Atmosphäre, Wetter und Klima

Einleitung

Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle der Erde und das Medium, in dem Wetter und Klima entstehen. Für den Geografie-LK sind drei Ebenen zentral:

Wetter — der augenblickliche Zustand der Atmosphäre an einem Ort (kurzfristig, von Minuten bis zu einigen Tagen)
Klima — die langfristige Durchschnittswetterstatistik (Jahre bis Jahrzehnte)
Globale atmosphärische Prozesse — die großräumigen Zirkulationsmuster, die das Klima der Erde steuern

Bezug zum Bildungsplan 2016 LK Geografie BW: Kap. 3.5.2.2 „Prozesse in der Atmosphäre“ — SuS können die Dynamik lokaler und globaler atmosphärischer Prozesse erklären und in ihrer Ausprägung charakterisieren. Sie können für ausgewählte Lebensräume die ökologische Bedeutung des Klimas beurteilen.

Grundbegriffe

Wetter vs. Witterung vs. Klima

Wetter: aktueller Zustand der Atmosphäre an einem Ort, beschrieben durch Größen wie Temperatur, Luftdruck, Wind, Niederschlag und Bewölkung.
Witterung: charakteristische Abfolge von Wetterlagen über mehrere Tage bis Wochen.
Klima (climate): Statistischer Mittelwert des Wetters über lange Zeiträume (typisch 30 Jahre nach WMO). Klimaklassifikationen (z. B. Köppen-Geiger) ordnen Räume nach Temperatur und Niederschlag.

Wetterfaktoren

Die Wetterfaktoren sind die messbaren Zustandsgrößen der Atmosphäre:

Temperatur — Wärmegehalt der Luft; gemessen in °C, zentral für alle anderen Prozesse
Luftdruck — Kraft pro Flächeneinheit, die durch die Luftsäule über einem Punkt ausgeübt wird; Isobaren verbinden Orte mit gleichem Luftdruck.
Luftfeuchtigkeit — absolute und relative Feuchte; Kondensation findet bei Sättigung statt
Niederschlag — flüssiges oder festes Wasser, das aus Wolken auf die Erdoberfläche gelangt (zum Beispiel Regen, Schnee, Graupel oder Hagel)
Wind — Luftbewegung infolge von Druckunterschieden; wird auf Wetterkarten mit Pfeilen und Isobaren dargestellt
Bewölkung und Wolkentypen — etwa Stratus, Cumulus und Cumulonimbus; sie können Hinweise auf den Zustand und die Entwicklung der Atmosphäre geben.

Adiabate Prozesse

Trockenadiabatisch: Trockene, ungesättigte Luft kühlt beim Aufsteigen näherungsweise um 1 °C pro 100 m ab.
Feuchtadiabatisch: In gesättigter aufsteigender Luft wird bei der Kondensation latente Wärme frei; deshalb fällt die Abkühlung im Mittel geringer aus und ist variabel.

Lokale Wetterprozesse und Wetterlagen

Wetterkarten und Satellitenbilder

Bodenwetterkarte: zeigt Isobaren, Hoch- und Tiefdruckgebiete, Fronten sowie weitere Messwerte am Boden.
Höhenwetterkarte: zeigt Wettergrößen in einer bestimmten Höhe oder Druckfläche (zum Beispiel 500 hPa) und hilft, die großräumige Strömung zu beurteilen.
Satellitenbilder: Aufnahmen im sichtbaren Licht und Infrarot zeigen unter anderem Wolkenfelder und deren Entwicklung. Infrarotbilder geben Aufschluss über die Temperatur der Wolkenobergrenze; die Darstellung hängt von der gewählten Farbskala ab.

Wetterlagen und Fronten

Zyklone (Tiefdruckgebiet): In den Mittelbreiten ist sie häufig mit Fronten verbunden und zieht meist mit der Westwindströmung ostwärts.
Antizyklone (Hochdruckgebiet): Absinkende Luft und eine stabile Schichtung können für länger anhaltendes, oft trockenes Wetter sorgen.
Warmfront: Vordringende Warmluft gleitet über eine kältere Luftmasse auf; häufig folgen ausgedehnte Wolkenfelder und länger anhaltender Niederschlag.
Kaltfront: Kaltluft schiebt sich unter wärmere Luft und hebt sie an; dabei können Schauer oder Gewitter entstehen.
Okklusion: Eine schneller ziehende Kaltfront holt die Warmfront ein; die Warmluft wird dabei vom Boden abgehoben.

