Durchschnittliches Wetter über längeren Zeitraum - Klima

Das Klima ist der durchschnittliche Zustand der Wetterelemente, die über einen längeren Zeitraum an einem bestimmten Ort gemessen werden. Der übliche Wetterverlauf während eines Jahres gibt demnach das Klima wieder. Klima ist also nichts anderes als ein statistisch ermittelter Zustand der Erdatmosphäre.

Der Begriff Klima bezeichnet die Gesamtheit aller Wetterereignisse, die über einen längeren Zeitraum von mindestens 30 Jahren in einem größeren Gebiet stattfinden. Geowissenschaftler und -wissenschaftlerinnen betrachten bei der Erforschung des Erdklimas auch längere Zeiträume wie Jahrhunderte und Jahrtausende. Es sind aber durchaus auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich.

Die Begriffe Wetter und Klima werden oft verwechselt. Beide bedeuten zwar Veränderungen in der Atmosphäre, aber die beiden Begriffe unterscheiden sich deutlich: Wetter ist ein kurzfristiges Ereignis, das einen Zeitraum von einem Tag bis zwei oder drei Wochen umfasst.

Das Klima hingegen wird über einen längeren Zeitraum beobachtet. Es beeinflusst das Wetter. Daneben gibt es noch den Begriff Witterung, der das Wetter oder die Wetterverhältnisse in einem bestimmten Zeitabschnitt von mehreren Tagen bis zu einer Jahreszeit in einem bestimmten Gebiet beschreibt.

Kaum ist es mal ungewohnt mild, kalt oder windig, dann werden diese Begriffe heutzutage komplett durcheinandergeworfen. Im Video bringt Björn Goldhausen nochmals Licht ins Dunkle:

Wetter und Klima hängen beide stark von der Sonneneinstrahlung ab. Das Licht der Sonne erwärmt die Erdoberfläche ungleichmäßig. Richtung Äquator, also den Regionen, in denen die Sonne höher am Himmel steht, wird die Erdoberfläche viel stärker erwärmt als in den Polarregionen.

Vom Sonnenstand abhängig sind auch die Jahreszeiten. Dieser hängt von der Neigung der Erdachse ab. Im Winter ist die Südhalbkugel der Sonne zugeneigt, im Sommer dagegen die Nordhalbkugel.

Da sich die verschiedenen Regionen unterschiedlich stark erwärmen, entstehen große Temperaturunterschiede. Diese wiederum verursachen große Luftdruckunterschiede, also Tiefdruckgebiete und Hochdruckgebiete.

Um diese Unterschiede auszugleichen, entstehen Winde. Folglich werden Luftmassen in Bewegung gesetzt. Im Grunde wird warme Luft vom Äquator aus in Richtung der Pole transportiert. Die kühle Luft wandert entgegengesetzt. Die Erdrotation lenkt allerdings die Winde ab, hier wirkt der sogenannte Coriolis-Effekt.

Die Sonnenstrahlung im All setzt sich aus einer Vielzahl von Strahlen zusammen. Diese besitzen unterschiedliche Wellenlängen, wie beispielsweise das sichtbare Licht, Ultraviolettstrahlung, Infrarotstrahlen, aber auch Röntgenstrahlen und Radiowellen.

Da unsere Atmosphäre auf die Sonnenstrahlung wie ein Filter wirkt, kommt nur ein Bruchteil der Strahlen auf der Erde an. Diesen Anteil der Strahlung, welcher einen großen Einfluss auf Wetter und Klima hat, nennt man Globalstrahlung.

Die Globalstrahlung ist als die Summe der an einem Ort eintreffenden Solarstrahlung definiert. Sie setzt sich zusammen aus der auf direktem Weg eintreffenden Solarstrahlung, der Direktstrahlung und der Strahlung, die über Reflexion an Wolken, Wasser- und Staubteilchen die Erdoberfläche erreicht, der Diffusstrahlung. Die Globalstrahlung wird in Watt pro Quadratmeter gemessen.

Wenn keine Erdatmosphäre existierte, ergäbe sich der Wert der Globalstrahlung aus geometrischen Gründen zu einem Viertel aus der Solarkonstante, also 342 W/m², wenn man über die gesamte Erdoberfläche mittelt. Von der Globalstrahlung zu unterscheiden ist die klimatologisch wichtige Nettostrahlung, die die absorbierte Sonnenstrahlung angibt, das heißt abzüglich des reflektierten Anteils, der Albedo.

