Klimatologie

Gegenstand und Arbeitsweise

Die Klimatologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft aus Meteorologie, Geographie, Geologie, Ozeanographie und Physik. Sie untersucht die Gesetzmäßigkeiten des Klimas. Klima bezeichnet dabei den durchschnittlichen Zustand der Atmosphäre an einem Ort sowie die Prozesse, die diesen Zustand bestimmen.

Grundlage sind langfristige Beobachtungen und statistische Auswertungen. Untersucht werden insbesondere Strahlung, Temperatur, Luftdruck, Winde und Windsysteme sowie Niederschlag. Hinzu kommen geografische Einflussfaktoren wie Längen- und Breitengrad, Höhenlage, Oberflächengestalt, Bodenbeschaffenheit und Vegetation. Auch die Atmosphärenphysik und die Paläoklimatologie, also die Erforschung vergangener Klimate, tragen zur klimatologischen Forschung bei.

Räumliche und zeitliche Skalen

Klimatische Vorgänge treten in sehr unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Größenordnungen auf. Da sich je nach Größenordnung auch die Forschungsmethoden unterscheiden, wird zwischen drei räumlichen Skalen unterschieden:

Das Mikroklima umfasst wenige Meter bis einige Kilometer, beispielsweise ein Zimmer, eine Wiese oder einen Straßenzug.
Das Mesoklima beschreibt Landschaften oder Länder mit einer Ausdehnung von bis zu einigen hundert Kilometern.
Das Makroklima erfasst kontinentale und globale Zusammenhänge.

Die zeitlichen Skalen reichen von wenigen Minuten bei einer Mikroturbulenz über tägliche und monatliche Veränderungen im Verlauf der Jahreszeiten bis zu langjährigen Trends wie der globalen Erwärmung.

Klimaklassifikation und Kenntage

Klimaklassifikationen ordnen Gebiete mit ähnlichen klimatischen Bedingungen bestimmten Klimazonen zu. Die Klassifikation nach Wladimir Peter Köppen verwendet die mittlere jährliche Verteilung von Temperatur und Niederschlag, die in einem hygrothermischen Klimadiagramm dargestellt wird. Die Klimazonen erhalten zwei- bis vierstellige Buchstabencodes. Als Grenzen der Zonen schlug Köppen die natürliche Verbreitung bestimmter typischer Pflanzenarten vor.

Klimatologische Kenntage kennzeichnen Tage anhand festgelegter Wetterwerte. Bei temperaturabhängigen Kenntagen gelten unter anderem folgende Schwellen:

Extrem heißer Tag: Tageshöchsttemperatur T_max ≥ 40 °C
Sehr heißer Tag: T_max ≥ 35 °C
Heißer Tag: T_max ≥ 30 °C
Sommertag: T_max ≥ 25 °C
Tropennacht: Tagestiefsttemperatur T_min ≥ 20 °C
Heiztag: Tagesmitteltemperatur T_med < 15 °C beziehungsweise 12 °C
Vegetationstag: T_med ≥ 5 °C
Frosttag: T_min < 0 °C
Eistag: T_max < 0 °C

Für einen kalten Tag gibt es keine einheitliche Definition. Weitere Kenntage beziehen sich auf Bewölkung, Luftfeuchte, Niederschlag oder Unwetter, etwa heitere und trübe Tage, Nebel- und Schwületage, Niederschlags-, Regen-, Hagel- und Schneetage sowie Sturm- und Gewittertage.

Zentrale Teildisziplinen

Die Klimatologie ist keine scharf abgegrenzte, geschlossene Wissenschaft. Als wichtiges Teilgebiet von Meteorologie und Geographie untersucht sie die physikalischen Erscheinungen der Erdatmosphäre und deren Wechselwirkungen mit der Erdoberfläche in Raum und Zeit. Vier zentrale Teildisziplinen werden unterschieden:

Die Theoretische oder Allgemeine Klimatologie behandelt die Physik der Atmosphäre. Dazu gehören Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre, Solarkonstante, Strahlungs-, Wärme- und Wasserhaushalt, Lufttemperatur, Niederschlag, Luftdruck, Wind, planetarische Zirkulation und die Entwicklung von Klimamodellen.
Die Regionale Klimatologie untersucht Witterung und Klima in den Tropen, Subtropen, der außertropischen Westwindzone und den Polargebieten.
Die Spezielle Klimatologie befasst sich mit Klimaänderungen, Klimageschichte und Klimafolgenforschung. Themen sind unter anderem Treibhauseffekt, globale Erwärmung und die Vulnerabilität, also die Verwundbarkeit der vom Klimawandel betroffenen Systeme.
Die Angewandte Klimatologie behandelt im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung insbesondere Klimaschutz und Anpassung an die Folgen des Klimawandels.

Weitere Spezialgebiete

Mehrere Unterdisziplinen betrachten bestimmte Räume, Zeiträume oder Wechselwirkungen:

Die Klimageographie untersucht Wechselwirkungen des Klimasystems mit anderen Systemen, etwa Ökosystemen. Stadt- und Geländeklimatologie können ihr zugeordnet werden.
Die Bioklimatologie erforscht die Auswirkungen des Klimas auf Lebewesen, insbesondere auf den Menschen.
Die Geländeklimatologie untersucht die untere Atmosphäre beziehungsweise atmosphärische Grenzschicht und deren Wechselwirkungen mit der natürlichen Erdoberfläche.
Die Stadtklimatologie erforscht, wie Gebäude, Straßen und andere urbane Strukturen das lokale Klima der Grenzschicht verändern.
Die Paläoklimatologie untersucht das Klima vergangener Zeiten bis zu frühen Formen der Erdatmosphäre. Sie hat eine zentrale Stellung in der Klimatologie, wird aber der Historischen Geologie zugerechnet.
Die Historische Klimatologie untersucht Epochen, aus denen Schriftquellen vorliegen, und besitzt Schnittstellen zur Gletscher-, Küsten- und Geoarchäologie.
Die Aeroklimatologie erforscht klimatische Vorgänge in der Atmosphäre.
Die Strahlungsklimatologie untersucht die Wirkungen von Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, auf Klima und Lebewesen.

Modelle und Forschungsstand

Klimatologische Modelle beschreiben komplexe Klimaphänomene. Computermodelle werden eingesetzt, um mögliche Trends zu erkennen, die Bedeutung einzelner Einflussfaktoren zu gewichten und die Auswirkungen des Klimawandels unter verschiedenen Szenarien abzuschätzen.

Der Weltklimarat IPCC fasst den Forschungsstand regelmäßig zusammen und veröffentlicht zusätzlich kurze Kernaussagen für politische Entscheidungsträger. Nach der im Artikel wiedergegebenen Position des IPCC und der American Association for the Advancement of Science besteht in der Klimatologie Konsens darüber, dass ein vom Menschen verursachter Klimawandel stattfindet.