Konvektion und Advektion

Konvektion: Vertikale Luftbewegung durch Auftrieb (Wärme, Feuchtigkeit); zentral für Gewitter und Cumulus-Entstehung
Advektion: horizontaler Transport von Luftmassen, der zum Beispiel Temperatur- und Feuchteänderungen bewirken kann.

Lokale Windsysteme

Land-Seewind-System: Tagsüber weht Seewind vom kühleren Meer zum stärker erwärmten Land; nachts kann Landwind vom kühleren Land zum relativ wärmeren Meer wehen.
Föhn: trockener, warmer Fallwind auf der Leeseite eines Gebirges. Beim Absinken erwärmt sich die Luft trockenadiabatisch.
Berg-Tal-Wind-System: Tagsüber Talwind (aufsteigend, wärmer), nachts Bergwind (absteigend, kälter) — wichtig für Hochgebirge

Globale Klimaprozesse

Solare Einstrahlung und Albedo

Die solare Einstrahlung (Sonneneinstrahlung) ist die primäre Energiequelle des Klimasystems
Albedo: Maß für den Anteil der einfallenden Strahlung, den eine Oberfläche reflektiert. Schnee besitzt meist eine hohe Albedo, dunkle Wasserflächen eine geringe; Veränderungen der Schnee- und Eisflächen beeinflussen die Energiebilanz.

Globale atmosphärische Zirkulation

ITCZ (Intertropische Konvergenzzone): In ihr treffen die Passatwinde beider Hemisphären zusammen; aufsteigende Luft begünstigt Wolkenbildung und Niederschläge. Ihre Lage verschiebt sich im Jahresverlauf.
Passatzirkulation: Nordostpassat und Südostpassat wehen von den subtropischen Hochdruckgebieten in Richtung ITCZ.
Monsun: saisonaler Wechsel der vorherrschenden Winde. In Teilen Süd- und Südasiens bringt der Sommermonsun feuchte Luft vom Ozean und häufig starke Niederschläge; der Wintermonsun ist dort meist trockener.
Coriolis-Ablenkung: Durch die Erdrotation werden Bewegungen auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt; sie beeinflusst großräumige Strömungen.
Jetstream: schmales Starkwindband in der oberen Troposphäre, insbesondere Polarfrontjet und Subtropenjet; es beeinflusst die Zugbahnen außertropischer Tiefdruckgebiete.
Außertropische Westwindzone: In den Mittelbreiten überwiegen Westwinde; Tiefdrucksysteme ziehen häufig ostwärts.

Klima-Parameter und -Klassifikation

Kontinentalität: Ausprägung des Einflusses einer großen Landmasse; im Landesinneren sind die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen häufig größer als an Küsten.
Maritimität: Einfluss des Meeres auf Temperatur und Niederschlag; Küsten weisen häufig geringere jahreszeitliche Temperaturschwankungen auf.
Gebirgsklima: wird unter anderem durch Höhenlage, Exposition, Niederschlagsverteilung, Regenschatten und lokale Windsysteme geprägt.
Meeresströmungen: transportieren Wärme und beeinflussen regionale Klimata. Das milde Klima Westeuropas hängt auch mit dem Wärmetransport im Nordatlantik und der vorherrschenden Westwindströmung zusammen; kalte Strömungen wie der Humboldtstrom beeinflussen die Küstenklimate vor Südamerika.
Tageszeiten- und Jahreszeitenklima: Die tägliche und jährliche Veränderung von Tageslänge und Einfallswinkel der Sonnenstrahlung prägt den Temperaturgang.

