Vorwort 7

1 Einführung in das Klimasystem 11

1.1 Das Erdklima 12

1.2 Definitionen und Skalen 18

1.3 Das Klimasystem 22

2 Die Atmosphäre 43

2.1 Zusammensetzung 44

2.2 Aufbau 46

2.3 Ozon, Aerosole und chemische Vorgänge 51

2.4 Kondensation und Wolkenbildung 59

2.5 Die Clausius-Clapeyron-Beziehung 64

3 Strahlung und Energie 67

3.1 Die globale Strahlungs- und Energiebilanz 68

3.2 Astronomische Grundlagen 70

3.3 Strahlungsemission 75

3.4 Streuung 79

3.5 Absorption 83

3.6 Der Treibhauseffekt 84

3.7 Transmission durch die Atmosphäre 87

3.8 Wärmeflüsse und lokale Energiebilanzen 89

4 Thermodynamik und Statik der Atmosphäre 95

4.1 Wärmelehre und vertikale Vorgänge 96

4.2 Die allgemeine Gaszustandsgleichung 99

4.3 Die potentielle Temperatur 103

4.4 Thermodynamik der feuchten Luft 104

4.5 Statische Stabilität 107

4.6 Energie in der Atmosphäre 114

5 Dynamik 117

5.1 Dynamik aus Sicht der Klimatologie 118

5.2 Die Grundgleichungen der Atmosphäre 119

5.3 Gitter und Wettervorhersagemodelle 136

5.4 Windbegriffe 139

6 Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre 149

6.1 Vertikaler Strahlungs- und Energietransport 150

6.2 Horizontaler Energietransport 151

6.3 Die zonal gemittelte meridionale Zirkulation 158

6.4 Die zonal gemittelte zonale Zirkulation 165

6.5 Zonal asymmetrische Zirkulationssysteme 168

7 Die Ozeane und ihre Wechselwirkung mit der Atmosphäre 189

7.1 Die Erde - ein Ozeanplanet 189

7.2 Die ozeanische Zirkulation 191

7.3 Die Ozean-Atmosphären-Wechselwirkung 204

7.4 Meereis 205

8 Klimata der Erde 209

8.1 Bestimmende Faktoren 210

8.2 Klimazonen der Erde 217

8.3 Regionale Klimata 228

9 Klimadaten und Klimaarchive 245

9.1 Klimamessungen 246

9.2 Klimaproxies und Rekonstruktionen 254

9.3 Klimamodelle 259

9.4 Reanalysen 263

10 Klimaschwankungen und -änderungen 267

10.1 Das schwankende Klima 268

10.2 Interne Klimavariabilität 272

10.3 Äußere Einflussfaktoren 281

10.4 Klimavergangenheit und -gegenwart 295

10.5 Klimazukunft 306

Register 312

Kaum ein anderer Bereich unserer Umwelt ist in den letzten Jahrzehnten derart stark in das Bewusstsein der Öffentlichkeit gerückt wie das Klima. Dessen Veränderung stellt die Gesellschaft vor große Herausforderungen. Dieses Buch bietet Grundlagen zur Klimatologie für Studienanfängerinnen und Studienanfänger des Fachgebiets Geografie. Es beginnt mit den physikalischen Grundlagen, beschreibt darauf aufbauend die atmosphärische und ozeanische Zirkulation und das daraus resultierende Klima. Zudem werden Klimavariabilität und Klimaveränderungen sowie methodische Aspekte diskutiert.

Stefan Brönnimann hat von 1992 bis 1997 an der Universität Bern Geographie und Geschichte studiert. Durch zahlreiche wissenschaftliche Publikationen über Ozon hat er sich international einen Namen gemacht. Seine Dissertation über bodennahes Ozon in der Schweiz wurde 2001 mit dem Fachpreis Geowissenschaften der Universität Bern ausgezeichnet. Seit 2010 ist er Professor für Klimatologie am Oeschger Centre for Climate Change Research der Universität Bern.