Gebirgsklima

mini|hochkant=1.8|Gebirgsklimata verursachen häufig ungewöhnliche Wolkenformationen (Cordillera del Paine, Chile)

Gebirgsklima (auch Höhenklima, jedoch uneinheitlich verwendet) ist ein Oberbegriff für Klimate, die sich aufgrund der Höhe über dem Meeresspiegel sowie des wetterbeeinflussenden Reliefs eines Gebirges (insbesondere Hochgebirges) vom Klima der umgebenden Ebenen bzw. niedriger gelegenen Gebieten unterscheiden.

Es entsteht durch die nach oben zunehmend stärkere Globalstrahlung gegenüber einer abnehmenden Strahlungsbilanz – verbunden mit einer allgemeinen Abnahme des Luftdrucks, der Temperaturen und des Wasserdampfgehaltes der Luft – mit großen lokalen Gegensätzen bei den Temperaturen (Tag und Nacht, Berg und Tal, Sonnen- und Schattenhänge), den Niederschlagsereignissen (Starkregen, Steigungsregen, Schneefall) und Windverhältnissen (Fallwinde, Berg- und Talwind-Zirkulation).

Die globale Erwärmung hat einen direkten Einfluss auf die Gebirgsklimate der Erde: Die Vegetations-Höhenstufen verschieben sich nach oben, sodass vor allem die Lebewesen des alpinen und nivalen Lebensraumes gefährdet sind. Da sich in großen Höhen aufgrund der Abgeschiedenheit grundsätzlich viele endemische Lebewesen entwickelt haben (äquatorwärts zunehmend), ist dort mit unwiederbringlichen Artenverlusten zu rechnen.

Allgemeine Grundlagen Temperaturen mini|Zwischen Wald- und Baumgrenze im indischen Himalaya (Pin Parbati La): Der limitierende Faktor für das Wachstum von Bäumen ist die Dauer der Vegetationsperiode und die Lufttemperatur

Das Zusammenspiel von höhenwärts zunehmender Wärmeausstrahlung im Rahmen der Strahlungsbilanz, abnehmendem Luft- beziehungsweise Partialdruck des Luftsauerstoffs und entsprechend negativem Temperaturgradienten in der untersten Atmosphärenschicht führt grundsätzlich mit zunehmender Höhe zu abnehmenden Lufttemperaturen von etwa 0,4 bis 0,7 °C pro 100 Meter. Die dabei sinkende Wasserhaltefähigkeit der Luft bewirkt in der Regel eine Abnahme des Wasserdampfgehaltes und damit der Luftfeuchtigkeit (sofern die Hänge nicht in der Wolkenkondensationszone liegen).

Isolierte Berggipfel (etwa Vulkane oder Inselberge bei gleicher Höhe und Klimazone) sind immer kühler als Bergmassive oder Hochplateaus, ebenso wie der Randbereich großer Gebirge kühler ist als das Innere (Beispiel: Die Schneegrenze liegt in den Zentralalpen 500 bis 700 m höher als am nördlichen Alpenrand).Alexander Stahr, Thomas Hartmann: Landschaftsformen und Landschaftselemente im Hochgebirge, Springer, Berlin/Heidelberg 1999, ISBN 978-3-540-65278-6, S. 20–22.Wolfgang Zech et al.: Böden der Welt, Springer, Berlin/Heidelberg 2014, DOI:10.1007/978-3-642-36575-1 10, S. 110.

Bei dieser Regel (Massenerhebungseffekt) ist zu beachten, dass die Temperatur in einem Gebirge im Allgemeinen höher ist als bei gleicher Höhe in der Luft über einer Tiefebene, da Hochländer (Massenerhebungen) sich stärker erwärmen als eine Ebene (vor allem ohne Schnee, siehe Albedo-Rückstrahlung).Conradin Burga, Frank Klötzli und Georg Grabherr (Hrsg.): Gebirge der Erde – Landschaft, Klima, Pflanzenwelt. Ulmer, Stuttgart 2004, ISBN 3-8001-4165-5, S. 22–24, 332

Die durchschnittliche Lufttemperatur ist für das Wachstum von Bäumen ein limitierender Faktor: An der Baumgrenze liegt die mittlere Temperatur während der mindestens dreimonatigen Vegetationsperiode weltweit nicht unter 6 °C.Christian Körner 2014: Warum gibt es eine Waldgrenze? Biologie in unserer Zeit 4:250-257 (Wiley:PDF) Der Jahresgang der Bodentemperaturen ist vor allem ein entscheidender Faktor für die Entstehung von Permafrostböden. Er ist jedoch nicht nur vom klimatischen Faktoren (Sonneneinstrahlung und Dauer der winterlichen Schneedecke) abhängig, sondern ebenso von der vorherrschenden Pflanzendecke (etwa der „Selbstverschattung“ von Bäumen mit Absenkung der Bodentemperatur in der Krummholzzone). Dabei sind die täglichen Temperaturschwankungen im Bergwald wesentlich geringer als im alpinen Offenland.Dieter Heinrich, Manfred Hergt: Atlas zur Ökologie. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1990, ISBN 3-423-03228-6. S. 95, 111.

