Unsere Umwelt: Das Klima: Globale und lokale Aspekte

333 Pages·1996·15.123 MB·German

by  Prof. Dr. Peter Hupfer (auth.)

Teubner-Reihe UMWELT
P. Hupfer
Unsere Umwelt: Das Klima
Teubner-Reihe UMWELT
Herausgegeben von
Prof. Dr. Dr. MOfit Bahadir, Braunschweig
Prof. Dr. Hans-JOrgen Collins, Braunschweig
Prof. Dr. Bertold Hock, Freising
Dr. Hans Walter Louis, Braunschweig
Diese Buchreihe ist ein Forum fOr Ver6ffentlichungen zum gesamten Themen
bereich Umwelt. Es erscheinen einfOhrende LehrbOcher, Monographien und
Forschungsberichte, die den aktuellen Stand der Wissenschaft wiedergeben.
Das inhaltliche Spektrum reicht von den naturwissenschaftlich-technischen
Grundlagen Ober umwelttechnische Fragestellungen bis hin zu juristisch,
sozial-und gesellschaftlich ausgerichteten Titeln. Besonderer Wert wird dabei
auf eine aligemeinverstandliche, dennoch exakte und prazise Darstellung
gelegt. Jeder Band ist in sich abgeschlossen.
Die Autoren der Reihe wenden sich vorwiegend an Studierende, Lehrende
sowie in der Praxis tatige Fachleute.
Unsere Umwelt: Das Klima
Glabale und lakale Aspekte
Von Prof. Dr. Peter Hupfer
Humboldt-Universitat zu Berlin
B. G. Teubner Verlagsgesellschaft
Stuttgart . Leipzig 1996
Prof. Dr. Peter Hupfer
Geboren 1933 in ZwickaujSa. Von 1951 bis 1955 Studium der Meteorologie an der
Universitat Leipzig, daselbst Assistent. Aufbau des Maritimen Observatoriums
Zingst. 1961 Promotion Ober marine Klimaschwankungen. 1967 Habilitation mit
einer Arbeit Ober die thermischen Verhaltnisse der ufernahen Zone des Meeres.
1970 Dozent. Seit 1979 Professor fUr Meteorologie an der Humboldt-Universitat zu
Berlin mit dem Arbeitsgebiet Physikalische Klimatologie. Von 1991 bis 1995 Mit
glied des Klimabeirates der Bundesregierung.
Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Hupfer, Peter:
Unsere Umwelt: das Klima: globale und lokale Aspekte I
von Peter Hupfer. - Stuttgart; Leipzig: Teubner, 1996
(Teubner-Reihe Umwelt)
ISBN-13: 978-3-8154-3521-2 e-ISBN-13: 978-3-322-81040-3
001: 10.1007/978-3-322-81040-3
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© B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1996
Satz und Druck: Druckhaus "Thomas MOntzer" GmbH, Bad Langensalza
Umschlaggestaltung: E. Kretschmer, Leipzig
Dem Gedenken an den
Ozeanographen Klaus Voigt
1934 - 1995
gewidmet
Vorwort
Das Klima und seine Veranderlichkeit haben in den letzten Jahren eine zunehmende
Publizitat erfahren. Die relativ hohe Wahrscheinlichkeit eines tiefgreifenden, durch
den Menschen hervorgerufenen Klimawandels im Laufe des nachsten Jahrhunderts
hat nicht nur zur Entwicklung der international en Klimapolitik gefUhrt, sondern bei
vielen Menschen auch zu einem BewuJ3tsein fur das Risiko. Dieses Buch, in das die
jahrzehntelangen Erfahrungen des Autors aus Vorlesungen und Vortragen einge
flossen sind, soli moglichst weitgehend Auskunft zum Klimaproblem im Ganzen
geben. Es ist fur Studenten der Studiengange, die mit Natur- und Umweltproblemen
direkt oder indirekt zu tun haben, aber auch fur aile anderen Interessierten, die sich
tiefer mit der Klimaproblematik befassen wollen, geschrieben worden.
