzu kommen beträchtliche Emissionen von Methan besonders durch Tierzucht sowie von weiteren Treibhausgasen. Ein weiterer bedeutender Faktor ist großflächige Entwaldung. In der Folge erhöhte sich zwischen 1906 und 2005 die globale Durchschnittstemperatur um 0,74 °C ± 0,18 °Celsius. Bis zum Ende des 21. Jahrhunderts erwartet das so genannte Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), dass sich die Erdtemperatur um weitere 1,1 bis 6,4 °C erhöhen wird. Die Veränderungen der Zusammensetzung der Atmosphäre und die dadurch hervorgerufene Temperaturerhöhung sind mit zahlreichen und zum Teil schwerwiegenden Folgen verbunden, zu denen steigende Meeresspiegel, aussterbende Arten und immense Schäden für menschliche Gemeinschaften gezählt werden.

Klimamodelle

Hauptartikel: Klimamodell

Ein Klimamodell ist ein Computer-Modell zur Berechnung und Vorhersage des Klimas für einen bestimmten Zeitabschnitt. Das Modell basiert in der Regel auf einem Meteorologiemodell, wie es auch zur numerischen Wettervorhersage verwendet wird. Dieses Modell wird jedoch für die Klimamodellierung erweitert, um alle Erhaltungsgrößen korrekt abzubilden. In der Regel wird dabei ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre und ein Vegetationsmodell für die Biosphäre angekoppelt. Klimamodelle stellen die komplexesten und rechenaufwendigsten Computermodelle dar, welche bisher entwickelt wurden. Die „Voraussagen“ der Klimamodelle sind naturgemäß unsicherer als die der Wettermodelle, da hier wesentlich größere Zeiträume in Betracht gezogen und eine große Zahl zusätzlicher Parameter berücksichtigt werden müssen. Aus diesem Grunde spricht man bei diesen Einzelmodellen auch von Klimaszenarien und nicht von Klimavorhersagen. Der Unterschied zwischen diesen ist, dass man für ersteres eine Vielzahl verschiedener Szenarien modelliert, einerseits mit anderen Modellen und andererseits mit anderen Vorwegannahmen. Eine Klimaprognose basiert also auf der Auswertung verschiedener Modellierungsversuche und ist auch aufgrund der schwierigen Vergleichbarkeit zwischen diesen nur sehr schwer zu erstellen. Da die einzelnen Szenarien, welche sich auch in der Struktur der Intergovernmental Panel on Climate Change widerspiegeln, unterschiedliche Endresultate aufweisen, kann auch eine darauf basierende Klimaprognose nur eine Spannweite von Möglichkeiten aufzeigen. Dies zeigt sich daher auch an der von der IPCC prognostizierten globalen Erwärmung mit einer Spannweite von 1,4 bis 5,8 °C zum Jahr 2100 (IPCC 2001).

Klimadiagramme

Hauptartikel: Klimadiagramm

Klimadiagramm-Beispiel: Rio de Janeiro.

Ein Klimadiagramm bezeichnet die grafische Darstellung klimatischer Verhältnisse an einem bestimmten Ort im Jahresverlauf. Dabei werden üblicherweise die Klimaelemente Niederschlagsmenge und Temperatur berücksichtigt und als 30-jährige Mittelwerte dargestellt.

Üblicherweise wird das Walter-Lieth-Diagramm verwendet, welches auf dem Beispiel von Rio de Janeiro zu sehen ist.

Häufig auftretend ist außerdem das Thermoisopletendiagramm, bei dem nur die Temperatur dargestellt wird. Diese ist bei diesem Diagramm jedoch für jede Stunde von jedem Tag im Jahr im einzelnen ablesbar.

Klimazonierung und Klimaklassifikation

Hauptartikel: Klimazone, Klimaklassifikation

Gebiete gleicher klimatischer Bedingungen werden in Klimazonen eingeordnet und dadurch klassifiziert. Zur Einteilung der Erde in verschiedene Klimazonen gibt es dabei verschiedene Klassifikationen. Die bekannteste ist diejenige von Wladimir Köppen. Die Klimazonen werden vor allem durch Klimadiagramme charakterisiert.

Man unterscheidet in Abhängigkeit

• vom Ozean maritimes Klima und
• vom Festland kontinentales Klima.

