Klima weltweit

Die Energiebilanz der Erde bestimmt das globale Klima. Hauptlieferant für Energie auf der Erde ist die Sonne. Da sie an den Polen nicht gleich stark einstrahlt wie am Äquator, entsteht ein Temperaturunterschied, dessen Ausgleich die globale Zirkulation in der Atmosphäre steuert. Die Treibhausgasemissionen des Menschen verändern die Energiebilanz und sorgen für eine globale Erwärmung.

Antriebsfaktoren im Klimasystem

Die Sonne heizt ein

Wichtigster Energielieferant für die Erde ist unsere Sonne. Sie hat eine Oberflächentemperatur von etwa 5700 °C und strahlt durchschnittlich mit 1367 Watt pro Quadratmeter auf unseren Planeten (sogenannte Solarkonstante). Wieviel Solarstrahlung einen Ort auf der Erde erreicht, hängt in erster Linie von der Neigung der Erdachse zur Sonne ab. Zudem liegt eine Hälfte der Erdkugel immer im Schatten. Deshalb beträgt die Sonnenenergie am äusseren Rand der irdischen Atmosphäre im Durchschnitt 340 Watt pro Quadratmeter. Die Neigung der Erdachse zur Sonne ist auch für unsere Jahreszeiten verantwortlich.

Der Einfluss der Sonne ändert sich im Verlauf der Zeit. Über einen Zeitraum von etwa 100‘000 Jahren wechselten sich in der frühen Erdgeschichte Eis- und Warmzeiten ab. Grund dafür ist die sich periodisch verändernde Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Man spricht hierbei von den Milankovic-Zyklen, benannt nach deren Entdecker. Diese langsamen Zyklen werden von kurzfristigen Einflüssen überlagert. So wechseln sich z.B. Phasen von stärkerer und schwächerer Sonnenaktivität in einem Zyklus von etwa 11 Jahren ab. Dieser Zyklus wird durch das wiederkehrende Auftreten von Sonnenflecken erzeugt. Die Solarkonstante ist also nicht wirklich konstant, sondern schwankt um den genannten Durchschnittswert von 1367 Watt pro Quadratmeter. Aktuell ist die Sonnenaktivität eher rückläufig.

Strahlungsbeobachtungen

Die langfristige Beobachtung der Strahlungsflüsse zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche ist für die Klimaforschung von Bedeutung.

Natürliche Antriebsfaktoren des Klimas

Neben der Sonne gibt es eine Reihe weiterer natürlicher Faktoren, welche die Energiebilanz unserer Erde und damit unser Klima beeinflussen. Ungefähr ein Drittel (100 Watt pro Quadratmeter) der einfallenden Sonnenstrahlung wird durch Erdoberfläche, Wolken und Aerosole wieder ins All reflektiert. Aerosole sind kleinste Partikel in der Luft, bestehend aus flüssigem oder festem Material (z.B. Russ, Staub, Schwefelverbindungen). Sie werden auf natürliche Weise vor allem von Vulkanen ausgestossen, aber auch von Lebewesen wie Meeresalgen und weiteren Quellen. Aerosole und Wolken haben also einen kühlenden Effekt auf das Klima der Erde, da sie Sonnenstrahlung reflektieren. Die Reflektivität an einem Ort ist zudem stark abhängig von der Beschaffenheit der Erdoberfläche: viel Strahlung wird in schnee- und eisbedeckten Gebieten reflektiert, da die Oberfläche dort sehr hell ist; wenig reflektiert wird über dunklen Flächen wie z.B. den Ozeanen. Ein Vergleich zur Erklärung: setzt man sich auf einen schwarzen Stuhl in die Sonne, wird es viel rascher ungemütlich warm als auf einem weissen Stuhl.

Die im Mittel rund 15 °C warme Erdoberfläche und Atmosphäre strahlt Energie in Form von langwelliger Strahlung ins Weltall ab (239 Watt pro Quadratmeter). Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren die von der Erdoberfläche reflektierte langwellige Strahlung und heizen so unsere Atmosphäre auf. Ohne die Treibhausgase wäre es auf der Erde ungefähr -18 °C kalt.

Da die einfallende Solarstrahlung an den Polen schwächer ist als am Äquator, entsteht ein Temperaturunterschied. Dieser treibt die globale Meeresströmung und die Luftzirkulation an. Der Planet versucht diesen Unterschied durch Wärmetransport auszugleichen. So transportiert beispielsweise der Golfstrom Wärme aus dem Golf von Mexiko nach Nordeuropa. Warmfronten bringen warme Luft nach Norden, Kaltfronten kalte Luft aus dem Norden in Richtung Süden.

Aerosol-Beobachtung

Die Beobachtung von Aerosolen auf dem Jungfraujoch ist sehr umfangreich. Die Einflüsse von Aerosolen auf das Klima sind vielseitig und komplex.

Globale Zirkulation und Klimazonen

Am Äquator, wo die Einstrahlung der Sonne ganzjährig am stärksten ist, befinden sich die Tropen mit ihren Regenwäldern. Sie werden durch die Regenfälle in der sogenannten innertropischen Konvergenzzone (ITKZ) genährt. In dieser Zone herrschen tropische Tiefdruckgebiete vor. Die Zone verschiebt sich im Jahresverlauf leicht von nördlich (Nordsommer) zu südlich (Südsommer) des Äquators. Deshalb ist es im Norden Australiens vor allem im Dezember heiss und feucht, während die westafrikanischen Länder vor allem im Juli die heisseste und feuchteste Zeit erleben.