Die direkte Globalstrahlung trifft bei sauberer und trockener Atmosphäre direkt auf die Erde und ist somit auch die stärkste Strahlung. Durch die Reflexion geht sogar ein Teil der Strahlung wieder zurück ins All.

Den Momentanwert, also die Strahlung pro Quadratmeter, die pro Sekunde auf die Erde trifft, findet man manchmal in Wetterberichten. In Deutschland liegt dieser bei durchschnittlich 137 W/m². Die Messwerte können jedoch von Tag zu Tag und je nach Region sehr stark variieren. So ist im Süden Deutschlands die Strahlung beispielsweise durchschnittlich höher als im Norden.

Aufgrund der Neigung der Erdachse trifft nur wenig Globalstrahlung auf die Pole, aber vergleichsweise viel auf den Äquator. Die jährliche Globalstrahlung beträgt in Deutschland durchschnittlich 900 bis 1200 kWh/m². Zum Vergleich: In Spanien liegt sie im jährlichen Mittel etwa doppelt so hoch.

Das Eis der Pole reflektiert dagegen die Sonneneinstrahlung größtenteils zurück ins All und stellt so einen regulierenden Faktor für die Erderwärmung dar. In höheren Lagen wirkt sich die Atmosphäre weniger filternd aus. Auch Wetterphänomene wie beispielsweise Polare Stratosphärische Wolken (PSC) am entsprechenden Standort beeinflussen die Streuung, die Reflexion und die Absorption. Das gilt auch für den Aerosolgehalt der Luft am Standort, zum Beispiel bei Feinstaub und Pollen.

Für das Klima ist nicht nur die Atmosphäre von Bedeutung. Auch die Meere, die Vegetation, Eis und Schnee sowie die Bodenbeschaffenheit beeinflussen das Klima. Alle zusammen bilden sie das sogenannte Klimasystem. Man fasst sie in fünf Bestandteile zusammen:

Die fünf Bestandteile stehen in wechselseitiger Beziehung zueinander und beeinflussen sich gegenseitig. Das Klima verändert sich als Ganzes, wenn sich diese Hauptbestandteile verändern.

So hat sich durch den Anstieg des CO2-Gehalts in der Luft die Globaltemperatur erhöht. In der Folge haben sich die Ozeane erwärmt. Wenn Pflanzen bei einer solchen Erwärmung nicht genügend Niederschlag erhalten, können sie verdorren. Zugleich schmelzen große Flächen von Eis und Schnee ab. Der dunkle Boden, der dann unter dem Schnee auftaucht, reflektiert Sonnenstrahlen nur noch wenig und wandelt sie viel eher in Wärmestrahlen um. Diese erwärmen dann wieder die Atmosphäre.

Das Klimasystem ist jedoch kein geschlossenes System, sondern er wirken ebenfalls äußere Einflüsse auf es ein. Dazu gehören die Energie der Sonnenstrahlung, Vulkanausbrüche und der Mensch selbst. Diese können auf kleineren Zeitskalen für Klimaschwankungen sorgen.

Insgesamt hängt das Klima von zahlreichen physikalischen Gegebenheiten und vor allem von der Topographie und der Lage eines bestimmten Gebietes auf der Erde ab. Zu diesen sogenannten Klimafaktoren gehören unter anderem:

Demnach sind die Klimagebiete nicht nur von der Atmosphäre bestimmt, sondern auch von der Beschaffenheit der Erdoberfläche, der Vegetation, vom Einfluss des Wassers und des Menschen.

Weitere Einflussfaktoren über die gesamte Dauer der Erdgeschichte sind:

In erster Linie sammeln Klimatologinnen und Klimatologen Messungen und Beobachtungen in der Vergangenheit und Daten von Wetterstationen und Satelliten. Hierzu ziehen sie statistische Kenngrößen bzw. Klimaparameter heran, die das Klima beschreiben.

Dabei werden die Monatsmittel der Kenngrößen berechnet und in einem Datensatz für einen festgelegten Zeitraum meist von 30 Jahren zusammengefasst. WetterOnline verwendet bei Monats-, Jahreszeiten- und Jahresrückblicken das gleitende Mittel, also das Mittel der vergangenen 30 Jahre. So sind extreme Sprünge nicht möglich.

