Naturwissen

Hier kommt erst mal alles Mögliche aus der Natur zu Wort. Wenn es dann zu unübersichtlich wird, werden wir das Ganze ein bisschen strukturieren. Aber am Anfang erst mal der Versuch, ohne auszukommen.

KLIMA

Das Klima kennzeichnet – im Unterschied zum Wetter – den allgemeinen Charakter des täglichen und jährlichen Verlaufs der meteorologischen Erscheinungen eines Ortes oder größeren Bereichs, wobei ein längerer Beobachtungszeitraum zugrundegelegt wird.

In der Klimatologie erforscht man die Gesetzmäßigkeiten des Klimas, die sich aus Beobachtungen der Klimaelemente Strahlung, Temperatur, Luftdruck, Wind und Niederschlag sowie aus den von geographischen Bedingungen bestimmten Klimafaktoren ergeben, wie z.B. der geographischen Breite, der Höhenlage, dem Relief, der Lage zum Meer, der Bodenbeschaffenheit und der Vegetationsdecke. Auch kosmische Einwirkungen, wie etwa Schwankungen der Sonnenaktivität, Einbrüche kosmischen Staubes in die irdische Atmosphäre u.a., beeinflussen das Klima.

Klimaänderungen – Klimaschwankungen:

Im Laufe der Erdgeschichte hat sich das Klima mehrfach grundlegend gewandelt. Die geologischen Ablagerungen und die Reste der jeweiligen Lebewelt (Fossilien, Kohle, Wüstenbildungen, Kaolin u.a.) lassen Rückschlüsse auf das Klima zu und werden deshalb als Klimazeugen bezeichnet.

Terrestrische Ursachen:

1. Abkühlung des Erdkörpers, Freisetzung radioaktiver Erdwärme.
2. Änderungen in der Verteilung von Land und Meer sowie Gebirgsbildungen führen zu Umstellungen der Meeres- und Luftströmungen und damit auch zu Änderungen der Niederschlagsintensität, Vergletscherung und Meereisbildung.
3. Änderung des Salzgehaltes der Meere beeinflusst die Meereisbildung und deren jahreszeitliche Dauer.
4. Verstärkung der Bevölkerung und steigender Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre führen zu Wandlungen im Strahlungs- und Wärmehaushalt der Erde.
5. Polwanderungen und Kontinentaldrift tragen zu einer Verschiebung der Klimazonenbei, da sich Pol- und Äquatorlage ändern.

Extraterrestrische Ursachen:

1. Änderung der Erdbahnelemente, die sich in langen Perioden vollzieht, verändert die Stellung der Erde zur Sonne und damit auch die Strahlungsbedingungen. Auf Grund dieser Tatsache berechnete M. Milankowitsch 1930 eine Strahlungskurve für die Nordhalbkugel und versuchte damit die Ursache für die pleistozänen Vereisungen aufzudecken.
2. Absorption der Sonnenstrahlung durch interstellare Materie – in Form von Dunkelwolken – die sich zwischen Sonne und Erde schiebt (vorläufig unbewiesene Hypothese).
3. Primäre Änderung der Strahlungsintensität der Sonne in bestimmten Rhythmen wird für möglich gehalten.

Das Phänomen einer weltweiten Vereisung (Eiszeit) scheint sich im Laufe der Erdgeschichte mehrfach wiederholt zu haben. Der Normalzustand sind vermutlich Eisfreie Polargebiete, so dass wir uns heute noch im Einflussbereich des letzten Eiszeitalters befinden.

Neben Klimaänderungen gibt es periodische und unperiodische Schwankungen von kürzerer oder längerer Dauer, die Pendelungen um einen Mittelwert darstellen; als Beispiel in jüngster Zeit glaubt man eine Erwärmung besonders der Nordhalbkugel festgestellt zu haben, die auf einer Zunahme der Zirkulation in diesen Breiten beruhen soll.

WETTER

Wetter nennt man den Zustand der Atmosphäre an einem Ort oder in einem Gebiet zu einem bestimmten Zeitpunkt, im Unterschied zum Klima, das den durchschnittlichen Verlauf während eines längeren Zeitraumes kennzeichnet.

Typisch für das Wetter ist sein stetiger Wechsel. Der Wetterablauf, die Gesamtheit der meteorologischen Vorgänge in einem Gebiet, wird durch Beobachtung und instrumentelle Messung der Wetterelemente ständig verfolgt.

Wetterelemente sind:

Sonnenstrahlung

Temperatur

Luftfeuchtigkeit und Verdunstung

Wolken und Nebel

Niederschlag

Luftdruck

Winde

(Quelle: VEB Bibliographisches Institut Leipzig 1973)

Als Wetter (v. althochdt.: wetar = Wind, Wehen) bezeichnet man den spürbaren, kurzfristigen Zustand der Atmosphäre (auch: messbarer Zustand der Troposphäre) an einem bestimmten Ort der Erdoberfläche, der unter anderem als Sonnenschein, Bewölkung, Regen, Wind, Hitze oder Kälte in Erscheinung tritt.

