Warum ist es in den Tropen heiss und feucht, während es an den Polen eiskalt ist? Warum regnet es an manchen Orten fast täglich und an anderen fast nie? Die Klimatologie ist die Wissenschaft, die sich mit diesen Fragen beschäftigt. Sie untersucht das langfristige "durchschnittliche Wetter" einer Region, das Klima. Um das Klima zu verstehen, müssen wir uns anschauen, welche Elemente das Wettergeschehen ausmachen und welche Faktoren das Klima eines Ortes beeinflussen. Es ist ein bisschen wie Kochen: Die Klimaelemente sind die Zutaten, und die Klimafaktoren bestimmen, wie das Gericht am Ende schmeckt.
Eine Übersicht über die wichtigsten Klimaelemente und -faktoren findest du im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 1 (Aufgabe) und Seite 3 (Schema "Klimaelemente und Klimafaktoren").
Klimaelemente sind die messbaren Grössen des Wetters. Sie beschreiben den physikalischen Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit. Wenn wir diese Elemente über einen langen Zeitraum (mindestens 30 Jahre) beobachten und mitteln, erhalten wir das Klima.
Die wichtigsten Klimaelemente sind:
Eine Tabelle zur Zuordnung von Klimaelementen, Messeinheiten und Messgeräten findest du im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 1 sowie auf Seite 3 im Schema "Klimaelemente und Klimafaktoren". Die Grafik zur "Absoluten und relativen Luftfeuchtigkeit" auf Seite 4 des Dossiers ist hier sehr hilfreich.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 7, S.2, adaptiert): Wie gross ist die Sättigungsmenge eines Luftpakets mit einer Temperatur von 25°C?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Um die Sättigungsmenge bei 25°C zu bestimmen, würde ich die Grafik "Absolute und relative Luftfeuchtigkeit" (im Dossier Woche 7, S.2 oder S.4) konsultieren. Auf der x-Achse suche ich die Temperatur 25°C. Dann gehe ich senkrecht nach oben bis zur Sättigungskurve (100% relative Luftfeuchtigkeit). Von diesem Punkt lese ich auf der y-Achse den Wert für die absolute Luftfeuchtigkeit ab. Laut der Grafik "Luftfeuchtigkeit, Niederschlag" (Dossier Woche 7, S.2) liegt die Sättigungsmenge bei 25°C bei etwa 23,1 g/m³.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 7, S.2, adaptiert): Bei einer Luftmasse mit einer Temperatur von 20°C wird eine Luftfeuchtigkeit von 54% gemessen. Wie gross ist die absolute Luftfeuchtigkeit?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Zuerst schaue ich in der Grafik "Absolute und relative Luftfeuchtigkeit" nach der Sättigungsmenge bei 20°C. Diese beträgt laut Grafik ca. 17,3 g/m³. Die relative Luftfeuchtigkeit ist 54%, das bedeutet, die Luft enthält 54% der maximal möglichen Wasserdampfmenge. Die absolute Luftfeuchtigkeit berechnet sich also als: 54% von 17,3 g/m³ = (54 / 100) * 17,3 g/m³ = 9,342 g/m³. Im Lösungsblatt zu den Übungen ("Absolute und Relative Luftfeuchtigkeit (Übungen)") wird mit 9,4 g/m³ (Grafik) gerechnet und dann 54*17,3/100 = 9,34 verwendet, was auf denselben Rechenweg hinausläuft.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 7, S.3, adaptiert): Ein Luftpaket von 20°C weist eine absolute Luftfeuchtigkeit von 8g/m³ auf. Wie gross ist die herrschende relative Luftfeuchtigkeit?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Die Sättigungsmenge bei 20°C beträgt laut Grafik ca. 17,3 g/m³. Die tatsächliche (absolute) Luftfeuchtigkeit ist 8 g/m³. Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis der tatsächlichen zur maximalen Menge, also: (8 g/m³ / 17,3 g/m³) * 100% = ca. 46,2%.
Die Aufgaben 3a-c im "Arbeitsdossier - Woche 7", Seite 3, und die Lösungen dazu im Dokument "Absolute und Relative Luftfeuchtigkeit (Übungen)" vertiefen das Verständnis dieser Zusammenhänge.
Klimafaktoren sind die geografischen Gegebenheiten eines Ortes, die das dort herrschende Klima massgeblich beeinflussen und bestimmen, wie stark die einzelnen Klimaelemente ausgeprägt sind. Das Klima ist nicht überall auf der Erde gleich, und das liegt an diesen Faktoren.