Die Erwärmung der Erdoberfläche in der ITKZ führt zu Auftrieb, zur Bildung von hohen Gewitterwolken und damit zu starken lokalen Niederschlägen. Die aufsteigende Luft wird an der Obergrenze der Wetterschicht (sogenannte Tropopause, in einer Höhe von etwa 10 km ab Boden) in Richtung Pole transportiert. Über den Subtropen sinkt die Luft ab und trocknet dabei stark aus. Dementsprechend sind dort Hochdruckgebiete vorherrschend. In diesen Gebieten befinden sich heute die grössten Wüsten unseres Planeten (Sahara, arabische Wüste, Atacamawüste in Südamerika, Gobi in Zentralasien, mittelaustralisches Outback).

In der Westwindzone, den mittleren Breiten, entstehen Tiefdruckgebiete, welche für den Luftmassenaustausch und damit den Wärmetransport zuständig sind. In dieser Zone herrscht ein gemässigtes, mildes Klima, welches auch das Klima der Schweiz bestimmt.

In den subpolaren Landgebieten (z. B. Skandinavien, Sibirien, Alaska) herrscht aufgrund des kühlen Klimas die Tundra vor – niedrige Vegetation, die an lange Kältephasen angepasst ist. Meereis und grosse Inlandeisflächen kommen in den kältesten Regionen des Planeten vor, an den Polen. Diese Flächen sind jedoch durch den menschgemachten Klimawandel stark bedroht.

Klimadiagramme

Klimadiagramme zeigen das Klima im Jahresverlauf an Messstationen auf der ganzen Welt.

Globale Rekorde

Die riesigen Unterschiede zwischen den Klimazonen offenbaren sich besonders bei den weltweiten Rekordwerten. Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) hat die globalen Wetter- und Klimarekorde archiviert. Ein kleiner Auszug daraus:

  • Die höchste je gemessene Temperatur beträgt 56.7°C und stammt aus dem Jahr 1913 in Kalifornien (USA). Die tiefste Temperatur, unglaubliche -89.2°C, wurde 1983 an der Vostok-Station in der Antarktis gemessen.
  • Am meisten Niederschlag innerhalb eines Tages fiel im Januar 1966 auf La Réunion (1825 mm). Das entspricht etwa einem durchschnittlichen Jahresniederschlag in den Schweizer Voralpen. Der grösste Jahresniederschlag aller Zeiten stammt aus Indien: in Cherrapunji fielen von August 1860 bis Juli 1861 26470 mm (26.5 m) Niederschlag in 12 Monaten. So fiel Niederschlag gibt es an den meisten Orten der Schweiz nicht einmal innert 10 Jahren.
  • Nirgendwo ist war es länger trocken als in Arica, Chile. In dieser Ortschaft wurde zwischen 1903 und 1918 während 173 Monaten kein einziger Tropfen Regen gemessen.
  • Der schwerste Hagel-Brocken, der je gemeldet wurde, wog 1.02 kg (Bangladesh).

Viele weitere Rekorde finden Sie hier:

Rekorde und Extreme

Rekorde zeigen den Schwankungsbereich des Klimas. Für Starkniederschläge wird die räumliche Verteilung beschrieben.

Der Mensch ist ein wichtiger Klimafaktor

Es wird auf dem Globus immer wärmer. Hauptgrund für die globale Erwärmung der letzten 50-60 Jahre ist die Veränderung der Energiebilanz der Erde durch den Menschen. Der Mensch stösst Aerosole und Treibhausgase aus – allen voran Kohlendioxid. Natürliche Abbauprozesse wie in Pflanzen und die Aufnahme von Kohlendioxid durch Ozeane sind nicht in der Lage, alle menschlichen Emissionen zu kompensieren. Damit kommt es zu einer Anhäufung von Kohlendioxid in der Atmosphäre. Als Folge davon nimmt die langwellige Abstrahlung ins Weltall nimmt ab – der Treibhauseffekt wird verstärkt. Ozeane und Erdoberfläche müssen in der Folge mehr Energie aufnehmen und erwärmen sich. Dies steigert auch die Verdunstung und den fühlbaren Wärmefluss. Letzterer beeinflusst direkt die Temperatur nahe der Erdoberfläche und lässt uns die langfristige Erwärmung spüren. Es ist zu beachten, dass die Sonnenaktivität momentan eher rückläufig ist, und damit die Erwärmung der letzten Jahrzehnte nicht erklären kann.

Der Mensch nimmt auch auf andere Weise Einfluss auf das Klima. Veränderungen in der Landnutzung durch den Menschen führen z.B. zu Veränderungen der Bodenbeschaffenheit, welche direkten Einfluss auf die Abstrahlung von der Erdoberfläche ausüben können. Dunkle Flächen, z. B. durch Buschfeuer abgebrannte Wälder, absorbieren mehr Wärme und reduzieren die Abstrahlung ins All zusätzlich, womit sie einen weiteren Wärmeeffekt verursachen. Auch das Schmelzen des Polareises führt zu einer verstärkten Erwärmung in den entsprechenden Regionen, wenn unter dem einst hellen Schnee und Eis – welche die Sonneneinstrahlung reflektiert haben – die sehr dunkle Meeresoberfläche zum Vorschein kommt. Man spricht in diesen Fällen von positiven Rückkopplungen auf das Klima – d. h. die primär vom Menschen ausgelöste Erwärmung verstärkt sich selbst.

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