Einführung in die Physische Geographie Teil Klima und Wasser 2. Zirkulationssysteme Klimaklassifikation PD Dr. Otto Klemm Universität Bayreuth BITÖK Klimatologie, 95440 Bayreuth Tel.: 0921-55-5674; FAX: 0921-55-5799 email: klemm@bitoek.uni-bayreuth.de http://www.bitoek.uni-bayreuth.de/~Otto.Klemm Stand: 08/2000 Prof. Dr. Otto Klemm

Bild-Quelle: von Storch et al., 1999 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 Bild-Quelle: von Storch et al., 1999

Bild-Quelle: von Storch et al., 1999 zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) barotrop Isobaren Isothermen 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 Bild-Quelle: von Storch et al., 1999

Bild-Quelle: von Storch et al., 1999 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 Bild-Quelle: von Storch et al., 1999

Florida aus dem Space Shuttle zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (i) Florida aus dem Space Shuttle Quelle: http://141.84.50.121/iggf/Multimedia/Klimatologie/kl_Hauptseite.htm

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. Quelle: http://141.84.50.121/iggf/Multimedia/Klimatologie/kl_Hauptseite.htm

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) 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: Bild-Quelle: Ahrens, 1999

 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 Rotationsgeschwindigkeit Drehimpuls Radius Impuls Masse Geschwindigkeit Bild: http://www.physik.rwth-aachen.de/group/IIIphys/INFOS/Exscript/5Kapitel/V3Kapitel.html  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: auf die Masse m wirkt u.a. die Zentrifugalkraft k wird die Geschwindigkeit v der Masse m erhöht (Bewegung W → E), erhöht sich auch die Zentrifugalkraft, die Bewegung wird nach rechts abgelenkt. Bild-Quelle: Ahrens, 1999

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 Bild-Quelle: Ahrens, 1999 in dieser Form gültig auf der N-Halbkugel. Auf der S-Halbkugel genau umgekehrt !

zwei wichtige Ursachen für Zirkulationssysteme: (ii) Coriolis-Kraft C f = Coriolis-Parameter für  = 45° ergibt sich f = 1.03 10-4 s-1, dies führt zu einem 10-4-fachen der Schwerebeschleunigung

Bild-Quelle: von Storch et al., 1999 globales Zirkulationssystem: Land- und Wassermassen sind auf der Erde ungleich verteilt. Thermische Zirkulation und Coriolis-Kraft treiben die globalen (und regionalen) Zirkulationen an: Bild-Quelle: von Storch et al., 1999

aus: Malberg (2001)

aus: Roedel (2000)

aus: Roedel (2000)

http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert H T http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert

http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert H T http://www.routledge.com/textbooks/fundamentals, verändert

Klimaklassifikationen 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 < Vpot: arides Klima Vpot = potentielle Verdunstung S > A: nivales Klima S = Schneeniederschlag; A = Ablation diverse Index – Klassifikationen P = mittlerer Monatsniederschlag T = Monatsmitteltemperatur (in F)

Klimaklassifikationen eine wichtige genetische Klimaklassifikation ist diejenige nach Hendl nach: Hupfer, 1996

Klimaklassifikation nach Hendl aus: Hupfer, 1996

Klimaklassifikationen 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 TMonat,min  18 °C B Trockenklimate PJahr < 20 ( TJahr – 10 + 0.3 PS) P = Niederschlag PS = rel. P – Anteil der Sommermonate (z.B. April – Sept.) in % C subtropische Klimate: TMonat,min < 18 °C TMonat > 18 °C für 8 – 12 Monate D temperierte Klimate: TMonat  10 °C für 4 – 7 Monate E boreales Klima TMonat  10 °C für 1 – 3 Monate F polares Klima TMonat,max < 10 °C nach: Hupfer, 1996

