2.2 Das Klima der Erde: Vielfalt, Ordnung und Komplexität .21 Übersicht über Temperatur in Atmosphäre und Ozean .211 Temperatur der Atmosphäre .212 Temperatur der Weltmeere .213 Klimakarten .22 Das Klimasystem der Erde Komponenten des Klimasystems und ihre Wechselwirkung Strahlungsgleichgewicht der Erde im Weltraum Die Thermohaline Zirkulation des Ozeanwassers

.23 Die Entwicklung des Klimas auf der Erde .231Die geologische Zeitskala .232 Beispiele für klimatische und geologische Variationen

2.2

1. Temperatur der Atmosphäre

• Temperatur und Feuchtigkeit (Niederschlag) sind die wichtigsten Klimagrößen

• Lufttemperatur = Temperatur des Mediums (also ohne Strahlungsanteile)

• Temperatur auf der Erdoberfläche hängt ab z.B. von - solarer Einstrahlung - Oberfläche und Speichereigenschaft - Herkunft der aktuellen Luftmasse

wir betrachten zunächst die großräumige Temperaturverteilung auf der Erde

2.211

Darstellung von Klimagrößen als Karte

•In die rechteckige Darstellung der Erdoberfläche, ( mit den Koordinaten geographische Länge und Breite ) werden die Klimagrößen als Isolinien eingezeichnet.

• Bei dreidimensionaler Darstellung wird als Höhe meist der Druck benutzt

Monatsmittel der Lufttemperatur an der Erdoberfläche für Januar

Tmittel=13,1°C

Abb.4.13 Monatsmittel der Lufttemperatur an der Erdoberfläche , 1963-1973, in °C; Abstand der Isolinien 5 K, Bereiche unter 0°C schattiert.a) Januar (weltweites MitteI 13.1°C), (nach Oort, 1983 )

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.13, p.333 /

Januar

Abb.4.13 Monatsmittel der Lufttemperatur an der Erdoberfläche , 1963-1973, in °C; Abstand der Isolinien 5 K, Bereiche unter 0°C schattiert.b) Juli (weltweites MitteI 16,7°C), (nach Oort, 1983 )

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.13, p.333 /

Monatsmittel der Lufttemperatur an der Erdoberfläche für Juli

Tmittel=16,7°C

Juli

Weltweites Jahresmittel an der Erdoberfläche: 14.9 °C

Man erkennt:• warme Tropenzone zwischen ca. 30°N und 30°S mit Ts > 20 °C• kalte Polarzone für Breiten höher als ca. 60° mit Ts < 0 °C

• Nordwinter: Kältezentrum über Ostsibirien: < -35°C markante Bevorzugung des atlantisch europäischen Gebietes

• Südwinter : Kältezentrum über Antarktis : < -35°C) deutlich niedrigere Temperaturen im Vergleich zur Arktis

• Zonalität: grad Ts vor allem in Nord-Süd -Richtung; besonders ausgeprägt auf Südhalbkugel•Nord-Süd Assymetrie: die Erde ist im Nordsommer (Juli) um 3.6 K wärmer als im Südsommer (Januar)

Abfall der Temperatur mit der Höhe•Vertikales Temperaturgefälle in Atmosphäre ca. - 6.5 [K/km] weltweit relativ konstant•Temperaturabfall endet an der Tropopause die tropische Tropopause liegt höher (bei ca. 16 km) und ist sogar kälter als die polare Tropopause (bei ca.8 km)

•Vertikale Mittelung der Temperatur erfolgt meist nicht über die geometrische Höhe z , sondern über die „natürliche“ weil masseproportionale Druckkoordinate p <T> = 1/ps * Integral(T(p) dp ; 0; ps) [s..= surface]

• Vertikale MittelTemperatur ist ca. 30 bis 40 K kleiner als Ts

Zonales Jahresmittel der Temperatur der Atmosphäre

Jahresmittel der Temperatur der Atmosphäre in °C. (a) Zonales Mittel, dargestellt als Funktion der Meridionalkoordinate (geogr. Breite , als Abszisse) und der Vertikalkoordinate (Druck p als Ordinate). Dick gestrichelt: Tropopause.(nach Peixoto und Oort, 1984).

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.14 b, p.335 /

Vertikales Jahresmittel der Temperatur der Atmosphäre

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.14 b, p.335 /

Beachte: Das vertikale TemperaturMittel ist über die (massenproportionale) Druckkoordinate p gebildet

2. Temperatur der Weltmeere

•Temperatur der Meeresoberfläche ( SST = sea surface temperature )

Abb. nach Messungen aus 20.Jahrhundert (maximale Beobachtung in 1960 -1970)

• SST Isolinien verlaufen weitgehend parallel zur Lufttemperatur, zeigt sich auch an ähnlicher Asymmetrie zwischen N- und S - Halbkugel

• Temperatur im Meerwasser ist immer etwas wärmer als Lufttemperatur Ts : typisch: SST - Ts = 1 bis 2 K ( im Hallen-Schwimmbad ist es wg. Luftfeuchte umgekehrt) • Einige Werte : bei tropischen Ozeanen gilt : 25 < SST < 30°C in Europa: 10°C Isolinie reicht bis ca. 60° N auf Südhalbkugel: 0°C Isolinie bei ca. 60°S

2.212

Jahresmittel der Temperatur der MeeresOberfläche

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.41, p.376 /

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.42, p.377 /

Zonales Mittel der Wassertemperatur im Weltmeer

•Dünne Warmwasserschicht in der ca. 100 m dicken Oberflächenschicht

( vor allem in den Tropen )

