Klima und Hydrogeographie Nordamerikas

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Definitionen

3. Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre

4. Luftmassen
4.1 Luftmassen Nordamerika

5. Klimatische Einflüsse Nordamerikas
5.1 Temperatur
5.2 Niederschlag
5.3 Evapotranspiration

6. Trockengrenzen Nordamerikas

7. Klimaklassifikation Nordamerikas

8. Hydrogeographie Nordamerikas
8.1 Oberflächengewässer
8.2 Wasserscheiden Nordamerikas
8.3 Wasserverbrauch in den USA und in Kanada
8.4 Colorado River

9. Zusammenfassung

10. Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Klimagliederung auf dem Idealkontinent nach Flohn (1950)

Abbildung 2: Eigenschaften der Luftmassen

Abbildung 3: Ursprungsregion und Bewegungsbahnen von Luftmassen

Abbildung 4: Klimadiagramm Yakutat

Abbildung 5: Klimadiagramm Las Vegas

Abbildung 6: Klimadiagramm Amarillo

Abbildung 7: Klimadiagramm San Francisco

Abbildung 8: Klimadiagramm Veracruz

Abbildung 9: Klimadiagramm Miami

Abbildung 10: Klimadiagramm New York

Abbildung 11: Klimadiagramm Cambridge Bay

Abbildung 12: Klimadiagramm Edmonton

Abbildung 13: Klimadiagramm Chicago

Abbildung 14: Temperaturen Januar Nordamerika

Abbildung 15: Temperaturen Juli Nordamerika

Abbildung 16: Durchschnittlicher Niederschlag Nordamerika

Abbildung 17: North American average Evapotranspiration over 2000-2006

Abbildung 18: Mittlere klimatologische Wasserbilanz von Nordamerika

Abbildung 19: Klimaklassifikation nach Strahler (1978)

Abbildung 20: Gewässer Nordamerikas mit durchschnittl. Abflussmengen > 1.000 m3/s.

Abbildung 21: Kontinentale Wasserscheiden

Abbildung 22: Oberflächen-und Grundwasserentnahme im Jahr 2005 pro Tag

Abbildung 23: Mittlere Wasserspiegelhöhe Lake Mead (August 1939-2003)

Abbildung 24: Largest Rivers in the U. S., in Discharge, Drainage Areas, or Length

Abbildung 25: Durchschnittlicher Abfluss von Flüssen Kanadas

1. Einleitung

Nordamerika ist unter klimatischen Gesichtspunkten ein Kontinent der Extreme. Aufgrund der geographischen Lage, der enormen Nord-Süd-Ausdehnung und der topographischen Gegebenheiten treten insbesondere in den Vereinigten Staaten von Amerika und in Kanada ganzjährige klimatische Extremlagen auf. Zudem gehört Nordamerika aus klimatischer Sicht zu den wohl vielseitigsten Kontinenten der Erde, da dort fast alle möglichen Klimazonen der Erde anzutreffen sind. Im Verlaufe dieser Hausarbeit werden die klimatischen Einflüsse auf den Kontinent herausgearbeitet. Zum Einstieg erfolgen kurze Begriffsdefinitionen bezüglich der zu behandelten Thematik, was ist Klima und womit beschäftigt sich die Hydrogeographie. Anschließend wird die Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre anhand des idealisierten Modells nach Flohn erläutert. Basierend auf den typischen Eigenschaften von Luftmassen, werden dann diese in ihrer Verteilung und ihren Bewegungsbahnen auf Nordamerika untersucht. Darauf folgend wird deren Einfluss auf das nordamerikanische Klima analysiert, wobei ein besonderes Augenmerk auf den Bereich innerhalb der planetarischen Frontalzone liegt. Anhand von ausgewählten Klimadiagrammen werden die Ergebnisse vertieft. Temperatur- und Niederschlagskarten, sowie Messungen der Evapotranspiration sollen einen Überblick über die klimatischen Verhältnisse in Nordamerika geben. Die Trockengrenze, die einen bedeutsamen Einfluss auf die Landwirtschaft darstellt, wird anhand der klimatischen Wasserbilanz erläutert. Abschließend wird eine Klimaklassifikation des Kontinents vorgenommen, um abschließend einen vereinfachten Überblick der Klimaten zu erhalten. Im zweiten Teil der Hausarbeit wird ein hydrogeographischer Überblick Nordamerikas gegeben. Im Fokus stehen hier die Oberflächengewässer mit dessen saisonal unterschiedlichen Abflussmengen und die kontinentalen Wasserscheiden Nordamerikas. Darüberhinaus wird der enorme jährliche Wasserverbrauch in den Vereinigten Staaten und in Kanada erläutert. Abschließend wird anhand des Colorado River die Problematik in der Wasserversorgung für den Südwesten der USA dargestellt.

