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    {\Large Dr. Jochen Reuder\\LMU München\\WS 2003/2004\par}%
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\author{Christoph Moder}
\title{Physikalische Klimatologie}
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\begin{document}

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% Die Nummerierung der Kapitel wird mit dem Befehl \thesection gemacht, d.h. diesen umdefinieren
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% Unterkapitelnummerierung: griechisch (wie macht man das???)
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\maketitle


\section{Statistische Beschreibung der Situation}

\begin{itemize}
	\item Die Jahresmitteltemperatur unterliegt starken Schwankungen, zumindest im
		5-Jahres-Mittel ist jedoch ein Anstieg seit Anfang des 20. Jahrhunderts
		zu beobachten (um ca. $1~^\circ\textrm{C}$)
	\item Trend bei der Sommertemperatur weltweit (1948--1997): Die stärkste Zunahme ist
		in Nordamerika und Sibirien zu beobachten; im Südatlantik und Südpazifik
		gibt es jedoch auch Stellen, wo die Temperatur leicht sinkt.
	\item $\textrm{C}\textrm{O}_2$: Seit ungefähr 1800 ist eine Zunahme der Kohlendioxid-Konzentration
		zu beobachten (Messungen seit Mitte des 20. Jahrhunderts in verschiedenen
		Observatorien wie z.B. Mauna Loa; frühere Werte stammen aus Eisbohrkernen);
		dabei ist ein deutlicher Zusammenhang mit der Kohlendioxid-Emission aus fossilen
		Quellen zu beobachten.
	\item Messungen auf dem Hohenpeißenberg (seit 1781): Das Temperaturmittel im Sommer unterliegt
		starken Schwankungen (teilweise $5~^\circ\textrm{C}$ innerhalb weniger Jahre), Rekordsommer
		hat es immer wieder gegeben, allerdings ist der Sommer 2003 mit Abstand der heißeste.
		Während die Jahre 1990--2002 tatsächlich im Bezug auf die Temperatur im oberen Mittelfeld
		waren, zeigten ihre Niederschlagsmengen keine Besonderheiten.
	\item Seit der letzten Eiszeit (Würm-Eiszeit) gab es immer wieder kleinere Kalt- und Warmzeiten;
		bis zum Optimum im Holozän (vor 7000 Jahren) erhöhte sich die Temperatur, während
		man für die Zeit danach einen langsamen Abwärtstrend feststellen kann
		(allerdings über starke Schwankungen gemittelt, z.B. das mittelalterliche Optimum
		oder die "`kleine Eiszeit"').
\end{itemize}


\section{Der Begriff "`Klima"'}

\begin{itemize}
	\item In erster Näherung hängt das Klima vor allem vom Einstrahlungswinkel der Sonne ab,
		d.h. von der Neigung der Erdachse. Diese reine Nord-Süd-Klassifikation des Klimas
		stammt bereits aus der Antike, daher auch der Begriff "`Klima"' von griech.
		"`klino"' = "`ich neige"'.\\
		Problematisch: Vor allem über Kontinenten gibt es starke Abweichungen zu diesem
		Nord-Süd-Schema.
	\item Spätere Definitionen beziehen sich v.a. über den "`mittleren Zustand der Atmosphäre"'
		(d.h. beziehen im Vergleich zur Antike mehr Dinge als nur die Temperatur ein).\\
		Problematisch: Wie definiert man ein mittleres Wetter? Außerdem führt die Mittelung
		der entsprechenden Größen zu einem Informationsverlust -- interessant ist nicht nur
		die jeweilige \emph{Menge}, sondern auch deren \emph{zeitliche Verteilung}. So
		sind z.B. die Jahresmittel von Temperatur und Niederschlag in Bonn und La Paz fast
		gleich, jedoch hat die Temperatur in Bonn einen deutlichen Jahresgang im Gegensatz zu
		La Paz; mit dem Niederschlag ist es genau umgekehrt.
	\item Einbeziehung von Extremwerten und Variabilität neben den Durchschnittswerten:
		Damit ist das Wetter immer noch der einzig bestimmende Klimafaktor, was
		unzureichend ist.
	\item Das Klima ist ein komplexes System; man kann es aufteilen in das \emph{Klimasystem} und
		den \emph{Klimazustand}. Das Klimasystem umfasst die Atmosphäre, Hydrosphäre (Ozeane, Binnengewässer,
		Grundwasser), Kryosphäre (Gletscher, Meereis, Schnee, Permafrostboden)
		Lithosphäre (bis 100~km Tiefe; besonders wichtig: die Oberfläche) und Biosphäre;
		jeder dieser Bestandteile hat dabei seine eigenen
		Gesetzmäßigkeiten und wechselwirkt über viele verschiedene Prozesse mit den
		anderen Bestandteilen (z.B. Energietransfer durch Massenaustausch, Impulsaustausch,
		Strahlung).\\
		Der Klimazustand ist eine rein statistische Beschreibung des Klimas,
		gebunden an einen bestimmten Zeitpunkt; dabei muss einerseits über einen
		ausreichend langen Zeitraum gemittelt werden, andererseits dürfen dadurch
		neue Trends nicht herausgemittelt werden. Dafür entscheidend ist, welchen
		räumlichen Bereich man betrachtet (lokal, regional, global), welchen Zeitraum
		(Jahre bis Jahrmillionen) und welche Daten man dafür heranzieht (Beobachtungen,
		Messdaten, Klimamodelle, \ldots)\\
		$\Rightarrow$ Die Zusammenhänge sind sehr komplex, darum muss man neben der
		statistischen Entwicklung auch die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten beachten,
		was die Klimatologie hochgradig interdisziplinär macht.
	\item Verwandte Begriffe:\\
		\begin{itemize}
			\item Wetter: Der Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem
				bestimmten Ort (Zeitskala: kürzer als 1 Tag).
			\item Witterung: Der vorherrschende Charakter des Wetterablaufs, gemittelt
				über einige Tage bis zu einer Jahreszeit.
		\end{itemize}
	\item Verschiedene Bedeutungen des Klimas:\\
		\begin{itemize}
			\item Geologie: Verwitterung von Gesteinen
			\item Biologie: Standortfaktor für Ökosysteme
			\item Archäologie: Standortfaktor für Kulturen
			\item Landwirtschaft: Hintergrundnorm für jahreszeitliche Schwankungen
			\item \ldots
		\end{itemize}
	\item Externe Variablen, die das Klima beeinflussen:\\
		\begin{itemize}
			\item Strahlungsintensität der Sonne (je größer die Sonnenaktivität ist,
				desto größer ist sowohl die durchschnittliche Stärke der Strahlung selbst
				als auch ihrer Schwankungen (etwa $1\frac{\textrm{W}}{\textrm{m}^2}$))
			\item Entfernung von der Sonne, Bewegung der Erde auf ihrer Bahn
			\item Dauer der Erdumdrehung (vergrößert sich wg. Gezeitenreibung)
			\item Vulkanismus, geothermischer Wärmefluss
			\item Plattentektonik: Position der Kontinente relativ zur Erdachse
			\item Schwerefeld und Magnetfeld der Erde
		\end{itemize}
	\item Interne Variablen:\\
		\begin{itemize}
			\item Zustand der Biosphäre (Vegetation)
			\item Masse, Zusammensetzung und Zirkulation bei Atmosphäre und Hydrosphäre
			\item Masse und Ausdehnung der Kryosphäre (beeinflusst Albedo und Meeresspiegel)
			\item Zustand der Erdoberfläche
		\end{itemize}
\end{itemize}


\section{Statistisches zum Aufbau der Erde}

\begin{itemize}
	\item Durchschnittliche Höhe des Festlands: $875 \textrm{m}$ (höchster Punkt Mount Everest $8882 \textrm{m}$)
	\item Durchschnittliche Wassertiefe der Ozeane: $3790 \textrm{m}$ (tiefster Punkt Marianengraben $-10900 \textrm{m}$)
	\item Durchschnittliche Höhe der Erdkruste (Land und Ozean): $2430 \textrm{m}$ unter dem Meeresspiegel
	\item Durchschnittliche Oberflächenhöhe (Land und Ozean): $250 \textrm{m}$
	\item Durchschnitts-Albedo (ohne Wolken): $13\,\%$ (mit Wolken: etwa $30\,\%$)
		\[ \varrho = \int_\lambda \varrho(\lambda) \cdot I(\lambda) d\lambda \]
		$I$: normierte Strahlungsflussdichte\\
		Je stärker die Strahlung, desto größer ist der Einfluss der Albedo.
		Die Albedo verändert sich v.a. durch das Vorhandensein von Schnee (wobei frischer Schnee
		eine noch einmal deutlich höhere Albedo ($+50\,\%$) als alter Schnee hat).
		Schnee spielt vor allem auf der Nordhalbkugel eine Rolle, weil die Antarktis sowieso mit
		Eis/Schnee bedeckt ist (d.h. keine jahreszeitlichen Änderungen) und auf nördlicheren Breiten
		der Südhalbkugel kein Land ist.
		Weitere Faktoren,
		die die Albedo bestimmen, ist Vegetation, Feuchtigkeit und Rauigkeit (z.B. gepflügter Boden)
		der Erdoberfläche (alle drei senken die Albedo) sowie durch Wellen auf dem Wasser (erhöhen die Albedo).
		Bei manchen Pflanzen ist die Albedo im Infrarotbereich deutlich höher als im sichtbaren Bereich.
	\item mittlerer Bedeckungsgrad mit Wolken: $54\,\%$
	\item Anteil von Meer an der Gesamtfläche: $70,8\,\%$ (Nordhalbkugel: $60,6\,\%$, Südhalbkugel $80,9\,\%$)
	\item Verteilung Landoberfläche -- Wasser: Auf der Nordhalbkugel ist der Land-Anteil deutlich größer;
		speziell bei $60^\circ$ südlicher Breite ist überhaupt kein Land $\Rightarrow$ keine Hindernisse
		für Windströmungen. Am Nordpol ist zwar überhaupt kein Festland und am Südpol beträgt der Land-Anteil
		100\,\%, aber im Vergleich zur Gesamtfläche spielen diese Stellen eine geringe Rolle.
	\item Durchschnittliche Verdunstung: $1000 \textrm{l}$ pro Quadratmeter und Jahr
\end{itemize}


