Klimatologie

Prof. Dr. Christian-D. Schönwiese lehrte bis zu seiner Emeritierung am Institut für Atmosphäre und Umwelt der Universität Frankfurt.

Vorwort8

1 Einführung11

2 Grundbegriffe und Größenordnungen18

2.1 Atmosphäre18

2.1.1 Gegenwärtiger Zustand18

2.1.2 Erdgeschichtliche Entwicklung28

2.2 Umwelt- und Ökosysteme34

2.3 Klimasystem39

2.4 Räumliche Größenordnungen41

2.5 Zeitliche Größenordnungen47

2.6 Scale-Betrachtungen53

2.7 Klimadefinitionen55

2.8 Klimatologie als interdisziplinäre Wissenschaft59

3 Grundlagen des empirischen Klimas65

3.1 Klimaelemente66

3.1.1 Temperatur67

3.1.2 Luftdruck69

3.1.3 Wind72

3.1.4 Luftfeuchtigkeit74

3.1.5 Bewölkung80

3.1.6 Niederschlag82

3.1.7 Weitere Klimaelemente84

3.1.8 Globales Beobachtungssystem86

3.2 Klimafaktoren89

3.3 Statistische Analysemethoden90

3.3.1 Elementare deskriptive Methoden91

3.3.2 Schätz- und Prüfverfahren96

3.3.3 Schätzung von Zusammenhängen98

3.3.4 Messfehler, Inhomogenitäten und Repräsentanz100

3.3.5 Spezielle Methoden der Zeitreihenanalyse102

4 Physikalische Grundlagen109

4.1 Astrophysikalische Grundlagen109

4.2 Strahlungs- und Wärmehaushalt116

4.3 Luftdruckkonstellation128

4.4 Luftbewegung134

4.5 Meteorologische Topographien142

4.6 Hebungsprozesse und Wolkenbildung144

4.7 Wasserkreislauf152

4.8 Schnee und Eis156

5 Zirkulation der Atmosphäre161

5.1 Begriff der Zirkulation161

5.2 Planetarische (globale) Zirkulation163

5.3 Regionale Zirkulation170

5.3.1 Tropische Zirkulation und Monsune170

5.3.2 Land-See-Windsystem172

5.3.3 Hang- und Berg-Tal- Windsystem173

5.3.4 Luv- Lee-Windsysteme175

5.3.5 Stadt-Umland-Windsystem176

5.3.6 Wirbelwindsysteme176

5.3.7 Strahlströme178

5.3.8 Polarfrontzyklonen180

5.3.9 Nordatlantik-Oszillation und weitere Moden 183

5.4 Großwetter und Witterungsregelfälle185

5.5 Stratosphärische Zirkulation187

6 Zirkulation des Ozeans190

6.1 Charakteristika des Ozeans190

6.2 Meeresströmungen193

6.3 El-Niño-Phänomen und Atlantische Multidekadische Oszillation196

7 Zirkulation der Kryosphäre und Lithosphäre202

7.1 Kryosphäre202

7.2 Lithosphäre204

8 Beobachtete Charakteristika der Klimaelemente208

8.1 Luftdruck und Wind209

8.2 Luft- und Wassertemperatur212

8.3 Verdunstung und Luftfeuchte219

8.4 Bewölkung und Niederschlag221

8.5 Atmosphärische Gefahren227

9 Klimasynopsis229

9.1 Allgemeine Aspekte229

9.2 Thermisch-hygrische Begriffe230

9.3 Klimadiagramme234

9.4 Klimaklassifikationen237

9.5 Deterministische (physikalische) Klimamodelle242

9.6 Statistische Klimamodelle253

10 Bioklimatologie257

10.1 Charakteristika der Biosphäre257

10.2 Vegetationsklassen261

10.3 Funktionale Zusammenhänge268

10.4 Phänologie273

10.5 Humanbioklimatologie274

11 Klimageschichte280

11.1 Begriffliche und methodische Aspekte280

11.2 Informationsquellen284

11.3 Paläo- und historisches Klima289

11.4 Neoklima309

11.5 Übersicht natürlicher Ursachen von Klimaänderungen329

12 Anthropogene Klimabeeinflussung336

12.1 Übersicht und allgemeine Aspekte336

12.2 Stadtklima341

12.3 Globalklima: Anthropogener Treibhauseffekt346

12.4 Vergleichende Signalanalyse und Zukunftsprojektionen355

12.5 Klimaauswirkungen368

12.6 Klima und Konflikte376

13 Stratosphärischer Ozonabbau378

14 Klimaschutz384

Literaturverzeichnis391

Verzeichnis der Internet-Adressen428

Anhang431

A.1 Abkürzungen und Symbole431

A.2 Maßeinheiten und Umrechnungsformeln440

A.3 Klimatabellen446

A.4 Chronologie der El-Niño-Ereignisse seit 1541463

A.5 Chronologie einiger explosiver Vulkanausbrüche seit 1755465

A.6 Singularitätenkalender (Witterungsregelfälle)467

A.7 Beobachtete maximale Niederschlagssummen470

A.8 Größte Naturkatastrophen seit 1900471

A.9 Fluor-haltige klimawirksame Spurengase473

A.10 Kippschaltermechanismen im Klimasystem474

Sachregister475