2. Definitionen

Für den Begriff Klima existiert keine allgemeingültige Definition. Nach dem Deutschen Wetterdienst (DWD) wird Klima als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren, verstanden. Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte, Extremwerte, Häufigkeiten, Streuung u. a.) über einen genügend langen Zeitraum. Im Allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sogenannte Normalperiode.¹ Als Wetter wird der augenblickliche Zustand der Atmosphäre an irgendeiner Stelle der Erdoberfläche bezeichnet. Das Wettergeschehen spielt sich hierbei überwiegend in den unteren zehn Kilometer der Troposphäre ab. Das Wetter wird mit Hilfe quantifizierbarer Parameter charakterisiert. Diese Parameter sind meteorologische Größen wie z.B. Lufttemperatur, Luftfeuchte, Wasserdampf, Luftdruck, Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Bewölkung, Niederschlag und Sichtweite.²

Die Hydrogeographie basiert auf der Hydrologie und ist eine Teildisziplin der physischen Geographie. Die Hydrologie ist die „Lehre von den physikalisch, chemisch und biologisch bedingten Erscheinungsformen des Wassers auf, über und unter der Erdoberfläche, speziell seiner Verteilung nach Raum und Zeit sowie seiner Wirkungen einschließlich der anthropogenen Einflüsse.“³ Auf diesen Grundlagen basierend, beschäftigt sich die Hydrogeographie speziell mit dem Wasserhaushalt, den räumlichen und zeitlichen Veränderungen der Speicherinhalte und dem Abflussverhalten hinsichtlich der quantitativen Aspekte, sowie mit der Wassergüte (Wasserqualität) hinsichtlich der qualitativen Aspekte. Von besonderem Interesse ist dabei der Eingriff des Menschen in die Ressource Wasser, sowie die Rückwirkungen der Nutzung auf das natürliche System mit den dadurch induzierten Veränderungen.⁴

3. Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre

Unter der Allgemeinen Zirkulation der Atmosphäre (AZA) versteht man den „mittleren Zirkulationsmechanismus in der Lufthülle der Erde, welcher sich, von der solar bedingten unterschiedlichen Energiezufuhr in Gang gesetzt, zum globalen Ausgleich von Masse, Wärme und Bewegungsenergie unter den materialmäßigen Eigenschaften von Luft und Wasser sowie der erdmechanischen und geographischen Bedingungen einstellt.“⁵ Die AZA ist demnach der mittlere Ablauf eines weltweiten Austauschvorganges in der Atmosphäre. Die dynamische Eigenschaften einzelner Bereiche der Gesamtzirkulation und ihre meteorologischen Konsequenzen bestimmen zusammen mit der Strahlungsenergie der Sonne und den „geographisch-räumlichen Randbedingungen die regionale Klimadifferenzierung auf der Erde.“⁶ Damit bietet die AZA die Basis für eine Klimagliederung nach genetischen Gesichtspunkten. Eine der neueren genetischen Klassifikationen wurde von FLOHN (1950) als schematische Klimagliederung auf einem Idealkontinent und den Weltmeeren entworfen. Die Form des Idealkontinents ist etwas birnen- oder tropfenförmig mit dem dicken Ende auf der Nordhalbkugel und dem zusammenlaufenden Ende auf der Südhemisphäre. Auf jeder Halbkugel gibt es vier Zirkulationsgürtel, deren Begrenzungen jahrzeitlichen Schwankungen unterliegen, da die Zirkulation sich infolge des Jahresganges des Sonnenstandes ändert.

- Äquatoriale Westwindzone mit den innertropischen Konvergenzen
- Subtropische Trockenzone oder Passatzone
- Außertropische Westwindzone
- Hochpolare Ostwindzone

Die Gebiete, die das ganze Jahr über in derselben Zone liegen, haben ein beständiges Klima. Allerdings lösen sich an deren Grenzen im halbjährlichen Wechsel die beiden benachbarten Windsysteme ab, sodass zwischen den vier Hauptklimazonen drei alternierende Klimaten entstehen.