Ein Anliegen des Buches besteht auch darin, die fur den Menschen positiv oder
negativ spurbaren Besonderheiten des Klimas im engeren Lebensraum im Kontext
mit den globalen Klimaproblemen darzustellen. Die gegenwartig noch weitgehend
vorhandene Entkoppelung der beiden Aspekte der Klimatologie - globale und
lokale Betrachtungsweise -wird zwangslaufig in wenigen Jahren uberwunden sein,
wenn zum einen die globalen Klimamodelle ihre raumliche Auflosung weiter
vergroBern und zum anderen die Frage der Auswirkungen von Klimaschwankungen
differenzierte Antworten verlangt.
Herrn Dip\. Met. B. Tinz danke ich fur die kritische Durchsicht des Manuskripts.
Mein Dank gilt auch den Herren Prof. Dr. W. Kuttler und Dr. M. Schonherr sowie
nicht zuletzt meiner Frau, die mit Rat und umfangreicher Tat am Entstehen des
Buches mitgewirkt hat.
Es ist mir ein Bedurfnis, die Zusammenarbeit mit dem Teubner-Verlag,
insbesondere mit Herrn J. WeiB, und die begleitende Unterstutzung durch die Her
ausgeber der "Teubner-Reihe UMWELT" dankbar hervorzuheben.
Berlin, d. 28. Juni 1996 Peter Hupfer
Inhalt
1 Die Atmosphare als Umweltfaktor 13
1.1 Die heutige Atmosphare ............................. . 14
l.2 Wetter und Klima ................................. . 18
l.3 Klimafaktoren und -systeme ............. . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4 Klimaelemente ................................... . 22
l.5 Modeme Klimaforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 Klimatologische Elementarprozesse .................... . 26
2.1 Die gro13raumige Differenzierung ...................... . 26
2.1.1 Solarstrahlung .................................... . 26
2.l.2 Terrestrische Strahlung .............................. . 29
2.l.3 Strahlungsbilanzen ................................. . 32
2.l.4 Warmestrome .................................... . 34
2.l.5 Wasserkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.l.6 Allgemeine atmospharische Zirkulation .................. . 38
2.1.6.1 Zonale und meridionale Grundstrukturen ................. . 39
2.l.6.2 Zur Bestimmung der Zirkulation 43
2.2 Die kleinraumigen Unterschiede ....................... . 47
2.2.1 Energiebilanz einer Flache ........................... . 47
2.2.2 Klimawirksame Wasserhaushaltsgro13en .................. . 56
2.2.3 Wechselwirkungen zwischen Luftbewegungen und Oberflachen . 57
2.2.4 EinfluJ3 der Vegetation .............................. . 61
2.2.5 Besonderheiten von Gewassem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3 Das Klima in globaler Betrachtungsweise ............... . 64
3.1 Das globale Klimasystem ............................ . 64
3.l.1 Einige Systemeigenschaften .......................... . 64
10 Inhalt
3.l.2 Der Hauptantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
3.l.3 Untersystem Atmosphare ............................. 69
3.l.3.1 Zusammensetzung der Atmosphare ...................... 69
3.1.3.2 Zum Ozonproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80
3.l.3.3 Bedeutung der Wolken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86
3.l.3.4 Zur Rolle der Aerosole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
3.1.4 Ozean und Klima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
3.1.5 Landoberflachen und Vegetation im Klimasystem . . . . . . . . . . . . III
3.1.5.1 Energetische Wechselwirkungen ........................ 112
3.1.5.2 EinfluB der Vegetation ............................... 113
3.l.5.3 Gasaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.1.5.4 Anderungen der Landnutzung ........ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.1.6 Kryosphare und Klima ............................... 121
3.1.7 Storungen und Femwirkungen .......................... 128
3.1.7.1 Vulkanismus und Klima .............................. 128
3.1.7.2 Femwirkungen .................................... 133
3.2 Zur Vielfalt der erzeugten Klimate ...................... 141
3.2.1 Prinzipien der Klimaklassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.2.2 Effektive Klimaklassifikation .......................... 143
3.2.3 Genetische Klimaklassifikation ......................... 143
3.3 Globale Probleme und Klima .......................... 146
4 Klimaschwankungen ............................... 153
