Bald ist Pfingsten, dann am 20.Juni 22.50 Sommersonnenwende... das Jahr schreitet voran!

Jahreszeiten unterteilen das Jahr in verschiedene Perioden, die durch astronomische Daten – so auch kalendarisch – oder durch charakteristische klimatische Eigenschaften abgegrenzt werden. Im alltäglichen Sprachgebrauch sind damit hauptsächlich meteorologisch deutlich voneinander unterscheidbare Jahresabschnitte gemeint. In den gemäßigten Breiten sind dies die vier Jahreszeiten Frühling, Sommer, Herbst und Winter; in den Tropen sind es Regenzeiten, Übergangszeiten und Trockenzeiten.

Die Beschreibung der Jahreszeiten bezieht sich in diesem Artikel auf die Nordhalbkugel der Erde, auf der Südhalbkugel sind sie kalendarisch um ein halbes Jahr versetzt. Sommer und Winter können je auch als Hälften eines Jahres verstanden werden, beispielsweise als das Nordsommerhalbjahr beziehungsweise das Südwinterhalbjahr.

Verschiedene Völker unterscheiden andere Zeiten im Jahr. So kennen die Samen in Skandinavien acht Jahreszeiten,^[1] australische Aborigines in Arnhemland sechs Jahreszeiten.^[2] In Russland kennt man die Rasputiza als Schlammzeit, jeweils während der Schneeschmelze im Frühjahr und während der Herbstregenfälle.

Inhaltsverzeichnis

Entstehung von Jahreszeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf der Erde ändern sich Intensität, Dauer und Winkel des Einfalls von Sonnenlicht an einem geographischen Ort im Laufe eines Jahres. Diese Veränderungen sind äquatornah gering, zu den Polen hin stärker ausgeprägt. Sie wiederholen sich als jahreszeitliche Schwankungen nach einem Umlauf der Erde um die Sonne. Bestimmend für die in verschiedenen Regionen der Erde erlebbaren Jahreszeiten ist nicht der Abstand von der Sonne, sondern die Lage der Rotationsachse der Erde relativ zur Ebene ihrer Umlaufbahn.

Wie bei einem Kreisel behält die Erdachse ihre Orientierung im Raum bei und steht so wegen der Drehimpulserhaltung (nahezu) raumfest in einem bestimmten Winkel zur Ekliptikebene. Diese Neigung der Erdachse ist nicht rechtwinklig, sondern beträgt (derzeit) etwa 66,6°, sodass die Äquatorebene um etwa 23,4° (23° 26') geneigt ist gegenüber der Bahnebene. Deshalb ändert sich während eines Erdumlaufs um die Sonne der Einstrahlwinkel des Sonnenlichts (Sonnenhöhe zu Mittag) im Jahreslauf. Zusätzlich ändert sich durch die Rotation der Erde um sich selbst auch die Dauer des Tageslichts (lichter Tag) als Tageslänge, in den polfernen Regionen außerhalb der Polarkreise je von einer Erdumdrehung zur nächsten. Je länger und je steiler Sonnenlicht auf die Oberfläche trifft, desto mehr kann diese Region dadurch erwärmt werden.

Veränderung von Einstrahlwinkel und Bestrahlungsdauer[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Entstehung von Jahreszeiten ist zunächst entscheidend, wie stark der jeweilige Anteil der Strahlungsleistung der Sonne, den eine bestimmte geografische Region empfängt, im Jahreslauf schwankt. Die auf das Relief der Oberfläche bezogene Bestrahlungsstärke hängt ab vom Einstrahlwinkel und von der Bestrahlungsdauer. Der Einstrahlwinkel erreicht mittags sein tägliches Maximum und diese Sonnenhöhe zu Mittag schwankt für alle Orte außerhalb der Polarregionen im Jahreslauf um ± 23,4°, wobei der durchschnittliche Höhenwinkel zu den Polen hin flacher wird. Die mögliche tägliche Bestrahlungsdauer, der lichte Tag, ist dagegen durchschnittlich gleich lang, doch wächst die jährliche Schwankungsbreite der Tageslänge mit zunehmender geografischer Breite. Da beide Faktoren, Winkel und Dauer der Sonneneinstrahlung, über den Tagbogen zusammenhängen – höchster Sonnenstand und längster Tag fallen zusammen – und ihre Schwankungen sich summieren, hängt die Ausbildung von Jahreszeiten somit vorrangig von der geografischen Breite einer Region ab.

Allein nach dem Breitenkreis lassen sich daher auf den Einfallswinkel des Sonnenlichts bezogene solare Klimazonen unterscheiden. So werden die äquatornahen Tropen als tropische Zonen zwischen den Wendekreisen (23,4° Breite) abgegrenzt gegenüber den ektropischen Zonen – zu denen dann die Subtropen bzw. Mittelbreiten und (ab etwa 66,6° Breite) die Polarzonen gehören – mit äquatorfern zunehmend stärker ausgeprägten jahreszeitlichen Unterschieden. Dadurch entstehen zwei grundsätzliche Klimatypen: das Tageszeitenklima der Tropen und das Jahreszeitenklima der Ektropen, bestimmt durch das Zeitintervall, in dem die höchsten und niedrigsten Durchschnittstemperaturen auftreten.