Andere Wetterdienstleister, Forschungseinrichtungen und Behörden berechnen die Monatsmittel nach wie vor in sogenannten Normperioden, die 30 Jahre umfassen. Nach der Reihe von 1961 bis 1990 sind die Jahre 1991 bis 2020 in die Ermittlung neuer Referenzwerte eingeflossen. Allerdings sind die Sprünge von einer Normperiode zu anderen beträchtlich. Was früher als extrem mild galt, ist nun "normal".

Ein Beispiel: Lag die Mitteltemperatur in den Jahren 1961 bis 1990 noch bei 8,2 Grad, so gilt ab dem Jahr 2021 ein Wert von rund 9,2 Grad als Durchschnitt. Wegen der enormen Temperaturzunahme der vergangenen 30 Jahre empfiehlt die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) die Reihen alle 10 Jahre zu aktualisieren.

Vor dem Computer-Zeitalter wurden die Messungen und Beobachtungen auf Papier niedergeschrieben. In den Archiven lagern noch zahlreiche historische Daten, die noch nicht digitalisiert worden sind. Heute gibt die WMO die internationalen Standards vor und die genauen Spezifikationen für Deutschland werden vom Deutschen Wetterdienst in den jeweils geltenden Beobachteranleitungen beschrieben.

Mit dem technischen Fortschritt sind die Messinstrumente verfeinert worden, teilweise veränderten sich die Messmethoden oder der zeitliche Abstand der Messung wurde kürzer. Zu den Klimadaten gehören auch Zusatzinformationen, sogenannte Metadaten. Die Metadaten dokumentieren die Angaben zu den Instrumenten, den Standort, die Aufstellung der Messinstrumente, die Beobachtungszeiten und die Rechenvorschriften für abgeleitete Daten.

Auch die Daten von Wettersatelliten und Regenradar werden heutzutage bei Klimastatistiken berücksichtigt. Es gibt auch Wettermodelle und andere methodische Datenauswertungen, die mit Hilfe historischer Daten das Wetter früherer Zeiten rekonstruieren können.

Klima ist ein statistisch ermittelter Zustand der Erdatmosphäre. Typische Wetterparameter, die in die Statistiken einfließen sind unter anderem:

Hierzu werden die Daten von Wetterstationen und Satellitenmessungen ausgewertet.

In einem Klimadiagramm wird das Klima eines bestimmten Ortes grafisch dargestellt. Dabei sind die Durchschnittstemperatur und die Jahresniederschlagssumme in Kurven oder Balken angegeben, die das Klima eines Ortes beschreiben.

In solch einem Diagramm sind für jeden Monat sowohl die durchschnittliche Temperatur als auch die Niederschlagssummen eingetragen. Die Mittelwerte der Monatstemperaturen werden in Celsius angegeben. Die Niederschlagssummen pro Monat sind in Millimeter eingezeichnet. 

Beim häufig verwendeten Typ nach Heinrich Walter und Helmut Lieth werden die durchschnittlichen Monatstemperaturen (T) dem langfristigen Mittelwert der monatlichen Gesamtniederschläge (N) im Jahresverlauf gegenübergestellt. Die beiden y-Achsen stehen im Verhältnis 2:1. Das bedeutet, dass sich eine Temperatur von 10°C und 20 mm Niederschlag auf derselben Höhe im Diagramm befinden.

Dieses Verhältnis von Temperatur und Niederschlag eignet sich folglich gut, um abzuleiten, ob im jeweiligen Ort ein trockenes oder feuchtes Klima herrscht. Ab 100 mm Niederschlag wird N in der Regel so dargestellt, dass die Skala in diesem oberen Bereich auf ein Fünftel der Höhe abgeflacht wird. Ein Schritt auf der y-Achse entspricht dann 100 mm N statt vorher 20 mm N.

Diese Darstellung findet man bei Klimadiagrammen von Orten in den Immerfeuchten Tropen oder an regenreichen Gebirgsketten wie im Himalaya.

Als Faustregel gilt:

Als vollarid gilt ein Ort, wenn die Niederschlagskurve komplett über der Temperaturkurve liegt. Von semiarid spricht man bei einem Walther-Lieth-Klimadiagramm, wenn in 6 bis 9 Monaten die Niederschlagskurve unter der Temperaturkurve liegt.