\section{Die Atmosphäre}

\begin{itemize}
	\item Reflexion solarer Strahlung (kurzwellig) durch Wolken, Aerosole und Luftmoleküle
	\item Absorption und Emission terrestrischer Strahlung (langwellig)
	\item Energietransport in vertikaler und horizontaler (d.h. vom Äquator zum Pol) Richtung
	\item Strahlungsgleichgewicht: Die Erde empfängt im solaren Bereich Strahlung von der Sonne,
		die Projektion der beschienenen Fläche (Halbkugel) ist ein Kreis der Fläche $r^2 \pi$,
		die Albedo im solaren Bereich beträgt $0,3$. Im terrestrischen Bereich strahlt die
		Erde Energie ab, und zwar isotrop in alle Richtungen (Fläche: $4 r^2 \pi$) wie ein
		Schwarzkörper. Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz (Strahlungsfluss: $\sigma T^4$)
		ergäbe sich eine Gleichgewichtstemperatur
		von $-18~^\circ\textrm{C}$; der Treibhauseffekt (d.h. die Abstrahlung im terrestrischen
		Wellenlängenbereich wird behindert) sorgt dafür, dass sie tatsächlich bei
		$+15~^\circ\textrm{C}$ liegt.
	\item Treibhausgase (geordnet nach Gehalt in der Atmosphäre; dahinter der Beitrag zum
		Treibhauseffekt in Prozent): Wasserdampf ($62\,\%$), Kohlendioxid ($\textrm{C}\textrm{O}_2$; $22\,\%$),
		Methan ($\textrm{C}\textrm{H}_4$; $2\,\%$), Ozon ($\textrm{O}_3$; $7\,\%$), Stickstoffoxid ($\textrm{N}_2\textrm{O}$; $4\,\%$),
		Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe CFC-12 und -11 ($\textrm{C}\textrm{Cl}_2\textrm{F}_2$ bzw. $\textrm{C}\textrm{Cl}_3\textrm{F}$)\\
		Molekulares \emph{Treibhauspotenzial} (\emph{greenhouse efficiency}):
		Treibhaus-Wirkung pro Molekül im Vergleich zu
		$\textrm{C}\textrm{O}_2$ (wird gleich 1 gesetzt), auf einen bestimmten Zeithorizont bezogen;
		z.B. Methan hat ein
		Treibhauspotenzial von 35 bezogen auf 20 Jahre, dieser Wert sinkt jedoch auf 11, wenn man
		die Wirkung auf 100 Jahre bezieht, weil die Verweildauer in der Atmosphäre relativ kurz
		ist. FCKW-12 dagegen hat eine Verweildauer von ca. 130 Jahren und damit in beiden Fällen
		das gleiche Treibhauspotenzial von ca. 7100.\\
		Wichtig ist also nicht nur die Konzentration, sondern auch das Treibhauspotenzial,
		der Wirkungsort (Troposphäre oder Stratosphäre), die Wirkungsweise (die meisten Treibhausgase
		sind gleichzeitig ozonschädigend), die Abbaumethode (in der Troposphäre oft Reaktion
		mit OH $\Rightarrow$ Hydroxid-Radikale reinigen die Atmosphäre durch Oxidation,
		in der Stratosphäre durch die Höhenstrahlung) und damit verbunden die Verweildauer
		in der Atmosphäre, sowie die Anstiegsrate.
	\item Die Atmosphäre kann vereinfacht durch das 3-Schichten-Modell beschrieben werden. Neben der
		Erdoberfläche nimmt man zwei weitere virtuelle Grenzschichten in der Atmosphäre an,
		die als ideale Schwarzkörper betrachtet werden, d.h. an ihnen wird
		Strahlung absorbiert und emittiert, woraus sich nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz
		die dazugehörigen Temperaturen berechnen lassen.
	\item Die Kohlendioxid-Konzentration steigt um etwa $1,6$ bis $1,8 \textrm{ppmv}$ pro Jahr.
		Auch die Methankonzentration steigt, im 20. Jahrhundert hat sie sich ungefähr verdoppelt.
	\item Hydrostatisches Gleichgewicht: Der Druckgradient in der Atmosphäre ist gleich der
		Erdbeschleunigung ($dp/dz = g$); zusammen mit dem Gesetz des idealen Gases $p v = R T$
		erhält man die barometrische Höhenformel $p = p_0 e^\frac{g z}{R T}$, und mit
		dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik $dU = c_p dT + v dp$ erhält man 
		den trockenadiabatischen ($dU = 0$) Temperaturgradient
		$\frac{dT}{dz} = 0,98 \frac{\textrm{K}}{100 \textrm{m}}$.
	\item Breitenabhängigkeit der Temperaturprofile: Bis zu einer Höhe von etwa $10 \textrm{km}$
		nimmt die Temperatur vom Äquator zu den Polen hin ab. Oberhalb dieser Höhe ist
		es umgekehrt, dort nimmt die Temperatur vom Äquator zu den Polen zu.\\
		Die Höhe der Tropopause nimmt vom Äquator zum Pol hin ab, dadurch ist es möglich,
		dass die Luft vom Äquator Richtung Pol "`bergab"' fällt.
	\item Globale Zirkulation: Am Äquator steigt die Luft auf (Ausdehnung der Luft führt zu
		einem Druckanstieg in der Höhe; am Boden fehlt Luft, es entsteht ein Tiefdruckgebiet),
		regnet ab (Niederschlag größer als Verdunstung), wandert zu den Subtropen
		(Druckausgleich in der Höhe), sinkt ab (Hochdruckgebiet, trockene Luft,
		Verdunstung größer als Niederschlag), und in Form der Passatwinde wieder zurück in
		die Tropen (Zirkulation in Hadley-Zellen). Von den Polen her kommt Kaltluft, die nach
		Süden strömt; tropische Warmluft gleitet auf die Kaltluft auf, kühlt an den Polen
		ab und sinkt nach unten. In den mittleren Breiten bilden sich also Tiefdruckgebiete,
		der Niederschlag ist größer als die Verdunstung. Die Fronten dieser Tiefs sorgen für
		eine Durchmischung der Atmosphäre.
	\item Am Land ist die Verdunstung am Äquator am höchsten; am Meer ist das Maximum in den
		Subtropen, weil dort der Himmel meist wolkenlos ist und somit mehr Strahlung
		auf das Wasser trifft. (An Land gibt es dort kaum Wasser, das verdunsten könnte.)
	\item Durch ihre geringe Wärmekapazität hat die Atmosphäre die größte Variabilität aller
		Klimakomponenten. Ein Gleichgewichtszustand hat sich etwa nach einem Monat eingestellt,
		atmosphärische Prozesse bewegen sich im Zeitrahmen von Stunden bis Jahren.
\end{itemize}