Man unterteilt kleinskalige Klimate unter anderem in

• Gebirgsklima (Orographie),
• Grenzflächenklima,
• Kleinklima, Lokalklima, Regionalklima, Standortklima,
• Landschaftsklima,
• Topoklima,
• Stadtklima und
• Waldklima.

Klima in Deutschland

Deutschland gehört vollständig zur gemäßigten Klimazone Mitteleuropas im Bereich der Westwindzone und befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem maritimen Klima in Westeuropa und dem kontinentalen Klima in Osteuropa. Das Klima wird unter anderem vom Golfstrom beeinflusst, der die klimatischen Werte für die Breitenlage ungewöhnlich mild gestaltet.

Die mittlere jährliche Niederschlag (bezogen auf die Jahre 1961-1990) beträgt 700 mm. Die mittlere monatliche Niederschlagsmenge liegt zwischen 40 mm im Februar und 77 mm im Juni.

Extreme Wetterbedingungen wie lang anhaltende Dürren, Tornados, strenger Frost oder extreme Hitze sind vergleichsweise selten. Gelegentlich treten jedoch Orkane auf, die in den Jahren 2000, 2002 und 2007 zu schweren Schäden geführt haben. Regelmäßig ereignen sich auch Hochwasser, die nach intensiven Regenperioden im Sommer (Oderhochwasser 1997, Elbehochwasser 2002) oder nach der Schneeschmelze zu Überschwemmungen und erheblichen Zerstörungen führen können. Dürren betreffen hauptsächlich den Nordosten Deutschlands, können zuweilen aber auch das ganze Land in Mitleidenschaft ziehen, wie zuletzt während der Hitzewellen Hitzewelle 2003 und 2006.

Temperaturverlauf in Deutschland

Die höchsten Jahrestemperaturen verzeichnet Südbaden mit über 11 °C, während in Oberstdorf der Durchschnitt unter 6 °C liegt. Zudem zeichnet sich ein allgemeiner Trend zu höheren Temperaturen ab: Nach Angabe des Deutschen Wetterdienstes lagen bis auf 1996 in allen Jahren seit 1988 die Durchschnittstemperaturen über dem langjährigen Mittel von 8,3 °C, im Jahr 2000 wurden sogar 9,9 °C erreicht. Insbesondere die Sommer sind deutlich wärmer geworden. Zudem verfrüht sich der Frühlingsbeginn im Durchschnitt um fünf Tage pro Jahrzehnt: Zugvögel halten sich fast einen Monat länger in Deutschland auf als noch in den siebziger Jahren.

Die tiefste jemals in Deutschland gemessene Temperatur betrug −45,9 °C, sie wurde am 24. Dezember 2001 am Funtensee registriert. Die bisher höchste Temperatur betrug 40,3 °C und wurde am 8. August 2003 in Nennig im Saarland erreicht.

Siehe auch: Zeitreihe der Lufttemperatur in Deutschland

Klimadaten (gemittelte Werte der Jahre 1961–1990)^[1]

Wert	Jahr	Mär–Mai	Jun–Aug	Sep–Nov	Dez–Feb	Jan	Feb	Mär	Apr	Mai	Jun	Jul	Aug	Sep	Okt	Nov	Dez
T-mittel (°C)	8,4	7,8	16,5	9,1	0,9	−0,5	0,5	3,7	7,6	12,2	15,5	17,1	16,9	13,8	9,4	4,2	0,9
T-min (°C)	4,6	3,4	11,6	5,5	−2,4	−3,0	−2,5	0,0	3,0	7,3	10,6	12,3	12,0	9,3	5,7	1,6	−1,5
T-max (°C)	12,4	12,3	21,4	12,8	2,9	2,0	3,4	7,5	12,1	17,2	20,4	22,0	21,9	18,4	13,1	6,9	3,2
T-Abstand (°C)	7,8	8,8	9,8	7,3	5,2	5,0	5,9	7,4	9,1	9,9	9,8	9,7	9,8	9,0	7,5	5,3	4,7
Frosttage	103,9	27,5	0,7	16,9	58,7	21,0	19,3	16,4	9,0	2,2	0,3	0,2	0,2	0,8	4,5	11,6	18,4
Regentage	178,2	44,0	44,3	43,0	46,8	16,6	13,4	14,9	14,3	14,9	15,1	14,8	14,4	13,6	13,5	15,9	16,8
Niederschlag (mm)	700	163	221	166	150	51	40	48	51	65	77	72	71	57	50	58	59
Luftdruck (hPa−1000)	9,3	8,1	13,7	9,9	5,7	5,5	5,5	6,4	7,6	10,2	12,9	14,2	14,2	12,4	9,9	7,3	6,0
Bewölkung (%)	72,0	69,3	63,0	73,8	81,9	83,5	78,0	74,8	69,3	63,8	64,8	63,5	60,6	66,9	72,9	81,5	84,3