In einem Klimadiagramm sind außerdem noch Name und Lage der Messstation, die Meereshöhe, die Jahresmitteltemperatur und Jahressumme der Niederschläge aufgeführt. Klimadiagramme dienen dazu, unterschiedliche Klimate verschiedener Orte miteinander zu vergleichen.

Unter Klimazonen versteht man ausgedehnte Gebiete der Erde, in denen sich das Klima ähnelt. Hierbei wird zwischen fünf großen Klimazonen unterschieden:

Die Klimazonen legen sich wie Gürtel um die Erde. An die klimatischen Bedingungen hat sich die Vegetation angepasst. Deswegen gibt es zu jeder Klimazone eine passende Vegetationszone. Auch die Menschen und Tiere passen ihr Leben den Klima- und Vegetationszonen an.

Manche Tropengegenden nahe am Äquator sind immerfeucht. Typisch für diese Zone sind die riesigen, sehr artenreichen Regenwälder. In anderen Tropenregionen wechseln sich Regenzeit und Trockenzeit ab. Man nennt sie "wechselfeuchte Tropen". Dort herrschen Feuchtsavannen vor.

In der gemäßigten Zone spielen dagegen die Jahreszeiten eine große Rolle. Niederschläge gibt es meistens das ganze Jahr über, die Witterung ist häufig unbeständig. In der gemäßigten Zone wachsen Mischlaub- und Nadelwälder. Die Eigenschaften der Klimazonen verändern sich durch große Höhenunterschiede innerhalb eines kleinen Gebietes, wie beispielsweise in Gebirgen, weil die Temperaturen mit der Höhe rasch abnehmen. Deshalb herrscht auf den Bergen ein anderes Klima als in den Tälern.

Das Makroklima ist ein Synonym für Großklima. Es umfasst das Klima einer ganzen Region oder eines Kontinents, dabei ist es von großskaligen Prozessen geprägt, wie beispielsweise wiederkehrende Wetterphänomene. Dazu zählen El Nino oder der Monsun. Ebenfalls bestimmen auch Meeresströmungen oder planetaren Wellen das Makroklima.

Auch das Weltklima mit den globalen Windströmungen und die Bedingungen der Meeresströme gehören dazu. Die Ausdehnung einer Klimazone beträgt deutlich mehr als 500 Kilometer, sie können auch Gebiete bis 10.000 Kilometer umfassen. Die Makroklimaregionen können sich gegenseitig beeinflussen. Besonders die geographische Lage und Windzirkulation legen die klimatischen Grundbedingungen fest.

Die Entfernung vom Meer entscheidet darüber, wie stark die Temperaturschwankungen im Jahresverlauf sind. Ebenso beeinflusst die Lage einer Region, wann und wie viel Niederschlag fällt. Das Klima von Gebieten, die an Meere angrenzen oder davon umgeben sind, bezeichnet man als maritimes oder ozeanisches Klima, auch Seeklima. Ist der Einfluss des Meeres vernachlässigbar, spricht man vom Kontinentalklima.

Maritimes Klima herrscht insbesondere auf Inseln und in den Küstenregionen der Kontinente vor. Charakteristisch hierfür sind geringe Tages- und/oder Jahresgänge der Temperatur und eine hohe relative Luftfeuchte. Längere Niederschlagspausen gibt es selten. In Europa werden vor allem die Küstengebiete am Atlantik vom maritimen Klima bestimmt.

Kontinentalklima herrscht im Inneren der Kontinente. Es ist durch große jährliche und tägliche Schwankungsbereiche der Temperatur geprägt. Außerdem ist die relative Feuchte gering und es fällt unregelmäßig Niederschlag in geringen bis allenfalls mäßigen Mengen. Das Niederschlagsmaximum tritt oftmals im Sommer auf.

Sehr ausgeprägt ist das Kontinentalklima in den mittleren und östlichen Teilen Asiens. In Sibirien kann die Temperatur im Jahresverlauf um mehr als 60 Grad schwanken. In Europa herrscht kontinentales Klima in zentralen Gebieten Westrusslands. Ist die Verdunstung in mindestens zehn Monaten höher als die Niederschlagsmenge, dann spricht man von Wüstenklima.