\section{Die Hydrosphäre}

\begin{itemize}
	\item Bedeutung der Ozeane:\\
		\begin{itemize}
			\item Absorption solarer Strahlung: Wasser hat eine geringe Albedo (deutlich geringer
				als Landoberfläche).
				Die Albedo nimmt dabei mit dem Zenitwinkel der Sonne zu,
				dieser Effekt wird durch Bewölkung abgeschwächt (bei einem Winkel
				von ca. $55^\circ$ ist die Albedo nahezu unabhängig von der Bewölkung).
			\item Quelle für atmosphärischen Wasserdampf: Auf dem Land ist generell
				der Niederschlag höher als die Verdunstung; das dazu nötige Wasser
				stammt aus den Ozeanen.
			\item Speicherung von $\textrm{C}\textrm{O}_2$ im Tiefenwasser
			\item wichtiger Energiespeicher: $3,5 \textrm{m}$ tiefes Ozeanwasser hat
				die gleiche Wärmekapazität wie die Atmosphäre; deren Wassergehalt
				beträgt auskondensiert nur einige Zentimeter, d.h. bestimmend
				ist die Wärmekapazität der Luft, weniger das in ihr enthaltene Wasser.
				Zwischen Atmosphäre, Ozean und Land ist das Massenverhältnis
				(Land: $10 \textrm{m}$ Deckschicht, Ozean $200 \textrm{m}$ Deckschicht)
				$1:14:0,6$, das Verhältnis der Wärmekapazitäten dagegen $1:57:0,45$.
				Vergleich: in $80 \textrm{cm}$ Bodentiefe ist der Temperaturverlauf gegenüber der
				Oberfläche um 6 Monate phasenverschoben.
			\item Strömungen sind ein wichtiger Energietransport (vgl. Land oder Eis: dort ist
				das überhaupt nicht möglich)
		\end{itemize}
	\item Kaltes Ozeanwasser hat eine höhere Dichte als warmes. Die größte Dichte von Meerwasser
		ist bei Island zu finden, weil in Nordamerika und Sibirien das Salzwasser durch das
		Süßwasser der Flüsse verdünnt wird. Wenn z.B. durch eine plötzliche Erwärmung
		die Gletscher schmelzen würden und damit das Meerwasser stark verdünnt würde,
		bräche der Golfstrom zusammen.
	\item Sowohl die Temperatur des Dichtemaximums als auch der Gefrierpunkt nimmt mit zunehmendem
		Salzgehalt (\emph{Salinität}) ab; letzterer sinkt aber langsamer, so dass sich beide
		Kurven bei einem Salzgehalt von $2,47\,\%$ schneiden. Meerwasser ist i.A. salziger,
		was das Zufrieren zusätzlich behindert. Süßwasser hat nicht nur einen höheren Gefrierpunkt,
		sondern das an der Oberfläche abgekühlte Wasser sinkt nur bis zu einer Temperatur von
		$4~^\circ\textrm{C}$ (Dichtemaximum) ab -- sobald der gesamte See also eine Temperatur von
		$4~^\circ\textrm{C}$ erreicht hat, ist das kältere Wasser leichter, bleibt an der Oberfläche
		und kann gefrieren. Bei Salzwasser dagegen sinkt das Wasser bis zum Erreichen des Gefrierpunkts
		ab, diese Austauschvorgänge transportieren das kalte Wasser andauernd wieder ab, wodurch
		das Gefrieren verzögert wird. Zudem ist der Gefrierpunkt niedriger; Salzwasser muss also
		komplett auf unter $0~^\circ\textrm{C}$ abgekühlt werden, um gefrieren zu können.
	% pot. Dichte: Änderung um 0,2 = 1 K Temperatur = 0,2 Promille Salinität
	\item Die Wassertemperatur nimmt allgemein mit der Breite ab, unabhängig von der Tiefe.
		Lediglich bei den Tropen gibt es eine Ausnahme; dort ist das Wasser ab etwa $100 \textrm{m}$
		Tiefe kälter als in den Subtropen.
	\item Meeresströmungen: Antrieb durch Wind und durch Dichteunterschiede; es gibt eine weltweite
		Zirkulation (als Oberflächenströmung vom Pazifik über Südostasien und den Indischen
		Ozean um Afrika herum bis in die Karibik und von dort als Golfstrom bis in die Arktis,
		dort sinkt das Wasser ab und fließt als Tiefenströmung zum Südpolarmeer und von dort
		teils um die Antarktis, teils in den Indischen Ozean bzw. Pazifik), deren Umlaufzeit
		etwa 1000 Jahre beträgt.\\
		Beispieldaten Golfstrom: $60 \textrm{km}$ breit, $500 \textrm{m}$ dick, Geschwindigkeit
		$1 \textrm{m}/\textrm{s}$
	\item Ereignisse, die die Meeresströmungen beeinflusst haben:\\
		\begin{itemize}
			\item Loslösung von Südamerika von der Antarktis, dadurch wurde
				die zirkumpolare Strömung möglich
			\item Schließung des Isthmus von Panamá (d.h. Südamerika stößt an Nordamerika
				an), ab dann war dem Wasser aus der Karibik der Weg nach Westen
				versperrt, es musste komplett Richtung Norden strömen, wodurch
				der Golfstrom in seiner heutigen Form entstand.
		\end{itemize}
	\item Ekman-Transport: Wenn ein beständiger Wind über den Ozean weht, wird das Wasser in diese
		Richtung getrieben, und unterliegt der Corioliskraft. Auf der Nordhalbkugel wird das
		Wasser dadurch nach rechts abgetrieben (in Windrichtung gesehen). Weil der Wind nur an
		der Oberfläche angreift, das Wasser aber durch Reibung bis in einiger Tiefe mitströmt,
		ändert sich die Strömungsrichtung mit der Tiefe (weg vom Wind, Richtung Corioliskraft)
		und auch die Geschwindigkeit (wird geringer). Ein Hochdruckwirbel (Antizyklone) auf
		der Nordhalbkugel bewirkt, dass das Wasser nach innen strömt, was dort den Wasserstand
		steigen und das Wasser nach unten absinken lässt. Die Thermokline wird dadurch nach
		unten "`verbogen"'. An Küsten sorgen derartige Ekman-Transportvorgänge dafür, dass Wasser
		am Festlandsschelf abtaucht oder auftaucht.
	\item Das Verhältnis von Meereis zwischen Sommer und Winter beträgt in der Arktis etwa $1:2$,
		in der Antarktis $1:3$. Bei der Arktis geschieht das Zufrieren plötzlicher, da
		es dort mehr "`kleine"' Buchten und Meerengen gibt, die auf einen Schlag zufrieren.
	\item Wasserhaushaltsgleichung: $P + E + R + S = 0$\\
		Gesamtbilanz aus Niederschlag (precipitation), Verdunstung (evaporation), Abfluss (runoff)
		und Speicherung (storage) ist Null.
	\item Einstellzeiten: in der Deckschicht Monate bis Jahre, im Tiefenwasser Jahrzehnte bis Jahrtausend
\end{itemize}


\section{Die Landoberfläche, Kryosphäre und Biosphäre}

\begin{itemize}
	\item effizienter Energieumsatz von Strahlung zu Wärmeenergie; starker Einfluss auf die Bodenluft;
		Energietransport im Boden durch Wärmeleitung
	\item Gebirgszüge sind Barrieren für die atmosphärische Zirkulation
	\item Zeitskala der Lithosphären-Vorgänge: Jahrtausend bis Jahrmillionen
	\item Das Klima wird von der Höhe über dem Meeresspiegel entscheidend beeinflusst.
	\item Gletscher haben nur einen lokalen Effekt auf das Klima, sind aber hervorragende
		Indikatoren für Klimaänderungen.
	\item Schnee sorgt für die größten Änderungen in der Kryosphäre.
	\item Permafrostboden macht etwa $20\,\%$ der Landoberfläche aus und beeinflusst dort die Vegetation.
	\item Auch wenn bei Eis und Schnee die Albedo (d.h. bei solarer Strahlung) sehr hoch ist,
		verhalten sie sich im terrestrischen Wellenlängenbereich wie Schwarzkörper.
	\item Neben der Auswirkung auf die Albedo ist Eis/Schnee auch ein sehr guter Isolator
		(zwischen Atmosphäre und Land bzw. Ozean) bzw. hat eine ausgleichende Wirkung
		durch Schmelz-/Verdampfungsenergie, außerdem sind Meeresspiegel und
		Salzgehalt eng an das Eisvolumen gekoppelt.
	\item Das Inlandseis befindet sich praktisch komplett in Antarktis und Grönland. Die
		Gebirgsgletscher sind mengenmäßig vernachlässigbar.
	\item Bei einer Klima-Erwärmung trägt das Abschmelzen des Grönland-Eises praktisch nicht zum Anstieg
		des Meeresspiegels bei; das Abschmelzen von Eis der Gebirgsgletscher und des arktischen Eises
		erhöht den Meeresspiegel, während das Abschmelzen der Antarktis ihn (momentan) eher zu
		senken scheint (weil durch die Erwärmung mehr Wasserdampf in der Luft ist).
		Der größte Beitrag zum Meeresspiegel-Anstieg kommt jedoch von der thermalen Ausdehnung des Wassers.
	\item In den letzten 100 Jahren hat sich der Meeresspiegel um ca. $15 \textrm{cm}$ erhöht;
		während der Eiszeiten war er bis zu $120 \textrm{m}$ tiefer als heute.
	\item Pflanzen wirken sich v.a. auf den Kohlendioxidkreislauf, den Wasserkreislauf und die Albedo aus
	\item Die Amplitude der Schwankung des Kohlendioxid-Gehalts nimmt mit zunehmender Breite
		zu, weil die Jahreszeiten stärker ausgeprägt sind. Weil in den relevanten Breiten
		auf der Südhalbkugel kaum Land ist (weiter nördlich ist die Schwankungsamplitude
		gering, weiter südlich das ewige Eis), sind die Schwankungen auf der Nordhalbkugel
		um ein Vielfaches höher, so dass die Gesamtbilanz ebenfalls eine deutliche Schwankung aufweist.
	\item Im Ozean ist die Produktion von Biomasse etwa $10\,\%$ der Produktion an Land.
	\item Das Verhältnis von in der Biosphäre vorhandenem und jährlich neu produziertem Kohlenstoff
		beträgt $10:1$, d.h. der Kohlenstoffkreislauf hat eine Umlaufzeit von ca. 10 Jahren.
	\item Die Lithosphäre ist das größte $\textrm{C}\textrm{O}_2$-Reservoir (Speicherung in Form von Karbonaten;
		ca. 20 Mrd. Gigatonnen Kohlenstoff sind gespeichert, im Vergleich zu 600~Gt in der Atmosphäre).
		Weitere Auswirkungen: Kontinente als Hindernisse für Meeresströmungen,
		Berge als Hindernisse für Luftströmungen, die Höhenlage beeinflusst das Klima ebenfalls.
\end{itemize}