- Randtropenklima mit sommerlichen Zenitalregen und winterlichem Passat
- Subtropische Winterregenzone mit sommerlichem Passat und Westwinden im Winter (Mittelmeerklima)
- Subpolare Zone mit sommerlichen Ostwinden und winterlichen Westwinden (dazu als kontinentaler Untertyp die boreale Zone)

Klimaerscheinungen die sich auf dem Wechsel von Land und Meer beruhen, wie z. B. das Monsumklima, werden in dem idealisierten Modell nicht dargestellt.⁷ Hingegen wird „auf der kontinentalen Nordhalbkugel in der Subpolarzone als Untertyp noch die boreale Zone vertreten, die im Winter unter dem Einfluss des festländischen Kältehochs liegt.“⁸ Im Idealkontinent fällt zudem auf, dass zwischen den West- und Ostküsten der Kontinente die oben angeführten Klimazonen gestört sind. Die vollständige Abfolge aller sieben Klimagürtel des planetarischen Systems findet sich nur nahe der Westküste des Kontinents wieder. Die subtropische Trocken - und Passatzone (3.) und die subtropische Winterregenzone (3.) fehlen an der Ostküste. Hingegen nimmt die subpolare Zone (6. & 6a) einen weiten Teil der außertropischen Westwindzone (6.) ein, sodass sich diese weiter in Richtung Süden verlagert. Auffallend ist, dass die Asymmetrie zwischen West und Ost annähernd den Klimaten Nordamerikas entsprechen. Hierzu aber im Verlaufe dieser Hausarbeit mehr.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Klimagliederung auf dem Idealkontinent nach Flohn (1950). Quelle: Liljequist/Cehak (1984): 373.

4. Luftmassen

Bei Luftmassen handelt es sich vereinfacht gesagt um homogene Luft mit spezifischen Eigenschaften in Bezug auf Temperatur, absolute Feuchtigkeit, Schichtung und ihrem Ursprungsgebiet aufhalten.⁹ In ihrer horizontalen Ausdehnung kann eine Luftmasse große Teile eines Kontinents einnehmen und in ihrer vertikalen Ausdehnung durch die gesamte Troposphäre reichen. Luftmassen spiegeln in der Regel eine Ozean- oder Landfläche wieder, über der sie stagniert oder sich hinwegbewegt. So zum Beispiel besitzen Luftmassen, die über einem warmen tropischen Ozeangebiet liegen einen hohen Wasserdampfgehalt. In tropischen Wüsten bilden sind infolge langsam absteigender Luft warme Luftmassen mit sehr geringem Feuchtegehalt. Im Winter bleibt über kalten schneebedeckten Landflächen der arktischen Zone die untere Schicht der Luftmasse sehr kalt und trocken. Die Luftmassen werden demnach, nach der geographischen Breitenlage, welche für die thermische Eigenschaft maßgebend ist und nach der Beschaffenheit der Oberfläche gegliedert, welche den Feuchtegehalt angibt. Im Folgenden können durch Kombination der beiden Kriterien, Breitenlage und Oberflächenbeschaffenheit, sechs wesentliche Luftmassentypen unterschieden werden.

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Abb. 2: Eigenschaften der Luftmassen. Quelle: Strahler (2006): 204.

4.1 Luftmassen Nordamerika

Nach Betrachtung der Abbildung 2. mit den typischen Eigenschaften von Luftmassen und der Abbildung 3. mit den Ursprungsregionen und Bewegungsbahnen von Luftmassen können für Nordamerika fünf wesentliche Luftmassentypen unterschieden werden.

