Klimazone

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Klimazonen sind sich in Ost-West-Richtung um die Erde erstreckende Gebiete, die anhand unterschiedlicher grundlegender klimatischer Verhältnisse voneinander abgegrenzt sind. In der Regel sind die Klimazonen gürtelförmig, an den Polen kreisförmig, teilweise können sie aber auch unterbrochen sein. Die Klimazonen sind die Grundlage verschiedener geozonaler Modelle der Geo- und Biowissenschaften.

Beleuchtungsklimazonen

Die Beleuchtungsklimazonen, auch astronomische, mathematische oder solare Klimazonen genannt, gehen von der Erkenntnis aus, dass das Klima in erster Linie von unterschiedlicher Sonneneinstrahlung abhängt. Der Winkel (griech. klíma Neigung) und damit die Intensität der Sonneneinstrahlung und ihr jahreszeitlicher Verlauf hängen bei Vernachlässigung der Atmosphäre nur von der geografischen Breite ab.

Die Unterteilung der Erde in Beleuchtungsklimazonen wird astronomisch exakt an den Wende- und Polarkreisen vorgenommen. Dadurch entstehen die astronomischen Tropen bis 23° 26′ Breite, die Mittelbreiten bis 66° 34′ und die Polarzonen (griech. tropē Wende; pólos Achse). Innerhalb der astronomischen Tropen steht die Sonne zweimal jährlich im Zenit und erreicht immer eine Mittagshöhe von mindestens 43°, in den Polarzonen steht sie mittags zeitweise unter, an Mitternacht zeitweise über dem Horizont (Polarnacht und Polartag) und erreicht nie eine größere Mittagshöhe als 47°. Entsprechend unterschiedlich ist die eingestrahlte Energie.

Die moderne Klimatologie teilt die solaren Mittelbreiten im Hinblick auf die realen Verhältnisse auf der Erdoberfläche ein weiteres Mal am 45. Breitengrad. Die Hälfte der niederen Breiten heißt Subtropen, die der hohen Breiten behält die Bezeichnung Mittelbreiten. Die Erdoberfläche ist von den dadurch entstehenden vier Klimazonen vom Äquator zum Pol in vier annähernd gleich breite Gürtel geteilt. Zwischen ihnen unterscheidet sich die solare Strahlung an der Atmosphärenobergrenze neben einer Abnahme der Jahressumme vom Äquator zu den Polen vor allem auch qualitativ:

  • Solare Tropen bis 23,5°: Kennzeichnend ist eine im jahreszeitlichen Verlauf annähernd gleichbleibend hohe Strahlungsexposition.
  • Solare Mittelbreiten
    • Subtropen bis 45°: Es besteht ein deutlicher jahreszeitlicher Unterschied der Energieeinstrahlung zwischen Sommer und Winter, wobei der Einfluss der Tageslänge bestimmend ist.
    • Mittelbreiten, bis 66,5°: Die Jahreszeiten sind sehr stark ausgeprägt, vom Hochsommer und vom Hochwinter sind auch Frühling und Herbst klimatisch deutlich zu unterscheiden. Der Einfluss der Sonnenhöhe trägt dazu wesentlich bei.
  • Solare Polarzone: extreme jahreszeitliche Unterschiede mit extremen Schwankungen der Tageslängen. Sonnen- und Schattenseiten spielen eine untergeordnete Rolle.

Physische Klimazonen

Klimazonen der Erde

Die tatsächlichen Verhältnisse am Boden werden charakterisiert durch die physischen Klimazonen. Für sie gilt insbesondere die Maßgabe, dass die Breitenangaben der Beleuchtungsklimazonen nur ungefähr zu übernehmen sind, so dass die exakten Grenzen lokal anhand anderer Kriterien bestimmt werden können. Außerdem sind die bestrahlten Flächen in die Betrachtung einzubeziehen. Hier bestehen weitere Unterschiede z.B. bei der Strahlungsbilanz, also der Differenz zwischen eingestrahlter und abgestrahlter Energie. An der Erdoberfläche sind darüber hinaus die Unterschiede durch den Einfluss der Atmosphäre noch deutlicher ausgeprägt:

  • In den Tropen wird die Einstrahlung durch die starke Bewölkung leicht verringert. Dennoch erreicht die Strahlungsbilanz einen großen Energieüberschuss.
  • In den Subtropen werden im Sommer am Boden die absolut höchsten Energieeinstrahlungen erreicht. Die Strahlungsbilanz bewegt sich um den Wert Null.
  • In den Mittelbreiten werden am Boden die Unterschiede der Einstrahlung vom deutlich längeren Weg der Strahlung durch die Atmosphäre im Winter verstärkt. Die Strahlungsbilanz ist negativ.
  • In den Polarzonen ist die Schwächung der Strahlung durch die Atmosphäre sehr stark. Außerdem wird ein großer Teil der Strahlung an Eisflächen reflektiert. Die Strahlungsbilanz ist stark negativ.