Klima eines ausgewählten Lebensraums

Hochgebirge (z. B. Anden, Himalaya, Alpen)

Das spezifische Klima des Hochgebirges ist geprägt von:

Höhenstufen und Höhenzonen: Mit zunehmender Höhe verändern sich Temperatur und Vegetation; auf montane Waldstufen folgen regional etwa Waldgrenze, alpine Matten und die nivale Höhenstufe. Die Ausprägung hängt unter anderem von Breitengrad und Exposition ab.
Berg-Tal-Wind-System: tagsüber erwärmt sich die Luft an den Hängen und steigt auf; nachts kühlt sie ab und fließt als Bergwind talabwärts.
Fallwind und Föhn: Beim Absinken auf der Leeseite erwärmt sich die Luft trockenadiabatisch; bekannte Beispiele sind der Alpenföhn und der Chinook in Nordamerika.
Baumgrenze: Höhenlage, oberhalb derer Bäume aufgrund der Standortbedingungen nicht mehr dauerhaft wachsen können.
Schneegrenze: Höhenlage, oberhalb derer sich über mehrere Jahre mehr Schnee ansammelt, als abschmilzt; ihre Lage hängt von Klima und Region ab.

Wüste (z. B. Sahara, Atacama, Arabische Wüste)

Wüsten sind durch geringe Niederschläge und eine hohe potenzielle Verdunstung geprägt; die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht können groß sein.
Häufig gibt es wenig Bewölkung.
Viele subtropische Wüsten liegen in Gebieten absinkender Luft, die sich beim Absinken erwärmt und Wolkenbildung hemmt.
In vielen Klimadefinitionen gilt ein Jahresniederschlag von weniger als 250 mm als Grenze für Wüstenklimate.

Methodik: Wetterkarten und Satellitenbilder lesen

Für den Abiturbezug (Kompetenz 3.5.2.2 (1)): SuS sollen lokale Wetterlagen anhand von Wetterkarten und Satellitenbildern erklären können.

Praktischer Ablauf:

Bodenwetterkarte betrachten: Isobarenverlauf, Hoch- und Tiefdruckgebiete sowie Fronten (Warmfront = Halbkreise, Kaltfront = Dreiecke, Okklusion = Kombination beider Symbole).
Windrichtung und -stärke beurteilen: In der freien Atmosphäre verläuft der Wind näherungsweise parallel zu den Isobaren; am Boden überquert er sie wegen der Reibung schräg in Richtung tieferen Drucks. Enge Isobarenabstände weisen auf stärkere Winde hin.
Temperaturfelder und Temperaturgegensätze erkennen; Fronten markieren die Übergänge zwischen Luftmassen.
Satellitenbild auswerten: Wolkenstrukturen und ihre Entwicklung erkennen; Infrarotbilder zeigen die Temperatur der Wolkenobergrenze.
Entwicklung einschätzen: Zugrichtung des Systems, Frontverlagerung und erwartete Wetteränderungen berücksichtigen.

Bezug zum Abitur (Bildungsplan-Kompetenzen)

3.5.2.2 (1): Lokale Wetterlagen anhand von Wetterkarten und Satellitenbildern erklären — Wetterkarten lesen, Fronten erkennen, Wettervorhersage erstellen
3.5.2.2 (2): Klimate als Folge solarer Einstrahlung und atmosphärischer Prozesse erklären — globale Zirkulation, ITCZ, Passat, Monsun, Coriolis, Jetstream, außertropische Westwindzone, Kontinentalität, Maritimität, Meeresströmungen, Gebirgsklima
3.5.2.2 (5): Spezifisches Klima eines Lebensraums (Hochgebirge oder Wüste) erklären — Höhenstufen, Baumgrenze, Schneegrenze, Berg-Tal-Wind, Föhn, Wüstenklima

Offene Fragen

Welche konkreten Wetterlagen-Beispiele (z. B. Westwindfront, Alpenniederschlag) für Abituraufgaben denken?
Können Satellitenbild-Auswertungen konkret geübt werden? (z. B. DWD-Satellitenbilder, Wetterkarten aus DWD oder ZAMG)

Atmosphäre, Wetter und Klima — Grundlagen und Prozesse