Die kontinental-polaren (cP) Luftmassen Nordamerikas entstehen über dem nördlich- zentralen Kanada. Diese bilden Zungen kalter, trockener Luft, welche aus der Ursprungsregion bis in den Süden und Osten der Vereinigten Staaten strömen. Über dem Nordpolarmeer und den angrenzenden Landgebieten der Arktis entwickeln sich extrem kalte und stabile arktische Luftmassen (cA), welche ebenfalls bis in die südlichen Vereinigten Staaten vordringen können. Die Entstehung maritim-polarer (mP) Luftmassen erfolgt im Nordpazifik und im Beringmeer in der Region des Aleutentiefs. Die maritim- polaren Luftmassen sind kühl-feucht, da diese auf ihrem Weg südostwärts zur Westküste Nordamerikas reichlich Feuchtigkeit aufnehmen. In den Wintermonaten hat dies zur Folge, dass die Luftpakte labil werden, sodass an der Küste der Kordilleren hohe Niederschläge fallen. Ein weiteres Ursprungsgebiet maritim-polarer Luftmassen liegt im Bereich des nördlichen Atlantik. Die maritim-tropischen (mT) Luftmassen des Golfs von Mexiko bewegen sich meist nordwärts in Richtung der Vereinigten Staaten und bringen dort warme, feucht-labile Luft in den Ostteil des Landes. Insbesondere bewirken diese Luftmassen im Sommer ein schwül-heißes Klima mit vielen Gewittern. Eine weitere Ursprungsregion von maritim-tropischen Luftmassen liegt im pazifischen Ozean. Im Sommer dringen von dort aus feuchte und labile Luftmassen, gefolgt von heftigen Gewittern an die Pazifikküste vor. Die in Mexiko, Texas, New Mexico und Arizona entstandenen trockenen und heißen (kontinental-tropischen (cT)) Luftmassen verweilen zumeist in ihrem Ursprungsgebiet.¹⁰

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Ursprungsregion und Bewegungsbahnen von Luftmassen. Quelle: Strahler/Strahler (2006): 204.

Neben den Luftmassen nehmen die Westwinde einen besonderen Einfluss auf das Klima Nordamerikas. Denn die in Nord-Süd-Richtung verlaufenden Gebirgszüge der Rocky Mountains im Westen des Kontinents haben aufgrund dessen unter anderem für die Pazifikküste überdurchschnittlich viel Niederschlag zur Folge. Die topographischen Besonderheiten Nordamerikas ermöglichen zudem einen ungehinderten meridionalen Luftmassenaustausch von polarer Kaltluft und feucht-warmer Tropikluft, da zwischen den Rocky Mountains im Westen und den Appalachen im Osten kein in Ost-West-Richtung verlaufendes Gebirge existiert.¹¹ In den weiteren Kapiteln werden nun auf die eben genannten topographischen Besonderheiten und klimatischen Einflüsse im Einzelnen eingegangen, um das komplexe Klimasystem Nordamerikas besser verstehen zu können.

5. Klimatische Einflüsse Nordamerikas

Das Klima Nordamerikas ist inmitten des Bereichs der planetarischen Frontalzone (30° N bis 60° N), zwischen dem subtropischen Hochdruckgürtel und der subpolaren Tiefdruckrinne, entscheidend. Denn dort finden die für Nordamerika wichtigen klimatischen Prozesse statt. Inmitten der planetarischen Frontalzone wehen in Bodennähe die außertropischen Westwinde und in der Höhe die Strahlströme (Jetstreams), welche an der Grenze zwischen Hoch- und Tiefdruckgebieten im Bereich der Polarfront über den mittleren Breiten entstehen. Im Bereich dieser Winde trifft die kalte Polarluft von den Polen auf die warme Tropikluft vom Äquator aufeinander. Die Polarfront entsteht, wenn zwei verschiedene Luftmassen gegeneinander strömen und gleichseitig zu den Seiten abgelenkt werden.¹² Die ungefähr bei 60° N in Nordamerika aufeinander stoßenden Luftmassen (Polarfronten) können sich wegen der Topographie ungehindert meridional auf dem Kontinent austauschen. Dabei entstehen an den Luftmassengrenzen besonders über den Gebieten östlichen der Kordilleren Tiefdrucksysteme, die unter dem Einfluss der Westwinde nach Osten über Nordamerika ziehen. In Folge dessen erstreckt sich das kontinentale Klima bis an die Ostküste nach Neuengland. Die klimatischen Einflüsse der Frontalzonen (Polarfront) und der Westwinde auf den nordamerikanischen Kontinent werden nun im Folgenden erläutert.

