Einführung in die Physische Geographie Teil Klima und Wasser 2. Zirkulationssysteme Klimaklassifikation Prof. Dr. Otto Klemm
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) barotrope Bedingungen ausgehend von einer Oberfläche mit gleichmäßiger Temperaturverteilung Druck und Temperatur nehmen mit der Höhe ab. (gestrichelt) Isothermen (durchgezogene Linien) Isobaren
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) Isobaren Isothermen barotrop baroklin nun nimmt in der rechten Bildhälfte die Temperatur der Oberfläche zu; mögliche Ursachen: 1. höhere Einstrahlung Pol Äquator 2. gleiche Einstrahlung, aber: rechts: geringere Wärmekapazität, stärkere Erwärmung Wasser Land
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) Isobaren Isothermen Folge ist die Ausgleichsströmung bzw. thermische Zirkulation, z.b. Seewind Wasser Land Durch den thermischen Antrieb entsteht eine Zellen-Zirkulation, in der Wärmeunterschiede in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Im thermischen Hoch herrscht Absinkbewegung
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) Florida aus dem Space Shuttle
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) aber: Land und See sind auf der Erde nicht regelmäßig verteilt; außerdem gilt es den Einfluss der Coriolis - Kraft zu berücksichtigen.
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) die Coriolis - Kraft : unter der Wirkung eines Druckgradienten entlang einer räumlichen Achse x erfährt Luft eine Kraft F, die zu einer Beschleunigung entlang x führt) F p, x δp = δx wenn allerdings das Koordinatensystem, von dem aus die Bewegung betrachtet wird, nicht mit dem Koordinatensystem identisch ist, in dem die Kraft beschrieben ist, führt dies zu scheinbaren Abweichungen der resultierenden Bewegung:
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) Die Erde ist ein rotierender Körper. Jeder Körper, der sich mit der Erde dreht hat einen Drehimpuls, der eine Erhaltungsgröße ist. Der Drehimpuls L = Masse x Rotationsgeschwindigkeit x (Abstand zur Drehachse) 2 r L = r r p r p r r r = m v v = ω Drehimpuls Radius Impuls Masse Geschwindigkeit L = m ω Rotationsgeschwindigkeit r ( ) 2 Vermindert man den Abstand zur Achse, erhöht sich die Drehgeschwindigkeit.
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) aber auch Bewegungen in West-Ost-Richtung werden von der Corioliskraft beeinflusst: k = v r 2 auf die Masse m wirkt u.a. die Zentrifugalkraft k m wird die Geschwindigkeit v der Masse m erhöht (Bewegung W E), erhöht sich auch die Zentrifugalkraft, die Bewegung wird nach rechts abgelenkt.
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) Die Coriolis-Kraft ist folglich eine Scheinkraft. Sie lenkt auf der Nord- Halbkugel alle Bewegungen nach rechts ab, auf der Südhalbkugel nach links. im reibungsfreien Zustand führt dies dazu, dass die Bewegung parallel zu den Isobaren verläuft: geostrophischer Wind in Tiefdruckgebiete (Zyklone) fließt (auf der N-Halbkugel) die Luft gegen den Uhrzeigersinn ein. Um Hochdruckzonen fließt die Luft im Uhrzeigersinn
zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) Coriolis-Kraft C C = 2 ρ Ω sin( ϕ) v C ρ Ω ϕ v Coriolis "Kraft" Dichte der Luft Winkelgeschwindigkeit der Erde geografische Breite Windgeschwindigkeit f = 2 Ω sin( ϕ) f = Coriolis-Parameter für ϕ = 45 ergibt sich f = 1.03 10-4 s -1, dies führt zu einem 10-4 -fachen der Schwerebeschleunigung
globales Zirkulationssystem: Land- und Wassermassen sind auf der Erde ungleich verteilt. Thermische Zirkulation und Coriolis-Kraft treiben die globalen (und regionalen) Zirkulationen an:
T H T H H T H H T T H H H T http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert
T H T T H H T H H H T http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert
Die Klimate der Erde können nach unterschiedlichen Kriterien klassifiziert werden: mathematische Klimaklassifikation: Einteilung strikt nach Breitenkreisen 23.5 S 23.5 N: Tropen 23.5-66.5 (jeweils N und S): gemäßigte Breiten > 66.5 (jeweils N und S): Polarzonen hydrologische Klimaklassifikation N > V: humides Klima N = Niederschlag; V = Verdunstung N < V pot : arides Klima V pot = potentielle Verdunstung S > A: nivales Klima S = Schneeniederschlag; A = Ablation diverse Index Klassifikationen r = Jahressumme des Niederschlags Jahresmittel der Temperatur TI = Niederschlagssumme Mitteltemperatur + 10 C J = 114 P 12 T 1 10 P = mittlerer Monatsniederschlag T = Monatsmitteltemperatur (in F)
eine wichtige genetische Klimaklassifikation ist diejenige nach Hendl tropisches Kontinentales Kernpassatklima T 1 Zonenklima Maritimes Kernpassatklima T 2 Kernpassat-Wechselklima mit sommerlicher maritimer Rundpassat-Witterung T 3 Äquatoriales Kernpassatkonvergenzklima T 4 Maritimes Luvseiten-Passatklima T 5 Maritimes Leeseiten-Passatklima T 6 Monsunklima T 7 Luvseiten-Monsunklima mit sommerlicher Stauniederschalgsperiode Luvseiten-Monsunklima mit winterlicher Stauniederschalgsperiode T 8 T 9 subtropisches Kernpassat-Wechselklima mit winterlicher Zyklonalwitterung TZ 1 Zonenklima Kernpassat-Wechselklima mit Luvseiten Zyklonalwitterung TZ 2 außertropisches temperiertes Zyklonalklima Z 1 Zonenklima subpolares Zyklonalklima Z 2 paraautochtones Zonenklima polares Zyklonalklima Z 3 monsunales Zyklonalklima Z 4 Luvseiten-Zyklonalklima Z 5 Leesseiten-Zyklonalklima Z 6 ohne Unterteilung P
