...ins Deutsche übersetzt: "Die vier Jahreszeiten", ist wohl eine der bekanntesten Kompositionen Antonio Vivaldis. In der Meteorologie spielen allerdings nicht die Jahreszeiten die erste Geige, sondern die jahreszeitlich begünstigten Wetterereignisse. Nach dem meteorologischen Herbstanfang am 01.09.2015 folgt am nächsten Mittwoch, den 23.09.2015, der astronomische oder kalendarische Herbstanfang. Hinsichtlich des zu erwartenden Wetters kann noch keine eindeutige Aussage getroffen werden. Jedoch sind es nicht die ersten herbstlichen Wettererscheinungen, die den Tag des astronomischen Herbstanfangs bestimmen, sondern die aktuelle Position der Erde zur Sonne. Welche Parameter und Effekte bei der Entstehung der einzelnen Jahreszeiten ausschlaggebend sind, sollen im Folgenden kurz erläutert werden.
Die unterschiedlichen Jahreszeiten an einem bestimmten geographischen Ort auf der Erde werden maßgeblich durch die im Jahresverlauf variierende Dauer, Intensität und den Einfallswinkel des Sonnenlichts bestimmt. Ein Grund dafür ist die geometrische Form der Erdumlaufbahn um die Sonne. Der Astronom Johannes Kepler (1571-1630) erkannte, dass sich die Planeten nicht auf Kreis-, sondern auf Ellipsenbahnen um die Sonne bewegen. Dadurch variiert der Abstand zwischen Sonne und Erde bei der alljährlichen Umrundung der Sonne. Dies könnte den Trugschluss zulassen, dass die unterschiedlichen Entfernungen zwischen Erde und Sonne die Ursache für die einzelnen Jahreszeiten darstellen. Da jedoch der geringste Abstand zwischen Sonne und Erde (ca. 147 Mio. km) in unserem Winter vorliegt (im sog. sonnennächsten Punkt, auch Perihel genannt), kann dies offensichtlich nicht der primäre Antrieb für den Jahreszeitenwechsel sein. Im Vergleich dazu beträgt der Abstand im sonnenfernsten Punkt (Aphel) im Sommer ungefähr 152 Mio. km (siehe Abbildung).
Die entscheidende Rolle für die Existenz der Jahreszeiten stellt die Neigung der Rotationachse der Erde dar. Diese besitzt einen Neigungswinkel von 23,44 Grad zur Senkrechten. Diese Gegebenheit hat direkte Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung sowie auf die Tageslänge. In unserem Sommer ist die Nordhalbkugel bzw. in unserem Winter die Südhalbkugel der Sonne zugewandt. Infolgedessen ändern sich im Jahresverlauf der Einfallswinkel und somit die Intensität der Sonnenstrahlung an den jeweiligen Orten auf der Erde, was einen direkten Einfluss auf die Erwärmung der Erdoberfläche hat. Anhand eines kurzen Beispiels sollen die Unterschiede aufgezeigt werden.
Betrachten wir einen Ort auf dem 50. nördlichen Breitengrad (z. B. Mainz). Am Sommeranfang (21. Juni) treffen die Sonnenstrahlen um die Mittagszeit in einem Winkel von etwa 62 Grad, zum Winteranfang (21. Dezember) mit etwa 16 Grad auf die Erdoberfläche. Am Frühjahrs- und Herbstbeginn liegt der Einfallswinkel bei etwa 40 Grad. Durch diesen im Jahresverlauf variierenden Sonneneinstrahlungswinkel werden auf der Nord- und Südhalbkugel die typischen jahreszeitlichen Temperaturunterschiede und die immer wiederkehrenden Jahreszeiten bestimmt. Die jährlichen Temperaturschwankungen sind am Äquator am geringsten und nehmen in Richtung Pol zu. Dies ist ein Grund dafür, dass es in Äquatornähe keine derartigen markanten Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Jahreszeiten gibt, wie es bei uns in Mitteleuropa der Fall ist.
Ein weiteres Phänomen, das durch die Neigung der Erdachse hervorgerufen wird, sind die je nach Jahreszeit unterschiedlichen Tageslängen. Zur Sommersonnenwende am 21. Juni kann auf der Nordhalbkugel der längste Tag verbucht werden. Dann sind in Deutschland etwa 16 bis 17 Sonnenstunden möglich. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Sonne nördlich des Polarkreises für mindestens 24 Stunden nicht unter den Horizont (Polartag). Im Vergleich dazu sind die Tage um die Wintersonnenwende am 21. Dezember in Deutschland mit ca. sieben bis acht Sonnenstunden am kürzesten. Da zu dieser Zeit die Nordhalbkugel von der Sonne weggerichtet ist, steht die Sonne nur noch sehr tief über dem Horizont. Durch die Drehung der Erde um die eigene Achse sowie durch die Erdkrümmung erreichen die sehr flach einfallenden Sonnenstrahlen nur noch für einen kurzen Zeitraum einen Ort auf der Nordhalbkugel. Nördlich des Polarkreises steigt die Sonne in den Tagen um die Wintersonnenwende nicht mehr vollständig oder überhaupt nicht über den Horizont. Dies führt am Polarkreis zur 24-stündigen Polarnacht. In Richtung Pol wird der Zeitraum der Polarnacht mit bis zu sechs Monaten immer größer. Der Frühlings- und Herbstbeginn zeichnen sich dadurch aus, dass sowohl der Tag als auch die Nacht mit 12 Stunden gleich lang sind.
Die Tag- und Nachtgleiche fällt in diesem Jahr auf den 23. September. Danach beginnt mit länger werdenden Nächten wieder die "dunkle Jahreszeit".
M.Sc.-Met. Andreas Würtz
Deutscher Wetterdienst Vorhersage- und Beratungszentrale Offenbach, den 14.09.2015
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