Einfuhrung in die Allgemeine Klimatologie

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1 Einfuhrung in die Allgemeine Klimatologie 7., vollstandig neu bearbeitete Auflage von Dr. rer. nat. Wolfgang Weischet Professor an der Universitat Freiburg i.br. Dr. rer. nat. Wilfried Endlicher Professor an der Humboldt-Universitat zu Berlin Mit 109 Figuren, 13 Tabellen und einer Tafel Gebr. Borntraeger Verlagsbuchhandlung Berlin Stuttgart 2008

2 Inhalt Vorwort zur ersten Auflage 5 Vorwort zur siebten Auflage 7 1 Das Klima mit seinen Raum- und Zeitdimensionen 15 2 Erddimensionen und BeleuchtungskJimazonen Erddimensionen Himmelsmechanische Tatsachen Jahreszeiten 25 3 Die Sonne als Energiequelle und die Ableitung des solaren Klimas Energiequelle und Solarkonstante Fakten des solaren Klimas 32 4 Die Atmosphare, ihre Zusammensetzung und Gliederung Die Zusammensetzung der Atmosphare Die vertikale Struktur der Atmosphare Die Masse der Atmosphare 45 5 Die solaren Strahlungsstrome unter dem Einfluss der Atmosphare Das Sonnenspektrum am Grande der Atmosphare Die diffuse Reflexion Die selektive Absorption Das Problem der stratospharischen Ozonabnahme und des,,ozonlochs" Regionale Abwandlung des solaren Klimas bei Annahme einer homogenen Atmosphare Die Globalstrahlung, ihre Komponenten und der Einfluss der geographischen Breite Das Verhaltnis von direkter und diffuser Einstrahlung in verschiedenen Klimazonen und seine Folgen Die mittlere Verteilung der Globalstrahlung Der Strahlungsumsatz an der Erdoberflache Der reflektierte Teil der Solarstrahlung: die Albedo Strahlungsabsorption,Warrne,Warmeverteilung 65

3 10 Inhalt Umsatz kurzwelliger Strahlung und Warmeverteilung in unbewachsenem Boden Umsatz kurzwelliger Strahlung und Warmeverteilung im Wasser Strahlungsumsatz und Warmeverteilung in einer Schneedecke Strahlungsumsatz und Warmeverteilung in der Vegetation 72 6 Die terrestrischen Strahlungsstrome und der Treibhauseffekt der Atmosphare Die Ausstrahlung der Erdoberflache und die Gegenstrahlung der Atmosphare Die natiirliche Glashauswirkung der Atmosphare Die Emission von Spurengasen und der anthropogene Zusatztreibhauseffekt 80 7 Die Strahlungsbilanz, lokal, regional und global Die Strahlungsbilanz des Gesamtsystems Erde und Atmosphare Tages- und Jahresgang von Strahlungsfliissen und -bilanz Grundziige der regionalen Differenzierung der Strahlungsbilanz an der Erdoberflache 89 8 Tages- und Jahresgange der Energiebilanz an der Erdoberflache Tagesgange der Energieflusse Jahresgange der Energieflusse und klimatologische Breitenzonen- Mittel 99 9 Lufttemperatur und Temperaturverteilung in der Atmosphare Messvorkehrungen, klimatologische Beobachtungstermine, wahre Tagesmittel Regionale Differenzierung der Tages- und Jahresgange der Lufttemperatur Die vertikale Verteilung der Lufttemperatur Die horizontal Verteilung der Lufttemperatur Die planetarische Frontalzone Der Luftdruck, seine Messung und Darstellung Die Wirkungsweise von Fliissigkeits- bzw. Gasdruck Der Luftdruck und seine Messung 122

4 Inhalt Luftdruckangaben in Hektopascal Die Hydrostatische Grundgleichung, die Allgemeine Gasgleichung und ihre Anwendung in der Barometrischen Hohenformel Konstruktion von Hohenluftdruckkarten als Hauptanwendung der Barometrischen Hohenformel Horizontale Luftdruckunterschiede und die Entstehung von Wind Die thermische Entstehung horizontaler Luftdruckunterschiede inderhohe Horizontale Luftdruckgradienten als Ursache der Einleitung horizontaler Luftbewegung Die Riickwirkung auf das Luftdruckfeld am Boden (Bodendruckfeld) und das Prinzip thermisch bedingter Ausgleichswinde Die unterschiedlichen Dimensionen thermisch bedingter Luftdruckgegensatze und Ausgleichszirkulationen Horizontale Luftbewegung ohne Reibungseinfluss in einem Luftdruckfeld mit geradlinigen Isobaren (geostrophischer Wind) Horizontale Luftbewegung ohne Reibungseinfluss bei gekrummten Isobaren (geostrophisch-zyklostrophischer Wind) Der Einfluss der Reibung auf die Luftbewegung: Reibungswind Die Luftbewegung bei konvergierenden und divergierenden Isobaren sowie die Entstehung der dynamischen Druckgebilde MaBgroBen der Luftbewegung Der Wasserdampf in der Atmosphare Die physikalische Sonderstellung des Wasserdampfes MaBeinheiten und Messung der Luftfeuchte Mittlere horizontale und vertikale Verteilung des Wasserdampfes in der Atmosphare Das Problem der Verdunstung, Humiditat und Ariditat Vertikale Luftbewegungen und ihre Konsequenzen Der vertikale Austausch Die dynamische Turbulenz Die thermische Konvektion Die trockenadiabatische Zustandsanderung bei vertikalen Luftbewegungen 182

5 12 Inhalt 13.5 Taupunktstemperatur, Kondensationspunkt, Kondensationsniveau und die kondensations-(feucht-)adiabatische Zustandsanderung Die Umkehr adiabatischer Prozesse bei absteigender Luftbewegung I und ihre Konsequenzen 191 ; 13.7 Stabilitatskriterien und ihre klimatologischen Konsequenzen fiir turbulenten Austausch und konvektive Prozesse Das Prinzip von Stau und Fohn Vertikalbewegungen im Bereich von Fronten Wolken und Niederschlag Kondensation und Sublimation in der Atmosphare Genetische Wolkentypen und die Grundregeln ihrer regionalen Verteilung Niederschlagsbildung und Niederschlagsarten Niederschlagsmessung Grundregeln der regionalen Verteilung der Niederschlage Makroklima: Die Allgemeine Zirkulation der Atmosphare und die klimatische Gliederung der Erde Die Dynamik der planetarischen Hohenwestwindzone und ihre Konsequenzen Die planetarischen Luftdruckgiirtel im Meeresniveau und ihre tellurische Aufgliederung Der tropische Zirkulationsmechanismus und seine klimatischen Folgen Die Zirkulation in den unteren Schichten der aubertropischen Atmosphare Die Glieder der Allgemeinen Zirkulation im Satellitenbild Zusammenfassender Uberblick mit schematischer Gliederung der Klimate der Erde Mesoklima: Stadt- und Gelandeklima Stadtklima Luftqualitat Gelandeklima 292 ) 17 Atmospharische Gefahren 293 i

6 Inhalt Der Klimawandel - das grobte Umweltproblem des 21. Jahrhunderts Natiirliche Klimaschwankungen Klimaveranderung durch menschliche Einfliisse Bisherige Folgen des anthropogen induzierten Klimawandels Die zukiinftige Entwicklung von Emissionen und Konzentrationen der Treibhausgase und die Folgen Reaktionen auf den Klimawandel: Strategien der Emissionsvermeidung und der Anpassung 316 Literaturverzeichnis 321 Verzeichnis der Internetadressen 330 Mafteinheiten und Umrechnungsformeln 331 Sachregister 334