Während der Zeit zwischen den Tag-und-Nacht-Gleichen im März und im September ist die Nordhalbkugel stärker der Sonne zugeneigt, so dass die Sonne für einen dort befindlichen Beobachter einen hohen Bogen durchläuft. Bei hochstehender Sonne trifft die Sonnenstrahlung steil auf die Erdoberfläche und liefert so einen relativ hohen Energieeintrag pro Fläche. Weiterhin liegt der größere Teil der täglich durchlaufenen scheinbaren Sonnenbahn um die Erde als Tagesbogen oberhalb des Horizonts, sodass die Tage lang sind und viel Zeit für den Energieeintrag zur Verfügung steht. Der somit erhöhte Energieeintrag bewirkt in diesem Zeitraum eine Erwärmung der nördlichen Hemisphäre (Nordhalbkugel).

Befindet sich die Erde ein halbes Jahr später am gegenüberliegenden Punkt ihrer Bahn, so ist die Nordhalbkugel der Sonne abgeneigt infolge der abgesehen von Präzession und Nutation relativ raumfesten Lage der Erdachse. Für einen Beobachter auf der Nordhalbkugel ergibt sich dann eine niedrig verlaufende tägliche Sonnenbahn. Steht die Sonne tief, so trifft die Sonnenstrahlung flacher auf die Erdoberfläche, so dass sie sich auf eine größere Fläche verteilt und weniger Energie einträgt. Außerdem liegt nur der kleinere Teil der täglichen Sonnenbahn oberhalb des Horizonts, so dass der Energieeintrag nur für eine kurze Zeitspanne erfolgen kann. Die Folge ist eine Abkühlung der nördlichen Erdhalbkugel.

Erwärmung und Abkühlung zeigen sich zunächst in den Lufttemperaturen (siehe Abbildung); wegen der thermischen Trägheit folgen die Bodentemperaturen den Höchst- und Tiefstständen der Sonne mit einer gewissen Verzögerung. Die Unterschiede im Tagesbogen des Sonnenlaufes nehmen mit höherer geografischer Breite zu und haben zunehmend stärkere Auswirkungen (bis hin zur Polarnacht), zum Äquator zu werden die jahreszeitlichen Schwankungen geringer.

Frühlings-, Sommer-, Herbst- und Winterlandschaft in der Eifel bei Monschau:^[4]

Verhältnisse auf der Südhalbkugel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf der Südhalbkugel der Erde herrschen jeweils denen der Nordhalbkugel entgegengesetzte Jahreszeiten: Ist es im Süden Sommer, so im Norden Winter, und umgekehrt.

In den tropischen und subtropischen Gebieten beidseits des Erdäquators sind jahreszeitliche Veränderungen weniger ausgeprägt; stattdessen treten Regen- und Trockenzeiten auf. Im Jahreslauf lassen sich in den äquatornahen Tropen zwei Regenzeiten unterscheiden. Mit zunehmender geografischer Breite gehen sie ineinander über und werden so zu zwei Gipfeln einer einzigen Regenzeit, die sich je nach Hemisphäre verschieden ausprägen.

Änderung des Sonnenabstands[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zwar läuft die Erde auf einer Bahn um die Sonne, die elliptisch und nicht kreisförmig ist, sodass die Distanz zur Sonne variiert, doch betreffen die dadurch entstehenden Unterschiede allein die Lichtintensität und sind wegen der geringen Bahnexzentrizität der Erdbahn nicht groß. Den sonnenfernsten Bahnpunkt durchläuft die Erde in der ersten Juliwoche, im Sommer auf der Nordhalbkugel. Die im Jahresverlauf wegen des exzentrischen Umlaufes leicht veränderte Entfernung der Erde von der Sonne ist also nicht die Ursache für die Jahreszeiten. Die Änderung zwischen Perihel- und Apheldurchgang macht lediglich gegenwärtig die Südwinter etwas strenger und die Nordwinter etwas milder (kürzer und sonnennäher), als sie es bei einer kreisförmigen Erdbahn wären. Unter den derzeitigen Umständen ist die Erde im Nordwinter an ihrem sonnennächsten Punkt (Perihel) – um den 3. Januar in einer Entfernung von rund 147,1 Mio. km; im Südwinter ist sie am weitesten von der Sonne entfernt (Aphel) – um den 5. Juli in einer Distanz von rund 152,1 Mio. km. Der Grund für die Jahreszeiten auf der Erde liegt – wie oben bereits ausgeführt – im Winkel und der Dauer der Sonneneinstrahlung. Für Mitteleuropa betragen die Extrema der Winkel im Sommer 60° bis 65° und die der möglichen Sonnenscheindauer in Mitteldeutschland 16–17 Stunden, im Winter sind es hingegen 7–8 Stunden beziehungsweise Winkel von nur 13° bis 18°.