\section{Energie}

\begin{itemize}
	\item Hauptenergiequelle für das Klima ist die Sonne mit $99,97\,\%$, d.h. im globalen Mittel am
		Oberrand der Atmosphäre $239 \textrm{W}/\textrm{m}^2$.
	\item Weitere Energiequellen: radioaktiver Zerfall (ca. $80\,\%$), Kristallisation ($12\,\%$), Gravitation
	\item Solarkonstante $S_0$ (englisch: TSI, total solar irradiance): Strahlungsflussdichte am Oberrand
		der Atmosphäre (TOA) bei senkrechtem Einfall in der durchschnittlichen Sonnenentfernung $1 \textrm{AE}$;
		diese Strahlungsflussdichte variiert, es ist also keine echte Konstante, Mittelwert $1366,5 \textrm{W}/\textrm{m}^2$.
		Langfristig (d.h. über Jahrmillionen) steigt die Sonnenstrahlung an, da sich die Sonne zum
		roten Riesen entwickelt.
	\item Die Sonne kann als punktförmige Strahlungsquelle betrachtet werden; weil die Fläche mit dem
		Quadrat der Entfernung zunimmt (bestrahlt wird eine kugelförmige Fläche rund um die Strahlungsquelle),
		nimmt entsprechend die Strahlungsflussdichte mit dem Quadrat der Entfernung ab. Dadurch
		schwankt die Strahlungsflussdichte stärker, als es die Entfernung zur Sonne tut.
	\item Die Erde ist etwa am 3. Januar im Perihel (d.h. am nächsten an der Sonne (0,983~AE), größte
		Bahngeschwindigkeit), das Aphel wird am 4. Juli erreicht (größte Entfernung: 1,017~AE); genau eine
		astronomische Einheit beträgt der Abstand am 4. April und 5. Oktober. Das bedeutet, dass die
		Auswirkungen der Veränderung des Abstands Erde-Sonne ziemlich genau entgegengesetzt zu
		den Jahreszeiten auf der Nordhalbkugel sind (Unterschied:
		$\pm 3,5\,\% \hat{=} \pm 48\frac{\textrm{W}}{\textrm{m}^2}$),
		und dass auf der Nordhalbkugel der Winter kürzer als der Sommer ist.
	\item Strahlungsenergie (TOA) abhängig von Zeitpunkt und Zenitwinkel $Z$:
		\[ S = S_0 \cdot \frac{r_0^2}{r(t)^2} \cdot \cos Z \]
	\item Zenitwinkel $Z$:
		\[ \cos Z = \sin(\varphi) \sin(\delta) + \cos(\varphi) \cos(\delta) \cos(h) \]
		mit:\\
		$\varphi$: geographische Breite (Winkel zwischen Äquator und Breitenkreis)\\
		$\delta$: Deklination (Winkel zwischen Sonne und Äquatorebene, schwankt zwischen $\pm 23,4438^\circ$)\\
		$h$: Stundenwinkel (Winkel zwischen Südmeridian und Sonnenmeridian, z.B. $90^\circ$ um 18:00 Ortszeit)\\
		Herleitung: Kugeldreieck zwischen Nordpol, Standort und Zenitort der Sonne; in einem Kugeldreieck
		gilt der Seitenkosinussatz $\cos(c) = \cos(a) \cdot \cos(b) + \sin(a) \cdot \sin(b) \cdot \cos(\gamma)$, wobei
		die Winkel $a,b,c$ am Erdmittelpunkt zwischen den jeweiligen Seiten gemessen werden ($a$ und $b$
		zwischen Nordpol und Standort bzw. Nordpol und Zenitort, $c$ zwischen Stand- und Zenitort), und $\gamma$
		der Winkel zwischen den Dreiecksseiten am Nordpol ist. $c$ ist der gesuchte Zenitwinkel, $\gamma$
		die Längendifferenz zwischen Stand- und Zenitort (also der Stundenwinkel), und $a$ und $b$ kann man als
		$90^\circ$ minus der jeweiligen geographischen Breite ausdrücken, wodurch sich Sinus und Cosinus
		vertauschen.
	\item Stundenwinkel $h$, abhängig von der Uhrzeit $t_h:t_m:t_s$:
		\[ h = 15^\circ \cdot \frac{(t_h - 12) \cdot 3600 + t_m \cdot 60 + t_s}{86400} \]
		Als Uhrzeit muss die wahre Ortszeit eingesetzt werden; diese berechnet sich aus der mittleren
		Ortszeit (d.h. Zonenzeit $\pm$ 4 Minuten pro Längengrad), die Zeitdifferenz zu ihr ist:
		\[ \Delta t = -0,123570 \cdot \sin(\alpha) + 0,004289 \cdot \cos(\alpha) - 0,153809 \cdot \sin(2 \alpha)
		- 0,060783 \cdot \cos(2 \alpha)\]
	\item Deklination $\delta$, abhängig vom Tag $d$ im Jahr:
		\begin{eqnarray*}
		\delta &=& \arcsin \left[ \sin(23,4438^\circ) \cdot \sin \left( 279,9348^\circ + \alpha \right.\right.\\
		&+& 1,914827^\circ \cdot \sin(\alpha) - 0,07925^\circ \cdot \cos(\alpha) \\
		&+& \left.\left. 0,019938^\circ \cdot \sin(2 \alpha) - 0,001620^\circ \cdot \cos(2 \alpha)\right) \right]
		\end{eqnarray*}
		mit $\alpha = (d - 1)/365 \cdot 360^\circ$\\
		Vereinfachte Berechnung:
		\[ \delta = 23,4438^\circ \cdot \sin \left(\frac{d + 284}{365} \cdot 360^\circ\right) \]
	\item Energiebilanz einer Oberfläche: $G = R_s + LE + SH + F$ mit:\\
		$G$: Bodenwärmestrom (Energie in den Boden hinein oder hinaus; im Jahresmittel $0$)\\
		$R_s$: Strahlungsbilanz der Oberfläche\\
		$LE$: Energietransport durch latente Wärme (latent heat)\\
		$SH$: Energietransport durch fühlbare Wärme (sensible heat)\\
		$F$: horizontaler Energietransport unter der Oberfläche
	\item Die Sonnenstrahlung führt in einem Bereich von $\pm 40^\circ$ rund um den Äquator zu einem
		Energieüberschuss (weil einfallende Strahlung v.a. auf die äquatorialen Gebiete trifft, aber
		in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt wird); von dort wird Energie durch Atmosphäre/Wasser
		in Richtung polare Regionen abtransportiert.
	\item Energieinhalt der Atmosphäre: insgesamt ca. $2571 \textrm{MW}/\textrm{m}^2$, aufgeteilt in
		\begin{itemize}
			\item fühlbare Wärme (70\,\%) -- steckt in der Wärmekapazität der Gase, bezogen auf $0 \textrm{K}$
			\item potenzielle Energie (27\,\%)
			\item latente Wärme (2,7\,\%) -- wird durch Kondensation bzw. Kristallisation
			\item kinetische Energie (0,05\,\%) -- Windenergie
		\end{itemize}
		Vergleich: Ein Kernkraftwerk bräuchte ca. 7 Millionen Jahre, um die Energie zu erzeugen,
		die in der Atmosphäre steckt.
	\item Energiegehalt der Ozeane: insgesamt ca. $4,58 \cdot 10^6 \textrm{MW}/\textrm{m}^2$, davon ist
		der weitaus größte Teil fühlbare Wärme, und lediglich die potenzielle Energie spielt mit
		1,3\,\% eine nennenswerte Rolle.
	\item Ozeane transportieren die Wärme vom Äquator in Richtung der Pole. Dabei transportiert der
		Atlantik Wärme v.a. nordwärts (auch auf der Südhalbkugel), und der indische Ozea v.a.
		südwärts (auch auf der Nordhalbkugel), so dass die Gesamtbilanz der über den Äquator
		transportierten Wärme 0 ist.
	\item Einfluss von Wolken: Vergleich der Messungen aus der "`clear sky climatology"'
		(Satelliten messen die Strahlung im wolkenfreien Zustand, d.h. wenn die Strahlungstemperatur
		hoch und die Albedo niedrig ist) und dem Mittelwert am entsprechenden Ort.
		Der Einfluss der Wolken auf die Energiebilanz am Oberrand der Atmosphäre heißt
		"`cloud forcing"'.
	\item Wolken verringern die Einstrahlung im sichtbaren Bereich (d.h. kühlen ab) und erhöhen die Abschirmung
		im terrestrischen Bereich (d.h. erwärmen). Je größer die Albedo der Wolke, desto stärker die
		Abschattung im sichtbaren Bereich; je wärmer (d.h. tiefer) die Wolkenoberfläche ist, desto
		mehr Wärme strahlt sie im terrestrischen Bereich ab $\Rightarrow$ dichte, tiefe Wolken wirken
		kühlend, dünne hohe Wolken (Cirrus) wirken wärmend. Die Erwärmung im langwelligen Bereich
		tritt vor allem in äquatorialen bis mittleren Breiten auf (und hat dort die stärksten Schwankungen),
		während die Abkühlung im kurzwelligen Bereich v.a. in hohen Breiten und über Ozeanen auftritt
		(und dort ihre stärksten Schwankungen hat).\\
		Etwas abweichend ist die Situation in der Antarktis: Weil die Wolken generell eine geringere Albedo
		als die Eis-Oberfläche haben, wirken sie immer erwärmend.
	\item Die Abstrahlung nimmt im Allgemeinen mit der Breite ab. Aber auch am Äquator ist ein lokales
		Minimum, weil die dortige Bewölkung (hohe Wolken, kalte Obergrenze) weniger abstrahlt als
		der heiße Boden in den Subtropen.
	\item Gesamteffekt der Wolken: ca. $20 \textrm{W}/\textrm{m}^2$ Abkühlung (zum Vergleich: menschlicher Treibhauseffekt
		liegt im Bereich von $2$-$3 \textrm{W}/\textrm{m}^2$). Ohne natürlichen Treibhauseffekt läge die Temperatur auf
		der Erde um ca. $30 \textrm{K}$ niedriger.
\end{itemize}


\section{Rückkopplungsmechanismen}

Positive Rückkopplung: selbstverstärkender Vorgang, destabilisiert das System\\
Negative Rückkopplung: selbstabschwächender Vorgang, stabilisiert das System

Beispiele für Rückkopplung im Klima:
\begin{itemize}
	\item Wasserdampf als Treibhausgas: höhere Temperatur bewirkt höhere Verdunstung, positive Rückkopplung
	\item Eis-Albedo: hohe Albedo von Eis bewirkt Verringerung der absorbierten Strahlung, dadurch sinkt
		die Temperatur weiter, Eis kann sich weiter ausbreiten -- allerdings sinkt auch die Verdunstung
		und damit der Niederschlag, d.h. positive Rückkopplung mit Dämpfung
	\item Wolken: höhere Temperatur sorgt für mehr Wasserdampf in der Atmosphäre;
		sowohl positive als auch negative Rückkopplung, weil Wolken sowohl erwärmen als auch
		abkühlen können
	\item $\textrm{C}\textrm{O}_2$-Kreislauf: Erstens führt ein erhöhter $\textrm{C}\textrm{O}_2$-Gehalt in der Atmosphäre
		zu Erwärmung, wodurch sich weniger Kohlendioxid im Wasser löst und dadurch der Gehalt in der
		Atmosphäre weiter steigt. Zweitens führt eine Erwärmung auch zu einer Stabilisierung der
		ozeanischen Deckschicht, wodurch weniger Kohlendioxid ins Tiefenwasser gelangen kann, d.h.
		mehrfach positive Rückkopplung.
\end{itemize}


\section{Klimavariabilität}

Man unterscheidet externe Ursachen wie Vulkanausbrüche oder Veränderung der Sonnenaktivität,
und interne Ursachen wie ENSO, NAO oder QBO, die durch Rückkopplungsprozesse verursacht werden.
Dabei zeigen Prozesse mit Atmosphäre-Ozean-Wechselwirkung einen ausgeprägten Jahresgang wegen
der Variation der Sonnenstrahlung, während andere Prozesse eine geringere Schwankungsamplitude und
eine längere Periodendauer besitzen.