Die Meteorologie untersucht das Wetter, quantifiziert seine einzelnen Elemente und charakterisiert sie durch eine Reihe fundamentaler sowie spezieller Größen (Wetterelemente):

• Lufttemperatur
• Luftfeuchtigkeit und Taupunkt
• Luftdruck und Luftdrucktendenz
• Winde und Windsysteme
• atmosphärische Dynamik und Energiebilanz
• Niederschlagsarten
• Niederschlagsmenge, Wasseräquivalent
• Bewölkung (meist in Achteln oder Zehnteln)
• Sichtweite (siehe Flughafen oder Seewetterdienste)

• Besondere Erscheinungen

Die Wettervorhersage bzw. der Wetterbericht wird von staatlichen und privaten Wetterdiensten geleistet. Die Voraussetzung dazu liefert die Meteorologie als Disziplin der Naturwissenschaft.

Als physikalisches Ereignis lässt sich das Wetter durch entsprechende Naturgesetze beschreiben. Die grundlegende Idee einer Wetterprognose ist es, aus einem bereits vergangenen und dem aktuellenZustand der Atmosphäre, unter Anwendung der bekannten physikalischen Regeln, einen Zustand in der Zukunft abzuleiten.

Die mathematischen Konstrukte, welche diese physikalischen Regeln beschreiben, sind allerdings sogenannte nichtlineare Gleichungen. Das bedeutet, das bereits kleine Änderungen im Ausgangszustand zu relativ großen Veränderungen am Ergebnis der Rechnung führen können.

Klima: Der für eine Region (bzw. eine größere Klimazone) typische jährliche Ablauf der Witterung, zum Beispiel mildes, raues oder winterfeuchtes Klima. Detailliert beschreiben das Monatskurven von Temperatur und Niederschlägen, die sich aus Wetterstatistiken vieler Jahre bis Jahrzehnte ergeben. Wichtigste Klimaparameter sind unter anderem die Solarkonstante, Strahlungsbilanz, fühlbare und latente Wärmeströme, Wärmeflüsse der Ozeane, allgemeine Zirkulation der Atmosphäre, sowie große Vulkanausbrüche.

Ein Klimamodell ist ein Computermodell zur Berechnung und Projektion des Klimas für einen bestimmten Zeitabschnitt. Das Modell basiert in der Regel auf einem Meteorologiemodell, wie es auch zur numerischen Wettervorhersage verwendet wird. Dieses Modell wird jedoch für die Klimamodellierung erweitert, um alle Erhaltungsgrößen korrekt abzubilden. In der Regel wir dabei ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell für die Kryosphäre und ein Vegetationsmodell für die Biosphäre angekoppelt.

Mathematisch entsteht dadurch ein gekoppeltes System von nicht-linearen, partiellen und gewöhnlichen Differentialgleichungen sowie einigen algebraischen Gleichungen. Die numerische Berechnung dieses Gleichungssystems erfordert eine sehr große Rechnerleistung, wie sie von Supercomputern wie dem Earth Simulator bereitgestellt wird.

Es werden globale Klimamodelle (sogenannte GCMs, general circulation models) und regionale Klimamodelle unterschieden. Der Hauptunterschied liegt zum einen darin, dass ein globales Klimamodell die gesamte Troposphäre beinhaltet, während ein regionales Modell in der Regel die gleiche Modellphysik abbildet, dies allerdings nur auf einen bestimmten geographischen Ausschnitt der Erde anwendet.

Grenzen der Klimamodelle

Bei der Interpretation der Ergebnisse der aktuellen Klimamodellrechnungen in die Zukunft muss berücksichtigt werden, dass es sich nicht um Prognosen über einen sicheren zukünftigen Verlauf lokaler oder globaler Klimata handelt, sondern um Szenarien, welche ausgewählte mögliche Verläufe auf Grund von Vorannahmen über zukünftige Entwicklungen, wie zum Beispiel Emissionen und Landnutzung, ergeben.

Die Grenzen der Modelle liegen in den verwendeten mathematischen Modellen selbst und in der begrenzten Anzahl der berücksichtigten Einflussfaktoren. Leistungsfähigere Rechner ermöglichen dabei die Entwicklung komplexer Modelle mit höherer räumlicher Auflösung und einer zunehmenden Anzahl von Einflussfaktoren auf das Klima. Bei nur mäßig verstandenen physikalischen Grundlagen, gegenwärtig etwa der Fall bei der Dynamik von Eisschilden oder der Rolle von Aerosolen und Wolken, können Klimamodelle entsprechend nur vergleichsweise unsichere Ergebnisse liefern.Modellsimulationen ergeben für Warmphasen der vergangenen 3,5 Mio. Jahre eine im Vergleich mit paläoklimatischen Daten um bis zu 50% niedrigere globale Mitteltemperatur. Dies deutret darauf hin, dass die Klimamodelle den langfristigen Temperatur- und Meeresspiegelanstieg der gegenwärtigen Erwärmung deutlich unterschätzen.

(Wikipedia 17.02.2023)