Diese Bilanzdifferenzen werden durch Wärmetransporte ausgeglichen, die wesentlich das Wettergeschehen bestimmen. Es entsteht die planetarische Zirkulation, die ebenfalls zonal angeordnet ist und entsprechende klimatische Auswirkungen hat.

Eine frühere, immer noch gängige, Einteilung der physischen Klimazonen ist die folgende Einteilung nach Breitengraden:

Klimazonen der Klimaklassifikationen

Klimaklassifikationen definieren Klimatypen nach Klimafaktoren oder Klimaelementen. Es ist wünschenswert, dass die sich aus diesen Klimatypen ergebenden Klimaregionen mit den solaren Klimazonen kompatibel sind. So lassen sich die Klimazonen dann beispielsweise weiter unterteilen, z. B. in Kalttropen und Warmtropen, aride und humide Typen. Da die Klimaklassifikationen viele weitere Anforderungen erfüllen sollen, wie eine weitgehende Übereinstimmung mit Vegetations- und Ökozonen, ist dies eine nichttriviale Forderung.

Eine Klimaklassifikation, die Entsprechungen zu den solaren Klimazonen liefert, ist die ökophysiologische Klimaklassifikation nach Lauer und Frankenberg. Die effektive Klassifikation nach Troll/Paffen ist primär auf ökologische Übereinstimmung ausgerichtet.

Es existieren andere Klimaklassifikationen, die zu teilweise sehr unterschiedlichen Klimazonen mit anderen Benennungen führen. Häufig verwendet werden vor allem die effektive Klassifikationen nach Köppen/Geiger, die USDA-Klimazonen sowie die genetische Klimaklassifikation nach Flohn, nach Neef oder Terjung/Louie. Teilweise versuchen sie sich an die solaren Klimazonen anzulehnen, geben dies teilweise aber auch auf.

Die physischen Klimazonen im Einzelnen

Die Tropen

Die Tropen
Hauptartikel: Tropen

Die Tropen liegen um den Äquator zwischen den Wendekreisen. Die Tageslänge bewegt sich zwischen 10,5 und 13,5 Stunden. Die Jahreszeiten haben keine thermische Ausprägung. Es herrscht ein Tageszeitenklima: die täglichen Temperaturschwankungen sind größer als die jährlichen. Neben den Warmtropen existieren in Gebirgsgegenden auch Kalttropen, die gegenüber anderen Gebirgsklimaten durch ihre jahreszeitlich konstanten Verhältnisse ausgezeichnet sind. Niederschlagsbestimmendes Phänomen der Tropen ist die Passatzirkulation und deren jahreszeitliche Verschiebung. Die Passatzirkulation bewirkt rund um ihre Konvergenzzone den ständigen so genannten Zenitalniederschlag. Die Konvergenzzone kann fast stillstehen – im Pazifik und Atlantik – oder sich im Jahresverlauf zyklisch einmal über die gesamten Tropen bewegen wie im Gebiet von Zentralafrika bis zum Malaiischen Archipel. Entsprechend entstehen Gebiete in einem Spektrum von immerfeucht bis trocken. Daneben wirken die Winde der Zirkulation, Passate und Monsune, örtlich auflandig und verursachen dann ebenfalls Niederschläge.

Die Subtropen

Die Subtropen
Hauptartikel: Subtropen

Die Subtropen werden thermisch definiert als die Klimazone mit hoher Sommer- und mäßiger Winterwärme. Man kann sie unterteilen in trockene, winterfeuchte, sommerfeuchte und immerfeuchte Subtropen.

Eine weit verbreitete Definition definiert das Klima dort als subtropisch, wo die Mitteltemperatur im Jahr über 20 Grad Celsius liegt, die Mitteltemperatur des kältesten Monats jedoch unter der Marke von 20 Grad bleibt. Die Unterschiede zwischen Tag und Nacht fallen hoch aus. Die Vegetation reicht von der Artenvielfalt, wie sie zum Beispiel im Mittelmeerraum auftritt über die Vegetation der trockenen Savanne bis hin zur kargen oder auch völlig fehlenden Vegetation in Wüsten wie der Sahara.

Gemäßigte Zone

Die gemäßigte Zone
Lila: kaltgemäßigte Zone
Grün: warmgemäßigte Zone
Hauptartikel: Gemäßigte Zone

Die gemäßigte (auch temperierte oder temperate) Klimazone erstreckt sich vom Polarkreis bis zum vierzigsten Breitengrad und wird meist weiter unterteilt in

Seltener wird dazwischen noch eine kühlgemäßigte Zone gestellt.

Die gemäßigte Zone weist einen großen Unterschied zwischen den Jahreszeiten auf, der in Richtung des Äquators jedoch etwas abnimmt. Ein weiteres Merkmal sind die Unterschiede zwischen Tag und Nacht, die je nach Jahreszeit stark variieren. Diese Unterschiede nehmen, je näher man dem Pol kommt, immer mehr zu. Die Vegetation wird durch Nadel-, Misch- und Laubwälder geprägt, wobei die Nadelwälder in Richtung Äquator immer weniger werden.