Beispiele für Klimaschwankungen:
\begin{itemize}
	\item Wechsel von Warm- und Kaltzeiten durch Veränderung der Erdbahn (Dauer: über 100000 Jahre)
	\item lokale Temperaturwechsel durch plötzliche Änderungen in der ozeanischen Zirkulation (Dauer: Jahrzehnte)
	\item Solaraktivität des Gleissberg-Zyklus, Variabilität der ozeanischen Zirkulation (Dauer: Jahrzehnte bis Jahrhunderte)
	\item Temperaturschwankungen durch Veränderung der Sonnenaktivität im Schwalbe-Zyklus (Dauer: 11 Jahre)
	\item kurzfristige Temperaturerhöhungen durch El-Niño-Ereignisse, kurzfristige Temperaturerniedrigungen durch La-Niña-Ereignisse oder Vulkanausbrüche (Dauer: wenige Jahre)
\end{itemize}


\subsection{ENSO (El Niño Southern Oscillation)}

\begin{itemize}
	\item besteht aus einer ozeanischen Komponente (El Niño) und einer atmosphärischen Komponente (Southern Oscillation)
	\item El Niño: Der kalte Humboldtstrom entlang der Küste von Peru und Ecuador (kommt von der Antarktis, fließt
		nach Norden, und wird am Äquator durch den Passat nach Westen gelenkt) wird durch eine warme Meeresströmung
		ersetzt. Vor allem der äquatoriale Ostpazifik wird an der Meeresoberfläche erwärmt.
		Dieses Phänomen tritt unregelmäßig, alle 3 bis 7 Jahre, auf; das Maximum ist
		stets rund um die Weihnachtszeit (daher der Name: "`Christkind"'). Dauer: 12--15 Monate.
	\item Walker-Zirkulation: Die Vertikalbewegung der Luft ist an die Wassertemperatur an der Oberfläche
		(SST, sea surface temperature) gekoppelt -- wo es warm ist, steigt Luft auf, und wo es kalt ist,
		sinkt sie ab. Das ergibt ein Aufsteigen über Indien, Indonesien, Ostafrika, Amazonas, und ein
		Absinken über dem West-Indik, Westafrika, und v.a. über dem äquatorialen Ostpazifik.
	\item Man hat also eine parallele Bewegung der Luftmassen, die bei Südamerika absinken, über das Meer nach
		Westen wandern und bei Indonesien wieder aufsteigen, und dem Humboldt-Strom, der in die gleiche Richtung
		fließt. Das ergibt an der australischen Küste einen 50~cm höheren Meeresspiegel als in Südamerika.
	\item El-Niño-Bedingungen: Die Walker-Zirkulation ist umgekehrt, die Luft steigt über dem Ostpazifik auf
		und sinkt über Australien ab. Über dem Pazifik herrscht ein Westwind statt Ostwind.
		Der Wasserstand im Westpazifik sinkt um 20~cm, im Osten steigt er um 15~cm, und die Thermokline
		(d.h. Linie gleicher Wassertemperatur, fällt von Südamerika Richtung Australien) steigt am australischen
		Ende um 20~m. Folge: Trockenheit in Australien/Südostasien, Niederschläge in den Anden,
		verringerter Austausch zwischen kaltem und warmem Wasser $\Rightarrow$ Fische wandern ab.
	\item La-Niña-Bedingungen: Wie bei Normalbedingungen, aber mit größerer Intensität. Der Wasserstand steigt in
		Australien um 10~cm und fällt in Südamerika um 5~cm, und die Thermokline ist stärker geneigt
		(Niveau gleicher Temperatur sinkt/steigt in Australien/Südamerika um jeweils 20~m).
	\item Kennzeichen: SOI (Southern Oscillation Index) = Luftdruckdifferenz zwischen der Osterinsel und
		Darwin (Australien); ist diese Differenz niedrig, bedeutet das eine schwache Walker-Zirkulation
		und damit ENSO-Bedingungen. Tatsächlich zeigen SOI und die Temperaturanomalie in Südamerika eine
		starke Korrelation. Der Korrelationsindex wird maximal bei einer Verschiebung um 4,5 Monate,
		d.h. zuerst ändert sich das Windfeld (SOI) und dann erst die Temperatur (SST).
	\item Wechselwirkung zwischen ostwärts laufenden Kelvin-Wellen und westwärts laufenden Rossby-Wellen im Ozean
	\item Auswirkungen auch auf die Malaria-Infektionsraten in Südamerika: Bei El-Niño-Bedingungen regnet es
		dort mehr, es gibt mehr Pfützen, und damit bessere Brutbedingungen für Mücken.
\end{itemize}


\subsection{NAO (North Atlantic Oscillation)}

\begin{itemize}
	\item starke negative Korrelation zwischen Azorenhoch (rotiert im Uhrzeigersinn) und Islandtief (rotiert
		im Gegenuhrzeigersinn)
	\item positive NAO-Phase: Azorenhoch und Islandtief stärker ausgeprägt, dadurch stärkerer Westwind
		dazwischen, dadurch können atlantische Tiefdruckgebiete weiter nach Osten vorstoßen, kontinentale
		Kaltluft wird weiter nach Osten abgedrängt $\Rightarrow$ warme feuchte Winter in Europa,
		intensivere Tiefdruckgebiete mit höheren Windgeschwindigkeiten auf nach Norden verschobenen
		Zugbahnen, mehr Polarluft in Nordkanada/Grönland, milde feuchte Winter an der Ostküste der USA.
	\item negative NAO-Phase: schwacher Westwind, Zugbahnen der atlantischen Tiefdruckgebiete sind nach Süden
		verschoben, feuchte Winter im Mittelmeerraum, Kaltlufteinbrüche in Mitteleuropa und an der Ostküste
		der USA möglich, milde Winter in Grönland (Westwind bläst die Luft nicht weit nach Europa).
	\item starke positive Korrelation zwischen NAO-Index und Temperatur in Nordeuropa und an der Ostküste
		der USA; negative Korrelation in Nordafrika und Nordkanada.
\end{itemize}


\subsection{QBO (Quasi-Biennial Oscillation)}

\begin{itemize}
	\item Wechsel von Westwind- und Ostwindregime in der äquatornahen Stratosphäre (maximale Windgeschwindigkeit in 24~km Höhe)
	\item Periodendauer im Mittel 26 Monate
	\item Westwindphasen meist etwas länger, Ostwindphasen dafür intensiver
	\item Hurricanes sind in der Westwindphase etwa doppelt so häufig wie in der Ostwindphase
	\item In der Westwindphase gibt es eine starke Korrelation zwischen der solaren Strahlung und der
		Temperatur der 30~hPa-Fläche; in der Ostwindphase gibt es eine Antikorrelation.
	\item weitere Auswirkungen: Einfluss auf den Monsun, den Niederschlag in der Sahel-Zone, den Aerosolgehalt
		in der Stratosphäre nach Vulkanausbrüchen, und Wechselwirkung mit ENSO
\end{itemize}


\subsection{Vulkanausbrüche}

\begin{itemize}
	\item Aerosole erhöhen die Albedo sowohl direkt als auch indirekt durch ihre Wirkung als Kondensationskeime (Wolkenbildung). Dadurch findet eine Abkühlung statt (bei starken Ausbrüchen weltweit um mehrere Zehntelgrad).
	\item Chemische Reaktionen in der Atmosphäre (z.B. durch chlorhaltige Stoffe).
	\item Im lokalen Maßstab bewirkt auch sedimentierte Asche eine Erhöhung der Albedo des Erdbodens.
	\item Die Abschirmung der Sonnenstrahlung durch Sulfatpartikel in der Stratosphäre steigt
		nach dem Ausbruch im Laufe mehrerer Monate stark an, anschließend dauert es mehrere Jahre,
		bis die Partikel wieder aus der Stratosphäre verschwunden sind.
	
\end{itemize}


\section{Klimageschichte}

Über die Temperatur sind am meisten Daten vorhanden; über Niederschläge usw. können wesentlich
weniger Aussagen getroffen werden.