•mächtige Kaltwassersphäre in der Tiefsee unterhalb von 1000 m

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Abb.4.43, p.378 /

Temperaturprofil in den oberen 150 m des Atlantik

in den Tropen: klare Trennung von Warm- und Kaltwasser•scharf ausgeprägte ca. 50 m tiefe Warmwasser-Schicht•Temperaturabfall in den oberen 100 m•hohe statische Stabilität (oben warm)

subpolar: keine Trennung von Warm- und Kaltwasser• Isothermen verlaufen fast vertikal• im Winter: erkennbares Minimum an der Oberfläche• neutrale Stabilität bis hin zur Labilität ( Winter )

3. Das Klima der Erde

Quellen für Karte: /Heyer 88:Witterung und Klima, Beilage / / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Bild 9,S.682 / /Encyclopaedica Britannica: Climate - Empiric classifications /

Klimakarte nach Köppen (1846-1940): • Klassische Schematisierung und Darstellung des Klimas der Erde in 5 Klimazonen mit weiteren Unterteilungen ,• auf der Grundlage von Schwellenwerten von Temperatur und Niederschlag unter Beachtung der jahreszeitlichen Verteilung . • Die Schwellenwerte berücksichtigen die Auswirkungen des Klimas auf die Vegetation . Literatur (e.g.): E. Heyer :„Witterung und Klima - eine allgemeine klimatologie“, 8. Auflage 1988, ISBN 3-11-016837-5, BSG B.G, Teubner Verlag, Leipzig 1988 dort: 7. Einteilung und Verteilung der Klimate; 7.3.1. Klimaeinteilung von W.Köppen (S.169-193)

Bergmann-Schäfer, Band 7: „Erde und Planeten“ 2. Auflage 2001, ISBN 3-322-00255-1,de Gruyter, Berlin 2001 dort: 4.9. Klimaklassifikation an der Erdoberfläche (S. 406 - 412 )

2.213

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Tab 4.9, p.408 /

Die 11 Hauptklimagebiete nach Köppen

A

B

C

D

E

Klimakarte der Erde nach Köppen

Quelle: /Heyer 88:Witterung und Klima, Beilage /Kopie e.g. in: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Bild 9,S.682 /

Quelle: / Bergmann-Schäfer, Band 7: Erde und Planeten,Bild 9,S.682 /

Klimate nach Köppen als klassische Wandkarte

Legende zur Klimakarte von Koeppen

Mittleres tägliches und monatliches Maximum und Minimum der LufttemperaturMittlerer monatlicher Niederschlag __40°

_20°

_- 20 °__0°C

_- 40°100 mm_

Exaktere Definition der Klimazonen und - typen:

Table 6: Criteria for Classifying Major Climatic Types According to the Köppen-Geiger-Pohl Scheme (1953)

r = average annual precipitation total (mm), t = average annual temperature (°C) .

letter symbol & criterion &1st 2nd 3rd & &A Temperature of coolest month 18 °C or higher f precipitation in driest month at least 60 mm m precipitation in driest month less than 60 mm but equal to or greater than 100 - (r/25)* w precipitation in driest month less than 60 mm and less than 100 - (r/25)

B** 70% or more of annual precipitation falls in the summer half of theyear and r less than 20 t + 280, or 70% or more of annual precipitation falls in the winter half of the year and r less than 20 t, or neither half of the year has 70% or more of annual precipitation and r less than 20 t + 140*** W r is less than one-half of the upper limit for classification as a B type S r is less than the upper limit for classification as a B type but is more than one-half of that amount h t equal to or greater than 18 °C k t less than 18 °C

**Any climate that satisfies the criteria for designation as a B type is classified as such, irrespective of its other characteristics.

Table 6: Köppen-Geiger-Pohl Scheme (Fortsetzung 1)

r = average annual precipitation total (mm), t = average annual temperature (°C) .

letter symbol & criterion &C Temperature of warmest month greater than or equal to 10 °C, and temperature of coldest month less than 18 °C but greater than -3 °C

s precipitation in driest month of summer half of the year is less than 30 mm nd less than one-third of the wettest month of the winter half w precipitation in driest month of the winter half of the year less than one-tenth of the amount in the wettest month of the summer half f precipitation more evenly distributed throughout year; criteria for neither s nor w satisfied a temperature of warmest month 22 °C or above b temperature of each of four warmest months 10 °C or above but warmest month less than 22 °C c temperature of one to three months 10 °C or above but warmest month less than 22 °C

D Temperature of warmest month greater than or equal to 10 °C, and temperature of coldest month -3 °C or lower s same as for type C w same as for type C f same as for type C a same as for type C b same as for type C c same as for type C d temperature of coldest month less than -38 °C (d designation then used instead of a, b, or c)

Table 6: Köppen-Geiger-Pohl Scheme (Fortsetzung 2)

r = average annual precipitation total (mm), t = average annual temperature (°C) .

letter symbol & criterion

E Temperature of warmest month less than 10 °C T temperature of warmest month greater than 0 °C but less than 10 °C F temperature of warmest month 0 °C or below

* In the formulas above, r is average annual precipitation total (mm) and t is average annual temperature (°C). All other temperatures are monthly means (°C), and all other precipitation amounts are mean monthly totals (mm).

** Any climate that satisfies the criteria for designation as a B type is classified assuch, irrespective of its other characteristics. ***The summer half of the year is defined as the months April-September for the Northern Hemisphere and October-March for the Southern Hemisphere.

Quelle: Britannica/ Climate Empiric classifications