Klimaklassifikationen Durch Verwendung eines weiteren Buchstabens ergeben sich unterschiedliche Klimatypen. Ar tropisches immerfeuchtes Klima PMonat < 60 mm für  2 Monate Am tropisches wechselfeuchtes Klima mit extremer Feuchtperiode PMonat < 60 mm für > 2 Monate; Kompensation der Trockenperiode durch sehr hohen Regenzeit-Niederschlag, PJahr  25(100 - PMonat,min) Aw tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockener Winterperiode PMonat < 60 mm für mehr als 2 Monate im Winter der betr. Halbkugel As tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockener Sommerperiode PMonat < 60 mm für mehr als 2 Monate im Sommer der betr. Halbkugel BS semiarides Steppenklima PJahr  10 (TJahr -10 + 0.3 PS) BW arides Wüsenklima PJahr < 10 (TJahr -10 + 0.3 PS) BM marines Trockenklima PJahr < 20 (TJahr -10 + 0.3 PS) PS: Niederschlagssumme in den Sommermonaten (April – September für die N – Hemisphäre) nach: Hupfer, 1996

Klimaklassifikationen Cw subtropisches wintertrockenes Klima PMonat,max(Sommer)  10 PMonat,min(Winter) Cs subtropisches sommertrockenes Klima PMonat,max(Winter)  3 PMonat,min(Sommer); PMonat,min(Sommer) < 30 mm; PJahr < 890 mm Cr subtropisches immerfeuchtes Klima alle C-Klimate außer Cw und Cs Do ozeanisches temperiertes Klima TMonat,min  0 °C Dc kontinentales temperiertes Klima TMonat,min < 0 °C Eo ozeanisches boreales Klima TMonat,min  -10 °C Ec kontinantales boreales Klima TMonat,min < -10 °C Ft Tundrenklima TMonat,max > 0 °C Fi Eisklima TMonat,max  0 °C nach: Hupfer, 1996

nach: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen durch Anfügen eines dritten Buchstaben können Unterschiede hervorgehoben werden. So werden Klimauntertypen gekennzeichnet. a heiße Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats über +22° C b warme Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats unter +22° C, mindestens vier Monate mit Mitteltemperaturen von wenigstens +10° C c kühle Sommer Mitteltemperatur des wärmsten Monats unter +22° C, ein bis drei Monate mit einer Mitteltemperatur von wenigstens +10° C d strenge Winter Mitteltemperatur des kältesten Monats unter -38° C g Gangestyp des jährlichen Temperaturganges das Jahresmaximum tritt vor der Sommersonnenwende und der sommerlichen Regenzeit ein h heiß Jahresmitteltemperatur über +18° C K kalt Jahresmitteltemperatur unter +18° C nach: www.klimadiagramme.de (2002)

Klimaklassifikation nach Köppen aus: Hupfer, 1996

„Klimarübe“ http://muf.forkel.bei.t-online.de/klima/koeppen.html

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: tropisches immerfeuchtes Klima Ar Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: tropisches wechselfeuchtes Klima mit trockenem „Winter“ Aw Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Semiarides Steppenklima BS Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Wüstenklima BW Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Subtropisches immerfeuchtes Klima Cr Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Subtropisches sommertrockenes Klima Cs Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: ozeanisches, temperiertes Klima Do Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: kontinentales temperiertes Klima: Dc Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: kontinentales boreales Klima Ec Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: ozeanisches boreales Klima Eo Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: polares Tundrenklima Ft Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: ozeanisches temperiertes Klima Do Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle:DWD, Auswertung: T. Wrzesinsky Klimaklassifikationen feuchtgemäßigtes Klima mit warmem Sommer Cfb ozeanisch geprägt Quelle:DWD, Auswertung: T. Wrzesinsky Datenbasis: 1940 - 1989

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Kontinentales temperiertes Klima Dc Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Klimaklassifikationen 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

nach: Malberg, Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: geographische Breite ca. 52 °N 10 °W 13 °E 104 °E maritim kontinental nach: Malberg, Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Quelle: www.klimadiagramme.de (2002) Klimaklassifikationen Beispiel: Tal versus Berg Quelle: www.klimadiagramme.de (2002)

Klimaklassifikationen Tal versus Berg, hier: Anden (auch als H – Klimate bezeichnet) Quelle: http://141.84.50.121/iggf/Multimedia/Klimatologie/kl_Hauptseite.htm 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