Die Westseite des Kontinents unterliegt dem Einfluss der dort auf die Gebirge treffenden Westwinde, welche Zyklonen vom Pazifik mit sich führen. In Hauptwindrichtung stellen sich insbesondere hier die Hochgebirge der Kordilleren entgegen. Die feucht-gemäßigte Luft (mP) vom Pazifik kann nicht wie zum Beispiel in Europa weit ins Landesinnere vordringen, sondern stößt auf der Westseite von Nordamerika bereits schon sehr früh auf Gebirgsbarrieren.¹³ Die vom Pazifik kommenden Westwinde werden, wenn diese auf Gebirgskämme stoßen, auf der Luvseite gehoben und gemäß der adiabatischen Rate abgekühlt.¹⁴ In Folge dessen kommt es zu hohen orographischen Niederschlägen auf den Luvseiten der Gebirgsketten. Die niedrigen Küstenketten Kaliforniens haben in dieser Hinsicht noch wenig an Bedeutung, wohingegen die Gebirgszüge der Sierra Nevada, der Kaskaden und die weiter östlich liegenden Rocky Mountains sogenannte Regenfänger im Westen von Nordamerika darstellen.¹⁵ Die Küstenregion Kanadas und Alaskas stehen ebenfalls unter dem Einfluss der niederschlagsreichen Westwinde. An den Gebirgskämmen werden die höchsten jährlichen Niederschlagsraten von bis zu über 3.000 mm gemessen. So liegen zum Beispiel die Jahresniederschlagsmengen von Yakutat in Alaska an der Pazifikküste (Abb. 4) bei knapp 3.800 mm. Die Niederschlagmaxima an der Westküste werden in den Wintermonaten erreicht.¹⁶ Eine Ausnahme von den feucht-maritimen Westküstenbedingungen bildet das Mittelmeerklima von Kalifornien, das ganzjährig unter dem Einfluss warm-trockener und stabilen Luftmassen (cT) steht.¹⁷

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Abb. 4: Klimadiagramm Yakutat. Quelle: Klimadiagramme Weltweit (2010): Stichwort - Yakutat.

Der Abstieg der Luftmassen, entsprechend dem trockenadiabatischen Temperaturgradienten auf den Ostseiten (Leeseiten) der Gebirgsketten, bewirkt einen austrocknenden Föhneffekt, der als Chinook bezeichnet wird. Der Chinook ist ein warmer Fallwind der zu extrem schneller Verdunstung des Schnees oder der Bodenfeuchte führt.¹⁸ In Folge dessen kommt es auf den Regenschattenseiten zur Bildung von ausgedehnten den Rocky Mountains im Gebiet der Great Basin sind solche Großlandschaften (u. a. Mojave- und Gila-Wüste) mit nur unregelmäßig fallenden Niederschlägen um 100 mm bis 250 mm zu finden. So verzeichnet beispielsweise Las Vegas (Abb. 5) Jahresniederschlagsmengen von nur knapp 100 mm.

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Abb. 5: Klimadiagramm Las Vegas. Quelle: Klimadiagramme Weltweit (2010): Stichwort - Las Vegas

Auch auf der Ostseite der Rocky Mountains ist unter dem Einfluss des Chinook eine solche Trockenlandschaft entstanden. Die sogenannten Great Plains erstrecken sich im Norden von Kanada (Alberta, Saskatchewan, Manitoba) bis in den Süden nach Texas über den ganzen nordamerikanischen Kontinent. Aus meteorologischer Sicht umfassen die Great Plains alle Staaten mit einem jährlichen Niederschlag unter 500 mm.¹⁹ So auch Amarillo im Bundesstaat von Texas (Abb. 6). Die Niederschläge liegen dort bei 434 mm mit sommerlich warmen Temperaturen. In den Wintermonaten fallen die monatlichen Durchschnittstemperaturen fast bis auf den Gefrierpunkt.

[...]

¹ vgl. DWD (2010): Stichwort - Klima.

² vgl. Hupfer/Kuttler (2006): 4.

³ vgl. Wilhelm (1993): 16.

⁴ vgl. Wilhelm (1993): 18-19.

⁵ vgl. Weischet (1995): 226.

⁶ vgl. Weischet (1995): 226.

⁷ vgl. Liljequist/Cehak (1984): 373.

⁸ vgl. Weischet (1980): 663.

⁹ vgl. Liljequist/Cehak (1984): 258.

¹⁰ vgl. Strahler/Strahler (2006): 204.

¹¹ vgl. Hahn (1981): 208-209.

¹² vgl. Liljequist/Cehak (1984): 261.

¹³ vgl. Hofmeister (1988): 25-27.

¹⁴ vgl. Strahler/Strahler (2006): 149.

¹⁵ vgl. Hofmeister (1988): 27-28.

¹⁶ vgl. Lenz (1988): 51.

¹⁷ vgl. Schneider-Sliwa (2005): 35.

¹⁸ vgl. Strahler/Strahler (1994): 92-94.

¹⁹ vgl. Hofmeister (1988): 30.