Klimaklassifikation nach Hendl
Die bekannteste und wichtigste Klimaklassifikation ist die effektive K. nach Köppen (mit eine Reihe von Abwandlungen und Verfeinerungen durch spätere Autoren) Zunächst gibt es 6 Klimazonen: A tropische Feuchtklimate: absolut frostfrei T Monat,min 18 C B Trockenklimate P Jahr < 20 ( T Jahr 10 + 0.3 PS) P = Niederschlag C subtropische Klimate: T Monat,min < 18 C D temperierte Klimate: PS = rel. P Anteil der Sommermonate (z.b. April Sept.) in % T Monat > 18 C für 8 12 Monate T Monat 10 C für 4 7 Monate E boreales Klima T Monat 10 C für 1 3 Monate F polares Klima T Monat,max < 10 C
PS: Niederschlagssumme in den Sommermonaten (April September für die N Hemisphäre) Durch Verwendung eines weiteren Buchstabens ergeben sich unterschiedliche Klimatypen. Ar Am Aw As BS BW BM tropisches immerfeuchtes Klima tropisches wechselfeuchtes Klima mit extremer Feuchtperiode tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockener Winterperiode tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockener Sommerperiode semiarides Steppenklima arides Wüsenklima marines Trockenklima P Monat < 60 mm für 2 Monate P Monat < 60 mm für > 2 Monate; Kompensation der Trockenperiode durch sehr hohen Regenzeit-Niederschlag, P Jahr 25(100 - P Monat,min ) P Monat < 60 mm für mehr als 2 Monate im Winter der betr. Halbkugel P Monat < 60 mm für mehr als 2 Monate im Sommer der betr. Halbkugel P Jahr 10 (T Jahr -10 + 0.3 PS) P Jahr < 10 (T Jahr -10 + 0.3 PS) P Jahr < 20 (T Jahr -10 + 0.3 PS)
Cw Cs Cr Do Dc Eo Ec Ft Fi subtropisches wintertrockenes Klima subtropisches sommertrockenes Klima subtropisches immerfeuchtes Klima ozeanisches temperiertes Klima kontinentales temperiertes Klima ozeanisches boreales Klima kontinantales boreales Klima Tundrenklima Eisklima P Monat,max(Sommer) 10 P Monat,min(Winter) P Monat,max(Winter) 3 P Monat,min(Sommer); P Monat,min(Sommer) < 30 mm; P Jahr < 890 mm alle C-Klimate außer Cw und Cs T Monat,min 0 C T Monat,min < 0 C T Monat,min -10 C T Monat,min < -10 C T Monat,max > 0 C T Monat,max 0 C
nach: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen durch Anfügen eines dritten Buchstaben können Unterschiede hervorgehoben werden. So werden Klimauntertypen gekennzeichnet. a b c d g h K heiße Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats über +22 C warme Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats unter +22 C, mindestens vier Monate mit Mitteltemperaturen von wenigstens +10 C kühle Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats unter +22 C, ein bis drei Monate mit einer Mitteltemperatur von wenigstens +10 C strenge Winter Mitteltemperatur des kältesten Monats unter -38 C Gangestyp des jährlichen Temperaturganges das Jahresmaximum tritt vor der Sommersonnenwende und der sommerlichen Regenzeit ein heiß Jahresmitteltemperatur über +18 C kalt Jahresmitteltemperatur unter +18 C
Klimaklassifikation nach Köppen
Klimarübe
Beispiel: tropisches immerfeuchtes Klima Ar
Beispiel: tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockenem Winter Aw
Beispiel: Semiarides Steppenklima BS
Beispiel: Wüstenklima BW
Beispiel: Subtropisches immerfeuchtes Klima Cr
Beispiel: Subtropisches sommertrockenes Klima Cs
Beispiel: ozeanisches, temperiertes Klima Do
Beispiel: kontinentales temperiertes Klima: Dc
Beispiel: kontinentales boreales Klima Ec
Beispiel: ozeanisches boreales Klima Eo
Beispiel: polares Tundrenklima Ft
Beispiel: ozeanisches temperiertes Klima Do
feuchtgemäßigtes Klima mit warmem Sommer Cfb 100 50 Münster (Zoo) 62 m +9,5 C 741 mm 50 25 ozeanisch geprägt Niederschlag [mm] 0 0 Temperatur [ C] -25 Datenbasis: 1940-1989 J F M A M J J A S O N D Monat -50
Beispiel: Kontinentales temperiertes Klima Dc
Der Unterschied zwischen maritimem versus kontinentalem Klima besteht in ausgeglicheneren Temperaturverhältnissen des maritimem Klimas (bzw. größeren Temperaturamplituden des kontinentalen Klimas) und wird hervorgerufen durch: 1. höhere spezifische Wärmekapazität des Wassers 2. Konvektion im Wasserkörper weiterer Einflussfaktor: geringere Albedo der Wasseroberflächen
Beispiel: geographische Breite ca. 52 N 10 W 13 E 104 E maritim kontinental
Beispiel: Tal versus Berg
Tal versus Berg, hier: Anden (auch als H Klimate bezeichnet) Man spricht in den Bergen der Tropen auch von Tageszeitenklima: Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht ist größer als der zwischen Sommer- und Winter. Dazu trägt die geringe Variabilität der Sonnenscheindauer (Tageslängen) bei, d.h. die Tage und die Nächte sind nahezu gleich lang