4.1 Zum allgemeinen Klimaverlauf in der Erdgeschichte .......... 154
4.2 Zur Klimaentwicklung nach der letzten Kaltzeit 159
4.3 Klima- und Zirkulationsschwankungen
im 19. und 20. Jahrhundert ............................ 165
4.3.1 Die globale Entwicklung ............................. 165
4.3.2 Atlantisch-europaischer Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.3.2.1 Atmospharische Zirkulation ........................... 171
4.3.2.2 Zu den Klimaschwankung in Europa .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
4.3.2.3 Ausgewiihlte klimatische Anderungen in Deutschland ......... 180
4.4 Zu den Ursachen von Klimaschwankungen ............... 186
5 Klima der Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 189
5.1 Klimamodellierung ................................. 190
5.1.1 Allgemeine Prinzipien ............................... 190
Inhalt 11
5.1.2 Klimasystem-Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.1.3 Ansatz von Modellexperimenten ........................ 196
5.2 Das kiinftige Klima ................................. 201
5.2.1 Die globale Mitteltemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
5.2.2 Raumliche Verteilungen .............................. 207
5.2.3 Regionale Anderungsmuster ........................... 210
6 Auswirkungen von Klimaschwankungen 215
6.1 Methodische Probleme ............................... 216
6.2 Zu einigen Klimawirkungen in der Natur .................. 218
6.2.1 Meere ........................................... 218
6.2.2 Kiisten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
6.2.3 Veranderungen in der Kryosphare .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.2.4 Vegetation und Boden ............................... 229
6.3 Klimaschwankungen und Gesellschaft .................... 233
6.3.1 Landwirtschaft ..................................... 233
6.3.2 Wasserversorgung .................................. 236
6.3.3 Urbane Regionen ................................... 238
6.4 Elemente der Klimapolitik ............................ 239
7 Meso- ond Mikroklima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
7.1 Meso- und mikroklimatische Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.1.1 Entstehung ................. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.1.2 Forschungsmethoden .......................... . .... 247
7.1.2.1 Nutzung konventioneller Daten ......................... 247
7.1.2.2 Spezielle Me13methoden ......................... .... 248
7.1.2.3 Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
7.1.3 Einige Erscheinungsformen und Phanomene ................ 252
7.2 Mesoklimate ........................ . . . . . . . . . . . . . . 257
7.2.1 Eigenschaften .............................. . ..... 257
7.2.2 Beispiel: Stadtklima ................................. 259
7.3 Mikroklimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
7.3.1 Eigenschaften ..................................... 266
7.3.2 Beispiel: Ubergang Land / Meer ............. .......... 267
7.4 Zur Praxisanwendung ............................... 271
12 Inhalt
8 Mensch nnd Klima . ................................ 273
8.1 Der photoaktinische Wirkungskomplex .................... 274
8.1.1 Biometeorologisch wichtige Strahlungsflusse ............... 274
8.1.2 Naturliches Licht ................................... 274
8.1.3 Die ultraviolette Strahlung ............................ 275
8.2 Der thermisch-hygrische Wirkungskomplex ................ 278
8.2.1 Der Warmehaushalt des Menschen ....................... 278
8.2.2 Thermische Belastungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
8.3 Der luftchemische Wirkungskomplex ..................... 287
8.3.1 Gewahrleistung der Sauerstoffversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
8.3.2 Naturliche Luftbeimengungen .......................... 287
8.3.3 Luftschadstoffe .................................... 289
SchluO bemerkung 290
Glossar ................................................ 292
Literaturverzeichnis ....................................... 305
Erganzende deutschsprachige Bucher ............................ 305
Weitere im Text zitierte Literatur .............................. 308
Index . ................................................. 330