Klimazone

Grundidee und Bedeutung

Eine Klimazone, auch Klimagürtel, ist im engen Sinn ein gedanklich konstruierter, geozonaler Bereich der Biosphäre: Er erstreckt sich ungefähr parallel zu den Breitenkreisen in Ost-West-Richtung um die Erde. Eine Klimazone ist durch bestimmte Klimatypen gekennzeichnet, die nur innerhalb dieser Zone vorkommen. Abgegrenzt wird sie durch gleichartige geophysikalische Bedingungen wie Globalstrahlung, Lufttemperatur oder Wind- und Luftdruckgürtel. Diese Bedingungen hängen direkt mit den wechselnden Sonnenständen im Tages- und Jahresverlauf zusammen.

Aus der bloßen Zuordnung eines Ortes zu einer globalen Klimazone kann man noch kein vollständiges Klima ableiten. Dafür braucht man weitere Klimaelemente und Klimafaktoren, vor allem Niederschlag und Luftfeuchtigkeit. Deshalb sind Bezeichnungen wie „tropisches Klima“ oder „gemäßigtes Klima“ unvollständig; genauer wären Angaben wie „immerfeuchtes Tropenklima“ oder „trocken-kontinentales Klima der gemäßigten Zonen“.

Klimazonen sind Grundlage vieler geografischer Klimamodelle. Sie ordnen die Erde zuerst nach thermischen Verhältnissen. Als Datenbasis werden in der Meteorologie Werte aus Zeiträumen von mindestens 30 Jahren verwendet; ein solcher Zeitraum heißt Normalperiode.

Ursache und Grenzverläufe

Die wichtigste Ursache der Klimazonen ist die Kugelgestalt der Erde. Sonnenstrahlen treffen je nach Breitenkreis in unterschiedlichem Winkel auf die Erdoberfläche: an den Polen sehr flach, am Äquator sehr steil. Dadurch nimmt die Strahlungsenergie von den Polen zum Äquator zu. Der Strahlungshaushalt der Erde ist damit die „erste Ursache“ der Klimazonen.

Traditionell werden drei solare Grundbereiche unterschieden: niedere Breiten zwischen den Wendekreisen mit ein bis meist zwei Zenitständen der Sonne im Jahr; hohe Breiten von den Polarkreisen bis zu den Polen mit Polartag und Polarnacht; und Mittelbreiten zwischen Wende- und Polarkreisen ohne Zenitstand und ohne Polartag oder Polarnacht.

Klimazonengrenzen sind Modellgrenzen und keine scharfen natürlichen Linien. In Karten wirken sie oft klar, tatsächlich sind die Übergänge fließend. Bei genetischen Klassifikationen werden Grenzen aus Ursachen des Klimas abgeleitet, vor allem aus Windsystemen der planetarischen Zirkulation. Effektive Klassifikationen verwenden dagegen Wirkungen des Klimas am Boden, etwa Messwerte lokaler Wetterstationen oder die Verbreitung bestimmter Pflanzenformationen. Integrative Ansätze verbinden beide Vorgehensweisen.

Solare und thermische Modelle

Grundsätzlich unterscheidet man zwei geozonale Klimazonenmodelle. Beleuchtungsklimazonen, auch astronomische, mathematische oder solare Klimazonen, werden aus der Sonneneinstrahlung und dem Strahlungshaushalt abgeleitet. Ihre Grenzen liegen astronomisch an Wende- und Polarkreisen. Die astronomischen Tropen reichen bis etwa 23° 26′ Breite, die Mittelbreiten bis etwa 66° 34′, die Polarzonen bis 90°. In den Tropen steht die Sonne zweimal jährlich im Zenit; in den Polarzonen gibt es Polartag und Polarnacht.

Die moderne Klimatologie teilt die solaren Mittelbreiten zusätzlich am 45. Breitengrad. So entstehen vom Äquator zum Pol vier annähernd gleich breite Gürtel: Tropen bis 23,5°, Subtropen bis 45°, Mittelbreiten bis 66,5° und Polarzone. In den Tropen ist die Strahlung ganzjährig hoch, in den Subtropen gibt es deutliche saisonale Unterschiede, in den Mittelbreiten stark ausgeprägte Jahreszeiten und in der Polarzone extreme Unterschiede der Tageslängen.

Thermische Klimazonen beziehen sich auf den jährlichen Temperaturverlauf. In den Tropen sind die Unterschiede zwischen Tag und Nacht oft größer als zwischen den Jahreszeiten; man spricht von Tageszeitenklima. Außerhalb der Tropen liegen Jahreszeitenklimate vor, weil die Sonne nie im Zenit steht und die Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter größer werden. Bewölkung, Atmosphäre, Meeresströmungen, Wind- und Luftdruckgürtel, Gebirge, Land-Wasser-Verteilung und Albedo verändern die tatsächlichen Grenzen gegenüber den idealen solaren Zonen.

Klassifikationen und Untergliederung

Seit dem 20. Jahrhundert entwickelten Klimatologen verschiedene Klassifikationen. Ernst Neef schuf 1954, weitergeführt 1989, eine genetische Klimaklassifikation für den Erdkundeunterricht. Sie beruht auf der Lage eines Gebietes in Windgürteln der atmosphärischen Zirkulation und unterscheidet klassische Zonen wie Tropen, Subtropen, Mittelbreiten und Polargebiete sowie Übergangszonen.