\subsection{Entwicklung der Durchschnittstemperatur}

Wenn man die Durchschnittstemperatur betrachtet, ergibt sich folgendes Bild (Referenztemperatur $15~^\circ\textrm{C}$):
\begin{itemize}
	\item letzte 1000 Jahre: Die Durchschnittstemperatur lag insgesamt unter dem heutigen Wert.
		Im mittelalterlichen Optimum (bis ca. 1300) lag sie geringfügig darüber, aber in der darauf folgenden
		"`kleinen Eiszeit"' (ca. 1300--1850) deutlicher darunter.
	\item letzte 10000 Jahre: Die Durchschnittstemperatur lag insgesamt über dem heutigen Wert,
		wofür vor allem das holozäne Optimum (vor 8000--3000 Jahren) verantwortlich ist.
	\item letzte 100000 Jahre: Die Durchschnittstemperatur erreichte nur in den letzten 10000 Jahren eine
		heutige Größenordnung, davor war sie wegen der Würm-Eiszeit um bis zu $4~^\circ\textrm{C}$ niedriger.
	\item letzte Million Jahre: Starke Schwankungen sind zu beobachten, aber insgesamt lag die
		Durchschnittstemperatur unter dem heutigen Wert.
	\item letzte Milliarde Jahre: Die heutige Temperatur liegt deutlich näher am Minimum (ca. $11~^\circ\textrm{C}$)
		als am Maximum (Devon bis Tertiär, bis zu $25~^\circ\textrm{C}$).
\end{itemize}


\subsection{Quellen für die Klima-Analyse}

\begin{itemize}
	\item Satellitenbilder, Radiosondenaufstiege: seit ca. 1970 bzw. 1950; die Anzahl der Radiosondenstationen
		(ca. zwei Sondenaufstiege pro Tag) nimmt in den letzten Jahren tendenziell ab
		(v.a. wegen Einsparungen in den ehemaligen Ostblock-Ländern); Radiosonden-Daten sind wichtig,
		um die Messwerte der Satelliten interpretieren zu können (Eichung);
	\item Wetteraufzeichnungen: Nur zwei Stationen weltweit (Hohenpeißenberg, sowie eine Station in England)
		bieten eine kontinuierliche Wetteraufzeichnung seit 200 Jahren. Genauso wie die Radiosondenstationen
		sind die Wetterstationen vor allem auf der Nordhalbkugel (und dort v.a. auf Europa, USA, Japan usw.)
		konzentriert, während die Südhalbkugel und vor allem die Ozeane sehr schlecht abgedeckt sind.
		Ähnlich bei den Schiffsbeobachtungen: Der Nordatlantik ist relativ stark abgedeckt, während im
		Pazifik nicht viel los ist.
	\item Überlieferungen: Wettertagebücher (z.B. in Klöstern: Abt Knauer schrieb den Hundertjährigen Kalender
		mit Hilfe von Beobachtungen aus der Zeit 1652--1658), Beginn der Kirschblüte am japanischen Kaiserhof
		(seit 812 n. Chr. überliefert), Datum der Weinlese, Nilfluten in Ägypten (bis 3050 v. Chr.),
		Berichte über Naturkatastrophen
	\item indirekte Überlieferungen: Bilder (z.B. Gemälde aus verschiedenen Jahrhunderten, oder auch Höhlenmalereien),
		Sagen und Mythen (z.B. Sintflut)
	\item Eisbohrkerne: Analyse der Schichtstruktur und -dicke, der eingeschlossenen Luftbläschen
		(Gehalt von Kohlendioxid und Methan), der Einlagerungen (Pollen, Staub, Seesalz $\Rightarrow$
		Windverhältnisse; Schwefelsäure und Spurenelemente $\Rightarrow$ vulkanische Tätigkeit),
		Isotopenanalyse (Isotopenbildung durch Höhenstrahlung, Rückschlüsse auf Sonnenfleckenzyklus);
		seit den Eiszeiten haben sich nicht nur die absoluten Schichtdicken, sondern
		auch die Variablität geändert; Zeitintervall: bis 440000 Jahre (mit hoher Genauigkeit bis 40000 Jahre);
		zeitliche Auflösung: je nach Tiefe (weil in der Tiefe die Schichten stark zusammengepresst sind,
		ist dort die Auflösung geringer als an der Oberfläche) von jahreszeitlich bis Jahrzehnt;
	\item Dendrochronologie (Jahresringe von Bäumen): Die Dicke der Jahresringe ist von Temperatur und Niederschlag
		abhängig; man kann nicht nur die Ringe an sich betrachten, sondern z.B. auch einen Vergleich mit Holz
		bekannten Alters (z.B. aus alten Holzbalken von Häusern oder Schiffen) durchführen.
		Manchmal sind sogar saisonale Muster erkennbar, z.B. El Niño, oder besondere Ereignisse
		wie Waldbrände (daraus erkennbar: Häufigkeit von Waldbränden). Jahresringe sind
		nur bei Bäumen in den mittleren Breiten vorhanden, weil es dort ausgeprägte Jahreszeiten gibt --
		und wegen der Verteilung der Landmassen ist, ebenso wie bei den Wetterstationen, die Nordhalbkugel
		begünstigt. Im Allgemeinen kann man bei einem Baum einen zusammenhängenden Zeitraum von ca. 500--700
		Jahren betrachten, durch Betrachtung mehrerer Bäume kommt man wesentlich weiter: manche Reihen
		kann man sogar zusammenhängend 11000 Jahre zurückverfolgen, die älteste Reihe (Dauer: 1200 Jahre)
		ist 50000 Jahre alt. Zeitliche Auflösung: ein Jahr
	\item Korallen: Methode ähnlich wie Dendrochronologie, aber für die äquatorialen Breiten; man kann schließen auf die
		Meeresoberflächentemperatur (schwerer Sauerstoff!), die Salinität, den Wasserkreislauf (Niederschlag, Abfluss),
		auch ein El-Niño-Signal ist erkennbar. Zeitraum: zusammenhängend bis 400 Jahre (Lebensdauer einer Koralle),
		mit einer zeitlichen Auflösung von ca. einem Monat; die ältesten Korallen sind ca. 130000 Jahre alt.
	\item Foraminiferen: Schwerer Sauerstoff wird in den Calcit-Schalen gebunden.
	\item Pollen: Betrachtung der Vegetation, deren zeitliche Variation (wobei man davon ausgeht, dass heutige
		und frühere Vegetation ähnlich ist); Ablagerung in Sedimentschichten; Zeitraum: mehrere Millionen Jahre;
		zeitliche Auflösung typischerweise 50 Jahre;
	\item Sedimente: in Seen oder Ozeanen; die ältesten Sedimente auf der Erde sind ca. 350 Millionen Jahre alt;
		Zeitintervall typischerweise mehrere hunderttausend Jahre bis Jahrmillionen; zeitliche Auflösung im
		Bereich von Jahrzehnt bis Jahrtausend (Sedimente wachsen an Land deutlich schneller als im Meer oder
		erst recht in der Tiefsee); Indikatoren: grobes Material = Eisberge, feiner Staub
		= Trockenheit, Tonminerale = Informationen über das Wetter an Land, Foraminiferen, schwerer Sauerstoff,
		radioaktiver Kohlenstoff (bei organischen Einlagerungen);
	\item Geomorphologie: z.B. Spuren von Vergletscherung (Endmoränen, Findlinge, Talformen, Schleifspuren am Gestein),
		frühere Küstenlinien ($\Rightarrow$ Meeresspiegel), Verwitterungsspuren an Gesteinen (Art der Verwitterung:
		durch Wasser, Wind, Frost usw.)
\end{itemize}