Die wichtigsten Klimafaktoren sind:
Die Auflistung dieser Faktoren findest du im Schema "Klimaelemente und Klimafaktoren" im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 3.
Die Atmosphäre ist die Lufthülle, die die Erde umgibt. Sie ist in verschiedene Schichten aufgebaut (Stockwerkbau):
Eine Abbildung zum Stockwerkbau der Atmosphäre findest du im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 3.
Die Sonne ist die Hauptenergiequelle für das Klima auf der Erde. Die Energiebilanz der Erde ist entscheidend:
Diese Energietransporte treiben die globale atmosphärische Zirkulation an, ein komplexes System von Windgürteln (z.B. Passate, Westwinde) und Druckgebieten, das für den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch auf der Erde sorgt. Die Hadley-Zelle ist ein wichtiger Teil dieser Zirkulation in den Tropen.
Die Grafik zur globalen Energiebilanz im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 2 (Netto-Strahlung) und die Schemata zur thermischen Windzirkulation und globalen Zirkulation auf Seite 5 verdeutlichen diese Zusammenhänge. Für Details zur globalen Zirkulation sei auch auf den Atlas S. 188/189 verwiesen (siehe Aufgabe 3, S.4 im Dossier).
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 7, S.2, Frage 3): Welches ist die Hauptaussage der folgenden Grafik (Netto-Strahlung in W/m²)?
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Die Grafik zeigt die Nettoeinstrahlung auf der Erde in Abhängigkeit von der geografischen Breite. Die Hauptaussage ist, dass es in den tropischen und subtropischen Breiten (etwa zwischen 35°N und 35°S) einen Energieüberschuss gibt, da die Sonneneinstrahlung hier grösser ist als die Wärmeabstrahlung der Erde. In den höheren Breiten (polwärts von ca. 35°) gibt es hingegen ein Energiedefizit; hier wird mehr Energie abgestrahlt als von der Sonne empfangen wird. Dieser Energieunterschied zwischen den Breiten ist der Hauptantrieb für den Energietransport durch atmosphärische und ozeanische Zirkulation von den Überschuss- zu den Defizitgebieten, um ein globales Energiegleichgewicht herzustellen.
Prüfungsfrage (aus Arbeitsdossier Woche 7, S.1, Frage 1): Erklären Sie mit Hilfe einer einfachen Skizze, weshalb die Erde wie ein Treibhaus funktioniert.
Antwort einer gut vorbereiteten Schülerin: Der natürliche Treibhauseffekt funktioniert so:
Damit es regnet oder schneit, muss die Luftfeuchtigkeit kondensieren, also von gasförmig zu flüssig oder fest werden. Das passiert, wenn:
Die wichtigste Ursache für Abkühlung und damit Kondensation ist das Aufsteigen von Luft. Beim Aufsteigen dehnt sich Luft aus (der Luftdruck nimmt ab) und kühlt sich dadurch ab (adiabatische Abkühlung).
Es gibt verschiedene Gründe für aufsteigende Luft und somit Niederschlag:
Die vier Fälle zur Niederschlagsentstehung im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 3 (Aufgabe 4) illustrieren diese Prozesse.
Ein Klimadiagramm stellt die durchschnittlichen monatlichen Temperaturen und Niederschläge eines Ortes grafisch dar. Es ermöglicht eine schnelle Charakterisierung des Klimas.
Aufgrund ähnlicher Klimaverhältnisse werden Regionen zu Klimazonen zusammengefasst. Eine bekannte Einteilung ist die nach Köppen (siehe "Revolution der Erde und ihre Folgen", S.13), die auf Temperatur- und Niederschlagswerten basiert. Die solaren Klimazonen (Tropen, Subtropen, Gemässigte Zone, Kalte Zone, Polarzone) orientieren sich primär an der Sonneneinstrahlung.
Die Aufgabe "Klimazonen: Eine Reise von Spitzbergen nach Gabun" im "Arbeitsdossier - Woche 7" auf Seite 6 vertieft das Verständnis von Klimadiagrammen und der globalen Zirkulation.
Die Grundlagen der Klimatologie sind essenziell, um das Wettergeschehen, die globalen Klimamuster und auch den aktuellen Klimawandel zu verstehen.