Troll & Paffen veröffentlichten 1964 die „Karte der Jahreszeitenklimate“. Ihr effektives System verbindet Beleuchtung, Temperatur und Niederschlag im Jahresverlauf und wird besonders in der Ökologie genutzt. Es unterscheidet fünf Grundzonen: polare und subpolare Zonen, kaltgemäßigte boreale Zone, kühlgemäßigte Zone, warmgemäßigte Subtropenzone und tropische Zone.

Lauer, Rafiqpoor & Frankenberg legten 1996 eine ökophysiologische Klimaklassifikation vor. Sie gilt als integrativ, weil sie genetische und effektive Ansätze verbindet. Die Zonen Tropen, Subtropen, Mittelbreiten und Polarregion werden unter anderem mit der jährlichen Tageslängenschwankung bestimmt; Hochgebirge werden einbezogen.

Siegmund & Frankenberg entwickelten 1999/2006 ein „Baukastensystem“. Es nutzt Temperatur, Niederschlag und potenzielle Landschaftsverdunstung. Die thermischen Zonen werden nach Jahresmitteltemperaturen festgelegt: Polare Zone bis −10 °C, Subpolare Zone bis 0 °C, Mittelbreiten bis 12 °C, Subtropen bis 24 °C und Tropen über 24 °C. Zusätzlich werden Trockenklimate mit mittleren Jahresniederschlägen unter 250 mm unterschieden.

Die Klimaklassen nach Köppen & Geiger sind sehr verbreitet, sind aber streng genommen keine klassischen Klimazonen. Köppen wollte die Klimate selbst systematisieren und erst danach feststellen, wo sie vorkommen. Sein Ansatz enthält bereits hygrische, also wasserbezogene, Elemente.

Die großen Klimazonen

Die Tropen liegen solar um den Äquator bis etwa 23° 26′ nördlicher und südlicher Breite. Typisch sind fast gleichbleibende Tageslängen mit höchstens 3 Stunden Schwankung, hohe Sonnenstände, Tageszeitenklima, Frostfreiheit und eine Regenzeit, deren Dauer mit zunehmender Entfernung vom Äquator abnimmt. Untergliedert werden sie unter anderem in Innere Tropen mit tropischen Regenwaldklimaten, Äußere Tropen mit Feucht- und Trockensavannenklimaten sowie Randtropen mit Dornsavannenklimaten und tropischen Teilen heißer Wüsten.

Die Subtropen liegen solar zwischen den Wendekreisen und dem 45. Breitengrad. Thermisch sind sie durch hohe Sommerwärme und mäßige Winterwärme geprägt. Es gibt deutliche Unterschiede zwischen Sommer und Winter sowie zwischen Regen- und Trockenzeiten. Wichtige Klimatypen sind winterfeuchte Hartlaubklimate, immerfeuchte Lorbeerwaldklimate und heiße Wüstenklimate.

Die gemäßigte Zone, auch Mittelbreiten genannt, reicht solar vom 45. Breitengrad bis zu den Polarkreisen. Sie wird thermisch in kaltgemäßigte beziehungsweise boreale Zone und kühlgemäßigte beziehungsweise nemorale Zone unterteilt. Typisch sind ganzjährige Westwinde, vier ausgeprägte Jahreszeiten, regelmäßiger Frost im Winter und Tageslängenschwankungen von 7 bis 24 Stunden.

Die polare Zone umfasst Arktis und Antarktis. Ihr Rand wird solar von den Polarkreisen gebildet. Kennzeichnend sind Polartag und Polarnacht: Am Polarkreis dauern sie zur Sommer- beziehungsweise Wintersonnenwende genau einen Tag, an den Polen fast ein halbes Jahr. Weitere Merkmale sind sehr lange, sehr kalte Winter, dauerhaft vergletscherte Gebiete, Kältewüsten und baumfreie Tundren. Man unterscheidet Eiswüstenklimate und Tundrenklimate.

Vegetation, Geschichte und Klimawandel

Klimazonen hängen eng mit Vegetationszonen zusammen, weil Pflanzen stark von Temperatur, Niederschlag und anderen Klimafaktoren abhängen. Effektive Klimaklassifikationen nutzen diesen Zusammenhang. Klimaregionen beruhen aber vor allem auf Messwerten und festgelegten Grenzwerten, während Vegetationszonen und Biome auf biologischen Beobachtungsdaten beruhen. Große Abweichungen können auf nicht klimatische Ursachen hinweisen, etwa auf Feuer oder menschlichen Einfluss.

Die Einteilung der Erde in Klimazonen geht bis in die antike Klimageographie zurück. Später wurden den Tropen, gemäßigten Breiten und Polargebieten auch Subtropen und selten subpolare Zonen hinzugefügt. Problematisch war die Kulturklimatologie: Dabei wurden Klimazonen ideologisch genutzt, um angebliche Eigenschaften von Menschen oder Völkern aus dem Klima abzuleiten. Solche Vorstellungen trugen zu Stereotypen und später auch zu rassistischen Mensch-Raum-Ideologien bei.

Der heutige, vom Menschen verursachte Klimawandel wird zu einer Verschiebung der Klimazonen führen. Meist wird eine Nordverschiebung beziehungsweise in Gebirgen eine Höhenverschiebung erwartet. Nach Mitteilung des BMBF 1990 bewirkt eine Temperaturerhöhung um 1 °C eine Verschiebung der Klimazonen um 100 bis 200 km. Entscheidend ist die Geschwindigkeit: Ein rascher Temperaturanstieg um mehrere Grad Celsius kann viele Ökosysteme stark belasten; sicher ist, dass sich das Aussterben von Tier- und Pflanzenpopulationen verstärken wird.