Verschiebung der Jahreszeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aufgrund der gravitativen Einwirkung hauptsächlich von Mond und Sonne auf den rotierenden Erdkörper führt die Erdachse eine Präzessionsbewegung aus, so dass sich die Lage der Bezugspunkte von Sonnenwenden und Tagundnachtgleichen allmählich verschiebt und in etwa 26.000 Jahren einmal rückläufig (retrograd) rund um die Erdbahn wandert (Zyklus der Präzession). Das auf den Frühlingspunkt bezogene tropische Jahr dauert daher rund 20 Minuten kürzer als ein auf den Fixsternhintergrund bezogener vollständiger Umlauf der Erde um die Sonne, ein siderisches Jahr. An der Länge des tropischen Jahres orientiert sich das so genannte bürgerliche Jahr der kalendarischen Zeitrechnung. Der tropischen Jahreslänge wird das Kalenderjahr im gregorianischen Kalender durch Einfügen von Schalttagen angenähert, womit sich typische Verschiebungen für kalendarische Angaben des Anfangs von Jahreszeiten ergeben, beispielsweise für den Herbstanfang.

Außerdem dreht sich infolge von Bahnstörungen durch andere Planeten die Apsidenlinie (Gerade durch Aphel und Perihel) in gut 111.000 Jahren einmal rechtläufig (prograd). Wegen dieser einander gegenläufigen Bewegungen läuft das Perihel in rund 21.000 Jahren einmal durch alle Jahreszeiten. In etwa 10.000 Jahren wird der sonnennächste Bahnpunkt mit der nördlichen Sommersonnenwende zusammenfallen. Die winterlichen Jahreszeiten der Nordhalbkugel werden dann länger und sonnenferner stattfinden als heute. Im Gegenzug wird die Südhalbkugel kürzere und sonnennähere Winter bekommen.

Astronomische Jahreszeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Definitionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Astronomisch werden die Jahreszeiten nach der scheinbaren geozentrischen ekliptikalen Länge des Sonnenstandes bestimmt. Unter Berücksichtigung von Aberration und Nutation wird dafür die scheinbare jährliche Bahn der Sonne von einem hypothetischen Beobachtungsort im Erdmittelpunkt aus betrachtet und in vier Abschnitte unterteilt. Jeder der Bahnabschnitte ist durch je einen Äquinoktial-Punkt (von Tagundnachtgleiche, bei 0° bzw. bei 180°) und je einen Solstitial-Punkt (von Sonnenwende, bei 90° bzw. bei 270°) begrenzt.

Die astronomischen Jahreszeiten sind definiert als jene Zeitspannen, die während des Durchlaufens eines bestimmten der vier Abschnitte jeweils vergehen, und dauern wegen der unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit nicht gleich lange. Aufgrund der geozentrischen, auf den Erdmittelpunkt bezogenen Definition beginnt oder endet eine astronomische Jahreszeit standortunabhängig weltweit zum selben Zeitpunkt (dem aber in verschiedenen Zeitzonen unterschiedliche Uhrzeiten entsprechen).

• Der astronomische Frühling beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 0° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Frühlings-Tag-und-Nacht-Gleiche (Primaräquinoktium). Er fällt bis auf wenige Sekunden mit dem Zeitpunkt zusammen, in dem die Sonne den Himmelsäquator von Süden nach Norden überschreitet.
• Der astronomische Sommer beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 90° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Sommer-Sonnenwende. Er fällt bis auf wenige Minuten mit dem Zeitpunkt zusammen, in dem die Sonne ihre größte nördliche Deklination und damit ihre nördlichste Stellung auf der Himmelskugel erreicht.
• Der astronomische Herbst beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 180° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Herbst-Tag-und-Nacht-Gleiche (Sekundaräquinoktium). Er fällt bis auf wenige Sekunden mit dem Zeitpunkt zusammen, in dem die Sonne den Himmelsäquator von Norden nach Süden durchschreitet.
• Der astronomische Winter beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 270° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Wintersonnenwende. Er fällt bis auf wenige Minuten mit dem Zeitpunkt zusammen, in dem die Sonne ihre größte südliche Deklination und damit ihre südlichste Stellung auf der Himmelskugel erreicht.

Die Jahreszeitenanfänge sind nicht exakt identisch mit dem Überschreiten des Himmelsäquators oder dem Erreichen der größten Deklination, weil es eigentlich der Schwerpunkt des Erde-Mond-Systems ist, der sich gleichmäßig in der „Erdbahnebene“ um die Sonne bewegt, während die Erde selbst diesen Schwerpunkt umkreist und sich in der Regel etwas oberhalb oder unterhalb dieser Ebene befindet. Vom geozentrischen Beobachter aus gesehen läuft die Sonne daher nicht exakt auf der Ekliptik (sie hat eine ekliptikale Breite ungleich Null). Sie passiert deshalb zum einen nicht exakt durch Frühlings- und Herbstpunkt, zum anderen führt ihre veränderliche ekliptikale Breite dazu, dass die maximale Deklination in der Regel nicht genau an den Sonnwendpunkten angenommen wird.

Quelle Wikipedia 15.05.2024 : 14:48

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