\subsection{Methoden zur Auswertung}

\begin{itemize}
	\item statistische Methoden; Beispiel: Spektralanalyse des Temperaturverlaufs (d.h. der Temperaturverlauf
		wird Fourier-transformiert, um Periodizitäten erkennen zu können; eine stets gleiche Periodendauer
		zeigt sich dann im Diagramm als scharfer Peak, eine schwankende Periodendauer als verbreiteter Peak,
		und unperiodische Vorgänge = weißes Rauschen ergibt in der Fouriertransformation eine horizontale Gerade)
	\begin{itemize}
		\item elliptische Erdbahn: Je elliptischer die Erdbahn ist, desto stärker ist der Einfluss
			auf die Jahreszeiten (z.B. fällt momentan Perihel und Süd-Sommer praktisch zusammen
			$\Rightarrow$ Verstärkung; der Einfluss der Exzentrizität der Erdbahn auf die Jahreszeiten
			ist um den Faktor 10 geringer als der Einfluss durch die Erdachsenneigung),
			der durchschnittliche Abstand zur Sonne ist geringer,
			die gesamte auf der Erde auftreffende Strahlungsleistung ist damit höher
			(da sie quadratisch mit dem Abstand abnimmt).\\
			Die numerische Exzentrizität der Erdbahn schwankt zwischen 0 und 0,06 in zwei Perioden
			von 100000 und 413000 Jahren $\Rightarrow$ zwei Peaks in der Fourieranalyse.
		\item Präzession der Erdbahn: Die große Halbachse dreht sich in Gegenrichtung zur Bewegung der Erde
			auf der Bahn $\Rightarrow$ Rotation von Perihel bzw. Aphel.
		\item Schwankung der Erdachsenneigung (Winkel zwischen Erdachse und Erdbahnnormale):
			Je stärker die Erdachsenneigung ist, desto mehr Energie gelangt zu den Polen (und weniger
			an den Äquator), die Jahreszeiten sind stärker ausgeprägt.\\
			Die Neigung beträgt momentan $23^\circ 27'$, sie schwankt zwischen $22,2^\circ$ und
			$24,5^\circ$ mit einer Periode von 41000 Jahren.
		\item Präzession der Erdachse (\emph{lunisolare Präzession}):
			Beeinflusst die Position des Polarsterns, des Frühlingspunkts,
			der \emph{Kardinalpunkte} (\emph{Solstitien} und \emph{Äquinoktien}) usw.
			und damit die Lage der Jahreszeiten relativ zum Perihel/Aphel.\\
			Die Erdachse präzediert mit einer Periode von 25700 Jahren. Die Präzession der
			Erdachse läuft im Uhrzeigersinn und damit in entgegengesetzter Richtung wie die Präzession der Erdbahn.
		\item Dauer von Sommer/Winter: Ausgangspunkt ist das 2. Keplersche Gesetz, in gleichen Zeiten $T$ werden
			vom Bahnvektor gleiche Flächen $A$ überstrichen: $T/A = T'/A'$.\\
			Für die Fläche gilt:
			\[ A = \frac{1}{2} \int_\nu^{\nu + \pi} r^2 d\nu \]
			mit
			\[ r^2(\nu) = \frac{b^4}{r_0^2} \sqrt{1 + \varepsilon \cos(\nu)}^{-1} \approx \frac{b^4}{r_0^2} \left(1 - 2 \varepsilon \cos(\nu) \right) \]
			Daraus ergibt sich:
			\[ T_{S/W} = \frac{T}{2} \left(1 \pm \frac{4 \varepsilon}{\pi} \sin \nu_0 \right) \]
			mit $\nu_0 = 77^\circ39'$, $T = 365,24 \textrm{d}$, $\varepsilon = 0,01675$
			$\Rightarrow$ das Sommerhalbjahr (auf die Nordhalbkugel bezogen) ist, weil der Sommer mit
			dem Aphel zusammenfällt (d.h. langsamere Bahngeschwindigkeit),
			um eine gute Woche länger als das Winterhalbjahr.
		\item Definitionen von Halbjahren:\\
			astronomisches Halbjahr: von Frühlingspunkt zu Herbstpunkt\\
			kalorisches Halbjahr: Halbjahr, in dem die solare Einstrahlung (bezogen auf eine bestimmten Breite)
			komplett größer/kleiner als im anderen Halbjahr ist.
		\item Sonnenflecken: Zu beobachten ist eine Überlagerung von zwei Zyklen mit einer Dauer von 11 bzw. 90
			Jahren.
		\item QBO: Macht sich in der Globaltemperatur mit einer Periode von 2,1 Jahren bemerkbar.
			Weil Nord- und Südhalbkugel unterschiedlich große Landmassen haben und damit
			unterschiedlich schnell reagieren, ergibt sich in der Fourieranalyse ein Doppelpeak.
		\item Tiefdruckgebiete: zeigen eine Periodizität von ungefähr 3--7 Tagen
		\item Die Eiszeiten lassen sich mit Einstrahlungsanomalien in Verbindung bringen, d.h. die Sonne
			scheint die Ursache für Eis- und Warmzeiten auf der Erde zu sein. Die Schneegrenze wird
			durch die Temperatur bestimmt, d.h. die Eisbedeckung nimmt zu, wenn der Zeitraum, in dem
			die Temperatur unter $0~^\circ\textrm{C}$ fällt, länger wird. Vor allem kalte Sommer fördern
			die Vereisung, und die Nordhalbkugel ist wegen der großen Landfläche anfälliger für Vereisung
			als die Südhalbkugel.
	\end{itemize}
	\item Radiokarbon-Methode: Durch Höhenstrahlung wird Stickstoff (${}^{14}\textrm{N}$) in radioaktiven Kohlenstoff
		(${}^{14}\textrm{C}$; Halbwertszeit 5780 Jahre) umgewandelt, der von allen Lebewesen inkorporiert wird
		(bei Tieren direkt als elementarer Sauerstoff, bei Pflanzen in Form von Kohlendioxid);
		mit dem Tod hört diese Kohlenstoffaufnahme auf, d.h. ab dann zerfallen die radioaktiven Atome,
		mit Kenntnis der Halbwertzeit kann man auf das Alter schließen (bis max. ca. 50000 Jahre).
		Diese Methode geht davon aus, dass die Neutronenproduktion und damit die Höhenstrahlung
		konstant ist, was eine konstante solare Strahlungsleistung und ein konstantes Erdmagnetfeld voraussetzt.
		Funktioniert nur für ältere Stoffe, weil erstens durch die vermehrte
		Verbrennung fossiler Brennstoffe (${}^{14}\textrm{C}$-frei) in den letzten 150--200 Jahren das
		Gleichgewicht gestört wurde, außerdem haben die oberirdischen Kernwaffentests in den 1960er-Jahren
		große Mengen an radioaktivem Kohlenstoff freigesetzt.\\
		Andere radioaktive Isotope, die zur Datierung geeignet sind (in der Klammer die Halbwertszeit und der
		Haupteinsatzzweck):\\
		${}^{87}\textrm{Rb}$ (47 Mrd. Jahre; Granit)\\
		${}^{238}\textrm{U}$ (4,5 Mrd. Jahre; div. Gesteine)\\
		${}^{235}\textrm{U}$ (700 Mio. Jahre; div. Gesteine)\\
		${}^{40}\textrm{K}$ (1,3 Mrd. Jahre; Basalt)\\
		${}^{230}\textrm{Th}$ (75000 Jahre; Korallen)\\
		Bei manchen Isotopen ergeben die Tochterkerne gasförmige Elemente, die entweichen. Dort kann man
		nicht das Verhältnis zerfallen/nicht zerfallen untersuchen, was z.B. bei radioaktivem Kohlenstoff
		auch gar nicht nötig ist.
	\item Beispiel für Isotopenanalyse: Wasser, das schweren Sauerstoff ${}^{18}\textrm{O}$ enthält,
		verdunstet nicht so leicht wie normales Wasser. Dadurch wird beim Wasserdampftransport vom
		Äquator zum Pol der ${}^{18}\textrm{O}$-Gehalt bei jedem Schritt von Verdunstung und Kondensation
		geringer. Die polaren Eiskappen sind besonders arm an schwerem Sauerstoff (und die Tiefsee besonders reich),
		deshalb kann man bei einem hohen Gehalt von schwerem Sauerstoff z.B. in den Schalen von Meereslebewesen
		oder in Sedimenten auf ein kaltes Klima schließen, weil erstens das "`verdünnende normale Wasser"'
		in Form von Polareis ausgefroren ist (d.h. Funktion des globalen Eisvolumens) und zweitens
		in kaltem Wasser mehr schwerer Sauerstoff gelöst ist (Temperaturerhöhung um $4,2\textrm{K}$
		verringert den ${}^{18}\textrm{O}$-Gehalt um ein Promille, d.h. Funktion der Wassertemperatur).
	\item Analyse von Schichtungen: z.B. bei Baumringen, Korallen, Eisbohrkernen, Sedimenten,
		Magmatiten (Ausrichtung der Magnetisierung)
\end{itemize}


\section{Anthropogene Klimabeeinflussung}


\subsection{Stadtklima-Effekt}

\begin{itemize}
	\item weniger Sonnenstrahlungsleistung, v.a. im Winter deutlich weniger UV-Strahlung, weniger Sonnenscheindauer
	\item Temperaturen sind im Mittel höher (besonders an Strahlungstagen), vor allem die Minimumtemperatur ist erhöht, durch die erhöhte Temperatur ist die relative Luftfeuchtigkeit geringer
	\item mehr Wolken, aber weniger Nebel
	\item mehr Niederschlag insgesamt, aber weniger Schnee
	\item weniger Wind, dafür böiger
	\item mehr Belastung durch gasförmige Verunreinigungen und Kondensationskeime, aber weniger natürliche Verunreinigungen (z.B. Pollen)
	\item Die Temperaturerhöhung ist ungefähr proportional zum Logarithmus der  Einwohnerzahl, wobei die Kurve in Nordamerika steiler ist als in Europa $\Rightarrow$ in Amerika sind große Städte wärmer als in Europa
\end{itemize}


\subsection{Ozon}

Ozon wirkt nicht nur als UV-Schutz (bei Wellenlängen unterhalb von $300 \textrm{nm}$ wirkt es absorbierend),
sondern auch als Treibhausgas, und zwar bei ca. $10 \mu\textrm{m}$ -- der Wellenlängenbereich ist zwar schmal,
aber liegt exakt im \emph{atmosphärischen Fenster}, das ist ein Bereich
in dem die anderen atmosphärischen Gase (v.a. Wasserdampf, das im restlichen infraroten Bereich stark absorbierend wirkt,
und Kohlendioxid) nicht absorbieren.

Durch Vergleich der Absorption am Boden und in $11 \textrm{km}$ Höhe kann man erkennen, wo die Absorption stattfindet.
Sauerstoff und Ozon absorbiert die Strahlung bereits in der Stratosphäre, während beispielsweise Methan, Kohlendioxid
und Distickstoffoxid vor allem in der Troposphäre aktiv ist. Der Einfluss von Wasserdampf ist in beiden Schichten zu sehen.

Anmerkung: Bei Angaben von Konzentrationen ist darauf zu achten, ob sie sich auf die Masse oder das Volumen beziehen;
außerdem wird manchmal die Menge der Gesamtsubstanz und manchmal die Menge eines Bestandteils angegeben,
d.h. $100 \textrm{Gt}$ Kohlendioxid entspricht $42,9 \textrm{Gt}$ reinem Kohlenstoff.