Für den Begriff Mikroklima gibt es zwei verschiedene Definitionen. Zum einen versteht man darunter die klimatischen Bedingungen in Bodennähe bis hin zu einer Höhe von etwa zwei Metern. Zum anderen ist das Klima gemeint, das in einem kleinen, genau definierten Bereich vorherrscht.

Die Größe eines Mikroklimas ist unterschiedlich. Es kann sich zwischen wenigen Metern und einigen Kilometern ausdehnen. Wie bei größeren Klimaregionen beeinflussen mehrere Faktoren auch das Mikroklima. Dazu gehören:

Die oben genannten Faktoren wirken sich auf die Bodenreibung und dementsprechend auf die Luftbewegungen aus. Je dichter ein Areal bebaut oder bewachsen ist, desto stärker werden Winde abgebremst oder sogar abgelenkt.

Die Temperaturkontraste zwischen bebauten und grünen Flächen können enorm sein. So nehmen die von Menschen geschaffenen Bauwerke in dicht besiedelten Gebieten großen Einfluss auf das Mikroklima.

Im Zuge der Urbanisierung auf der Welt betrachtet man auch das Mesoklima, dessen Bereich zwischen Mikroklima und Makroklima liegt. Mesoklimate bestehen aus Einzelklimaten mit einer horizontalen Ausdehnung von etwa 1 bis 2000 Kilometern. Ballungsräume und Gebirgszüge wie die Alpen oder Anden werden zu den Mesoklimaten gezählt. Typische Prozesse des Mesoklimas sind unter anderem Wetterfronten, Gewitter, tropische Stürme, aber auch das eigene Wetter in den Städten.

Bestimmte Baumaterialen wie Beton und Asphalt nehmen aufgrund ihrer dunklen Farbe mehr Wärme auf und geben diese auch nach Sonnenuntergang noch ab.

Dicht aneinander aufgereihte Gebäude verändern zudem die Wind- und Lichtverhältnisse. So kann es in einem Bereich windstill bleiben, während nur wenige Meter weiter ein starker Wind weht. Ebenso gibt es Bereiche, die die meiste Zeit des Tages im Schatten liegen, während andere der Sonne länger ausgesetzt sind. Städtebauliche Maßnahmen berücksichtigen bei neuen Bauprojekten diese Effekte. Das eigene Klima in Ballungsräumen wird auch Stadtklima genannt.

Die Menschen sowie die meisten Tiere und Pflanzen haben ihren Lebensraum im mikroklimatischen Bereich. Aus diesem Grund ist das Mikroklima von entscheidender Bedeutung für die Lebensqualität der Menschen. Auch in der Land- und Forstwirtschaft spielen die mikroklimatischen Gegebenheiten der Äcker oder Weinberge eine bedeutsame Rolle.

Die Materialien in städtischen Gebieten wie Beton und Asphalt speichern die Wärme länger. Hinzu kommt der Wärmestau, der durch die massive Energienutzung entsteht. Dieser Wärmestau wirkt sich nicht nur auf die Stadt selbst aus, sondern auch auf die umliegenden Gebiete. Diesen Effekt nennt man städtischen Wärmeinseleffekt.

Je mehr Fläche die Städte beanspruchen und je dichter sie bebaut sind, desto größer fällt der Wärmeinseleffekt typischerweise aus. Die Durchschnittstemperatur liegt dann höher als in ländlichen Gebieten in der Nähe. Dieser Temperaturunterschied ist nachts und vor allem im Winter am auffälligsten. Bebaute Flächen kühlen unter sternklarem Himmel nicht so stark aus wie Grünflächen.

Versiegelte Flächen beeinflussen außerdem den Niederschlag. Dieser kann nicht versickern und fließt nur ab, wodurch der kühlende Effekt der Verdunstung nicht wirksam ist. Außerdem besteht die Gefahr von Sturzfluten.

Da die städtischen Ballungsräume gewachsen sind, befinden sich viele ursprünglich in Vororten gelegene Messstationen mittlerweile in städtischer Umgebung. Schlimmstenfalls kann der Wärmeinseleffekt die Messdaten verfälschen. Die Abweichungen nach oben können dann zu hoch sein, das heißt, die Stadt ist mehrere Grad wärmer als das Umland. Dies ist dann der Fall, wenn man mit anderen Messstationen oder zu früheren Epochen vergleicht, in denen das Landschaftsbild ein ganz anderes war. Doch hierzu gibt es Korrekturverfahren.