Klima auf anderen Planeten

Der Klimabegriff ist zwar in Bezug auf die Erde am gründlichsten beschrieben und klassifiziert, jedoch sind dessen Grundprinzipien unabhängig vom Charakter des Klimas selbst und damit in letzter Konsequenz auch vom Planeten Erde. Vor allem im Bereich der Wetter- und Klimamodellierung werden daher Ansätze verfolgt, auch das Klima anderer Himmelskörper unseres Sonnensystems zu beschreiben. Da diese ein vollkommen anderes Set an Klimafaktoren und Eingangsvariablen für die klimatologischen Modelle aufweisen (siehe Atmosphäre und Planetenartikel), zeigen sich dabei Übertragungsprobleme. Hinzu kommt eine in vielen Fällen und Bereichen mangelhafte Datenlage. Der Nutzen dieser Projekte liegt jedoch nicht nur im Verständnis der fremdplanetaren Klimate in Bezug auf extraterrestrische Aktivitäten des Menschen, wie beispielsweise einem bemannten Marsflug, sondern auch in der Verbesserung terrestrischer Klimamodelle durch die Erprobung ihrer abgewandelten Entsprechungen an physikalisch völlig anders gearteten Systemen. Ein Beispiel hierfür ist das MAOAM-Projekt.

Einzelnachweise

1. ↑ Tyndall Centre for Climate Change Report

Literatur

Begriff und Definition des Klimas

• Hupfer, P.: Das Klimasystem der Erde. Berlin 1991
• Bernhardt, K: Aufgaben der Klimadiagnostik in der Klimaforschung. Gerl. Beitr. Geophys. 96 (1987), 113-126.
• Hantel, M.; H. Kraus, C. D. Schönwiese: Climate definition. Berlin: Springer Verlag 1987.
• Hogger, M.Climatypes. Ainring: Hogger Verlag 2007

Klimageschichte

• Elmar Buchner, Norbert Buchner: Klima und Kulturen. Die Geschichte von Paradies und Sintflut. Greiner Verlag, Remshalden 2005. ISBN 3-935383-84-3
• Karl-Heinz Ludwig: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute, Verlag Ch. Beck, München 2006, ISBN 3-406-54746-X
• Wolfgang Behringer: Kulturgeschichte des Klimas. Von der Eiszeit bis zur globalen Erwärmung. Verlag C.H.Beck, München. ISBN 978-3-406-52866-8

Klimafaktor Mensch

• Enzyklopädie der Natur. Die Geheimnisse der Natur entdecken, entschlüsseln, erklären. Obris Verlag. 1992, 84/85.
• Tim Flannery: Wir Wettermacher, Wie die Menschen das Klima verändern und was das für unser Leben auf der Erde bedeutet, Fischer Verlag, 2006, ISBN 978-3100211095
• Claudia Kemfert: Gutes Klima fürs Geschäft. Wirtschaftsinnovationen statt Klimadepressionen Murmann-Verlag, Hamburg 2008, ISBN 978-3-86774-047-0

Siehe auch

• Klimazone
• Klimaklassifikation

Weblinks

• Ausführliche Informationen zu Klima, Klimawandel, Klimafolgen, Klimaschutz und Klimaskeptikerthesen beim Hamburger Bildungsserver
• ESPERE Klimaenzyklopädie
• Klima-Seite von Stanford mit hervorragender Literatur-Liste ("References"), teilweise direkt lesbar (alles engl.)
• Norddeutsches Klimabüro, Forschungsschwerpunkt Küstenklima
• Klimaforschung am GKSS-Forschungszentrum Geesthacht: "Klima wandelt Herbst in Norddeutschland: Später, wärmer, grüner"