\subsection{Kohlenstoffkreislauf}

\begin{itemize}
	\item Im Kohlendioxid-Kreislauf gibt es ein Missverhältnis zwischen den bekannten anhropogenen Quellen
		(fossile Brennstoffe, Zementherstellung, doppelter Effekt bei Waldvernichtung durch die Brandrodung
		selbst sowie den Verlust der gerodeten Flächen als $\textrm{C}\textrm{O}_2$-Senken) und den
		Senken (Aufnahme in Atmosphäre und Ozean
		sowie Gewinn durch Wiederaufforstung v.a. auf der Nordhalbkugel) -- letztere sind kleiner.
	\item Etwa 20\,\% der künstlichen Kohlendioxid-Emissionen stammen aus Abholzungsvorgängen. In Afrika
		ist die $\textrm{C}\textrm{O}_2$-Freisetzung durch Abholzung größer als in Amerika.
	\item Kohlenstoff befindet sich in den Ozeanen in organischer Form (Tiere, Pflanzen, v.a. Plankton) und anorganischer
		Form. Sedimentiert wird Kohlenstoff v.a. als Kalziumcarbonat (anorganisch), aber auch organisch
		($\Rightarrow$ Entstehung von Erdöl).
	\item Je nach pH-Wert wird Kohlendioxid in verschiedener Form im Wasser gespeichert. In saurem Milieu vor
		allem als gelöste Kohlendioxid-Moleküle, in alkalischem Milieu als Carbonat-Ionen, und im neutralen
		Bereich (d.h. im Ozean und den meisten Gewässern) als Hydrogencarbonat-Ionen. Die Speicherfähigkeit
		des Wassers ist stark von der Temperatur abhängig; je höher die Temperatur ist, desto weniger Gas
		kann gespeichert werden.
	\item Der Kohlendioxid-Partialdruck des Ozeanwassers ist in äquatorialen Breiten höher als der der Luft,
		d.h. Kohlendioxid wird dort aus dem Wasser an die Atmosphäre abgegeben. In den mittleren Breiten ist
		es umgekehrt, dort nimmt der Ozean Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Vor allem in hohen Breiten
		zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Ozeanen; der Partialdruck ist im Pazifik über, im
		Atlantik dagegen deutlich unter dem Atmosphären-Partialdruck. In mittleren und äquatorialen Breiten
		verhalten sich beide Ozeane dagegen ähnlich.
	\item In Böden und Ozeanen ist ähnlich viel Kohlenstoff gespeichert wie in der Atmosphäre
		(als $\textrm{C}\textrm{O}_2$).
	\item Die Methan-Konzentration der Atmosphäre steigt seit etwa 200 Jahren deutlich an. Natürliche Methan-Quellen
		sind Feuchtgebiete, Termiten und Ozeane; anthropogene Quellen sind v.a. die fossilen Brennstoffe
		(Erdgas, Kohlegruben, petrochemische Industrie) sowie Gärungsvorgänge, Reisfelder, das Verbrennen von
		Biomasse, Mülldeponien und tierische und menschliche Abwässer. Als Methan-Senke fungiert v.a. die
		Atmosphäre (troposphärische Reaktion mit Hydroxid-Ionen sowie Aufstieg in die Stratosphäre) und der Erdboden.
\end{itemize}


\subsection{Stickstoff- und Schwefelkreislauf}

Natürliche Quellen von $\textrm{N}_2\textrm{O}$ sind Ozeane, Wälder und Grasland; anthropogene Quellen
sind Ackerflächen, Verbrennung von Biomasse, Industrie sowie Viehzucht. Als Senken fungiert die
Stratosphäre sowie der Erdboden. Entsprechend ist die Konzentration in mittleren Breiten, besonders
auf der Nordhalbkugel, sowie generell über Landflächen (die keine Wüsten sind) am größten.

Die globalen Schwefel-Emissionen sind bis etwa 1970 proportional zu den Kohlendioxid-Emissionen gewachsen, weil sie
aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammen. Seit diesem Zeitpunkt wachsen die Schwefel-Emissionen deutlich langsamer,
weil ab dann vermehrt Rauchgasentschwefelungsanlagen installiert wurden (d.h. das Wachstum von Kohlendioxid- und
Schwefel-Emissionen wurde entkoppelt). Entsprechend werden die heutigen Zuwächse 
bei der Schwefel-Emission v.a. durch Asien verursacht. Die Größenordnung der natürlichen Schwefelemissionen
wurde von den künstlichen Emissionen etwa in der Mitte des 20. Jahrhunderts überschritten.


\section{Klimamodelle}
\begin{itemize}
	\item In Klimamodellen muss berücksichtigt werden: Beschaffenheit und Eigenschaften von Erdoberfläche und
		Ozeanen, der Strahlungshaushalt, dynamische Vorgänge (z.B. Strömung in Luft und Wasser) und
		chemische Reaktionen.
	\item Bei der Modellierung von Luftschichten über Geländeformationen muss man beachten, dass diese vom
		Gelände beeinflusst werden. Die $z$-Koordinate ist dann nicht alleine eine Funktion der Höhe, sondern
		auch des darunter liegenden Geländes. Die virtuelle Höhe der Luftschichten kann z.B. die Summe aus
		Geländehöhe und Luftschichthöhe sein, oder sich z.B. nach dem Luftdruck richten
		(beeinflusst durch Düseneffekt und Fallwinde).
	\item Bilanzgleichungen: Bei inkompressiblen Strömungen sind Zu- und Abflüsse stets gleich, bzw. an der
		Oberfläche führen sie zu einer Erhöhung oder Erdniedrigung des Pegels. Bei kompressiblen Strömungen
		führen Unterschiede zwischen den Zu- und Abflüssen zu einer Veränderung der Dichte.
	\item Auflösung: Mit der Auflösung steigt die benötigte Rechenleistung stark an (z.B. verdoppelte
		räumliche (3D) und zeitliche Auflösung $\Rightarrow$ 16-fache Datenmenge), so dass viele geographische
		Details unberücksichtigt bleiben müssen (z.B. reichen die Alpen laut einem der Modelle von Nürnberg
		bis Florenz, mit Gipfelbereich zwischen München und Verona). Gleichzeitig sind für das Klima sehr
		viele Komponenten relevant, die sich auch durch ein noch so feines Raster kaum abbilden lassen
		(z.B. konvektive Bewölkung, Turbulenz) und entsprechend parameterisiert werden müssen.
	\item Problematisch dabei ist, dass die Zusammenhänge nichtlinear und außerdem z.T. noch unbekannt sind.
		Die Nichtlinearität wird dabei von der Advektion (= horizontaler Luftmassenaustausch) verursacht,
		denn dabei handelt es sich um den Transport einer Eigenschaft des Mediums (= Temperatur) durch
		Bewegung des Mediums selbst. Dies resultiert in einem chaotischen Verhalten -- identische Wetterlagen
		entwickeln sich langfristig vollkommen unterschiedlich, d.h. im großen Maßstab ist keine
		Systematik und keine Wiederholung vorhanden.
	\item Erstellung von Klimaprognosen:
	\begin{itemize}
		\item Der erste Schritt sind Annahmen über die Zunahme der Weltbevölkerung, das Wirtschaftswachstum,
			der Energie-Mix (d.h. welche Rohstoffe in welchem Anteil zu Energiegewinnung genutzt werden)
			und die Energie-Kosten (d.h. wie lohnend Energiesparmaßnahmen sind).
		\item Diese Annahmen werden dann in Emissionsmengen von Treibhausgasen und Aerosolen umgerechnet.
		\item Anschließend werden Klimamodelle berechnet, die Änderungen bei Temperatur, Niederschlag und
			Meeresströmungen liefern. Die meisten Klimamodelle sagen eine Abschwächung des Golfstroms
			und eine Zunahme von Stürmen voraus.
		\item Daraus schätzt man die Klimafolgen ab, d.h. inwieweit sich die Klima-Änderungen auf den Menschen
			auswirken (Anstieg des Meeresspiegels, Zunahme von Katastrophen durch Wetterextreme), und
			was dagegen getan werden kann. Zur Wahl stehen Vorsorgemaßnahmen (meist unpopulär),
			Gegenmaßnahmen im akuten Fall (meist technische Maßnahmen, teuer), oder lernen, mit
			den Folgen der Klimaveränderung zu leben.
	\end{itemize}
\end{itemize}


\section{Klimahypothesen}

\begin{itemize}
	\item Wirkungsmechanismus:
	\begin{itemize}
		\item Durch eine erhöhte Sonnenaktivität wird der kosmische Strahlenfluss auf der
			Erde reduziert, weil der stärkere Sonnenwind (= geladene Teilchen, v.a. Protonen und Elektronen)
			einen Strahlungsgegendruck erzeugt, der die kosmische Strahlung, die von außerhalb des
			Sonnensystems stammt (aus Supernova-Explosionen), besser abschirmt
			(Plasmablase des Sonnenwinds: \emph{Heliosphäre});
			dieser Zusammenhang gilt als sicher. Die folgenden Zusammenhänge sind dagegen hypothetisch.
		\item Durch die reduzierte Höhenstrahlung verringert sich die Wolkenbedeckung der Erde.
			(Entsprechendes wurde zwar beobachtet, kann aber nicht zweifelsfrei in Verbindung gebracht werden.
			Außerdem müsste die kosmische Strahlung v.a. Cirruswolken beeinflussen,
			die jedoch eher zu einer Erwärmung als zu einer Abkühlung führen.
			Die kosmische Strahlung ist jedoch definitiv die Hauptursache für Ionisation in den höheren
			Schichten der Atmosphäre (Ionisation ist breitenabhängig!), wodurch möglicherweise Kondensationskeime
			entstehen.)
		\item Durch die verringerte Wolkenbedeckung kommt es zu verringertem \emph{cloud forcing}
			(d.h. Wärmeabstrahlung in den Weltraum durch Wolken).
		\item Dadurch erwärmt sich das Klima auf der Erde.
	\end{itemize}
	\item Die kosmische Höhenstrahlung scheint generell abzunehmen, weil die Sonnenaktivität langsam zunimmt
		(Zeitraum: Jahrhunderte).
	\item In den letzten 200 Jahren lässt sich eine Antikorrelation zwischen der Dauer der Vereisung des Meeres
		im Winter und der Länge des Sonnenfleckenzyklus beobachten; ob es einen ursächlichen Zusammenhang
		gibt, ist jedoch fraglich (vgl. zu beobachtende Korrelation zwischen dem Rückgang der Geburtenrate
		und der Anzahl der Störche in Deutschland).
	\item Auch die Durchschnittstemperatur (11-jähriger gleitender Durchschnitt) zeigt in den letzten 500
		Jahren eine grobe Antikorrelation zur Länge des Sonnenfleckenzyklus (in den letzten 100 Jahren, wo
		Messwerte statt Schätzungen vorhanden sind, stimmt die Entwicklung sogar sehr gut überein).
	\item Im 20. Jahrhundert lässt sich auch eine Korrelation der Anzahl der Sonnenflecken mit der Temperaturanomalie
		(der Nordhalbkugel) beobachten -- allerdings ist die Temperaturkurve etwas verschoben (um ca. 10--20 Jahre).
	\item Auch die Wolkenbedeckung der Erde zeigt eine Korrelation mit der kosmischen Höhenstrahlung (im Bereich
		1980--1995), offenbar v.a. in den mittleren Breiten.
\end{itemize}

% Ende des Dokuments
\end{document}