Die wesentlichen klimatologischen Kriterien sind die Tageslängenschwankungen der Sonne (von 8 bis zu 16 Stunden), die thermische Jahreszeiten hervorrufen, die Niederschläge die über das ganze Jahr ausgeglichen sind und die dadurch sehr unbeständige Witterung. Mit Werten um 800 mm hat die gemäßigte Zone die zweithöchste Niederschlagsmenge nach den Tropen. Die Mittelbreiten liegen in der Westwindzone.

Subpolargebiete

Die subpolaren Gebiete
Hauptartikel: Subpolare Zone

Die subpolare Zone ist eine Klimazone, die den Übergang zwischen polarer Klimazone und gemäßigter Klimazone bildet. Laut genetischer Klimaklassifikation (nach Ernst Neef u. a.) ist sie durch den halbjährlichen Wechsel von außertropischen Westwinden im Sommer und polaren Ostwinden im Winter gekennzeichnet.

Polargebiete

Die polaren Gebiete
Hauptartikel: Polargebiet

Unter den Polargebieten versteht man zum einen die Region im Bereich des nördlichen Polarkreises, die Arktis, sowie den Kontinent der Antarktis auf der Südhalbkugel der Erde.

Die Polargebiete der Erde sind Kältewüsten (Lauer 1995). Die Temperaturen liegen das ganze Jahr unter oder nur knapp über der Nullgradgrenze, die Niederschläge sind gering und die solare Einstrahlung der Sonne ist reduziert – im Durchschnitt 40 % weniger als am Äquator.

Entwicklung der Klimazoneneinteilung

Mathematische Klimazonen gehen zurück auf die Antike, wo die Erde, deren Kugelgestalt und Achsneigung bereits bekannt war, an den Wende- und Polarkreisen in insgesamt fünf Zonen unterteilt war. Davon galten im Unterschied zur heißen und den beiden kalten Zonen zunächst nur die beiden gemäßigten Zonen als bewohnbar. Den Zonen der Tropen, der gemäßigten Breiten und des Polargebiets wurden später noch subtropische und subpolare Zonen (eigentlich „unter dem Wende- bzw. Polarkreis gelegen“) hinzugefügt, die zunächst zur gemäßigten Zone gehörig gedacht wurden. Dieses Prinzip wird teilweise noch bis in die Gegenwart verwendet.

Die im zwanzigsten Jahrhundert geschaffenen Klimaklassifikationen versuchten u.a. auch, dieser Systematik gerecht zu werden. Insbesondere bei den effektiven Klassifikationen, die nur von tatsächlich gemessenen Klimaelementen abhängen, gelang dies zunächst nur bedingt, da sich die Abgrenzung anhand von Temperaturgrößen als problematisch erweist. Bei den von der globalen Zirkulation abgeleiteten genetischen Klassifikationen waren zusätzliche Zonen erforderlich. Die Zonen aller dieser Systeme erhielten folglich auch zum größten Teil andere Benennungen.

Siehe auch den Abschnitt Wissenschaftsgeschichte im Hauptartikel Geozone.

Klimawandel

Animation: Prognostizierte Verschiebung der Klimazonen nach dem Worst-Case-Szenario des IPCC, beruhend auf den Klimazonen der effektiven Klimaklassifikation nach Köppen und Geiger. Legende und Erläuterungen siehe Folgen der globalen Erwärmung.

Die derzeit stattfindende, vom Menschen verursachte globale Erwärmung wird zweifellos im Laufe der kommenden Jahrzehnte zu einer Verschiebung der Klimazonen führen. In der Regel wird es sich um eine Nordverschiebung (bzw. Höhenverschiebung der Höhenstufen) handeln. Nach Mitteilung des BMBF 1990 wird eine Erhöhung der Temperatur pro Grad Celsius eine Verschiebung der Klimazonen um 100 bis 200 km bewirken.[1]

Entscheidend ist vor allem die Geschwindigkeit, mit der der Klimawandel stattfinden wird. Davon hängt es ab, ob sich die Lebensgemeinschaften anpassen können oder nicht. Ein rascher Anstieg der Temperaturen um mehrere Grad Celsius wird für die meisten Ökosysteme Folgen haben, die jedoch wegen der Komplexität der Systeme schwer vorhersehbar sind. Sicher ist, dass sich das Aussterben von Tier- und Pflanzenpopulationen verstärken wird.[2][3]

Siehe auch den Abschnitt Verschiebung der Klimazonen im Hauptartikel Folgen der globalen Erwärmung.

Weblinks

 Wiktionary: Klimazone – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Heinz Nolzen (Hrsg.): "Handbuch des Geographieunterrichts, Bd.12/2, Geozonen", Aulis Verlag Deubner & Co. KG, Köln 1995
  2. Umfangreiche Informationen und Quellen auf www.biosphaere.info
  3. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatDie Welt muss mindestens 1000 Jahre schwitzen. In: Spiegel Online. 27. Januar 2009, abgerufen am 29. November 2014.