Niederschläge mini|Wolkendecke auf einem Kaltluftsee unterhalb des Olymp (Griechenland)

Abhängig vom atmosphärischen Feuchtigkeitstransport der Klimazone, in der ein Gebirge liegt, von der Ausrichtung zur Hauptwindrichtung, seiner Ausdehnung, Höhe und Topographie ist in den meisten Fällen vom Fuß zur Gipfelregion eine Zunahme der Niederschläge feststellbar (Steigungsregen): In Mitteleuropa sind das etwa 50 bis 120 mm auf 100 Höhenmeter – mehr in der Staulagen (Luv), weniger in windabgewandten Lagen (Lee). Gegenüber der Temperaturabnahme sind die regionalen Unterschiede und Ausnahmen bei der Niederschlagsverteilung allerdings erheblich größer. Allgemein sind Starkregenereignisse und andere Wetterextreme in Gebirgsregionen häufiger und intensiver als im Tiefland.

Eine weitere wichtige Komponente für den Wasserhaushalt eines Gebirges hat die Mächtigkeit und Dauer einer Schneedecke, sowie die Bildung von Tau und Nebel.

Das Phänomen der Inversionswetterlage mit Kaltluftseen als Folge von Tälerverschattungen und kalten Fallwinden, auf denen sich eine geschlossene Nebel- beziehungsweise tiefliegende Wolkendecke bildet, tritt in nahezu allen Gebirgen der Erde auf und ist im Winter gemäßigter Gebirge besonders häufig.

Winde mini|Föhnwind wirkt wie ein Vergrößerungsglas: Blick über München auf die Alpen

Auch die Windgeschwindigkeit nimmt mit zunehmender Meereshöhe zu (in den Gebirgen Mitteleuropas etwa 0,3 m/s pro 100 Meter). Besonders prägend für Gebirgsklimata sind jedoch die lokal entstehenden Winde – Berg- und Talwind-Zirkulation (warme, aufwärts wehende Talwinde; kalte, abwärts wehende Bergwinde) sowie kalte oder warme Fallwinde der globalen Luftströmungen (Beispiele: kalter Mistral, warmer Föhn) – die zu schnellen Temperaturwechseln (Abkühlung oder Erwärmung mit austrocknenden Effekten) führen.

Höhenstufen Der Jahres- und Tagesgang der Temperaturen sowie die Wasserversorgung beziehungsweise die Humidität oder Aridität des Gebirgsklimas bestimmen die Dauer der Vegetationsperiode für die Pflanzen, sodass die je nach Meereshöhe unterschiedlichen Bedingungen im Gebirge die Art der jeweiligen natürlichen Pflanzenformationen und -gesellschaften festlegen. Die Unterschiede können in verschiedenen Vegetationshöhenstufen beschrieben werden, die wie übereinandergestapelte Gürtel um jedes Gebirge liegen.

Hinzu kommen bis zu vier geomorphologische Höhenstufen in den vegetationsarmen oder -freien Gipfelregionen, deren physikalischen Vorgänge (Gletscher- und Schneebedeckung, Erosion, Verwitterungsprozesse, Bodenfließen u. ä.) ebenfalls vom Gebirgsklima verursacht werden und die vor allem über den Schmelzwasserabfluss auch auf tieferliegende Regionen sichtbaren Einfluss haben.

Strahlung mini|Typisch Gebirgsklima: „Dünne“, eiskalte Luft – warme Sonnenstrahlung, die selbst im Winter zum Sonnenbaden einlädt

Die Höhe eines Gebirges, die Hangneigungen und Expositionen (Einfallswinkel der Sonnenstrahlen, Sonnen- oder Schattenhänge) haben einen Einfluss auf die Intensität der direkten Sonneneinstrahlung, die höhenwärts durch abnehmende Luftdichte, Luftdruck (in 6000 m Höhe 50 % weniger als auf Meeresniveau), Lufttrübung und damit ebenfalls abnehmender Diffusstrahlungzunimmt: Dies bewirkt vor allem eine stärkere Wärmestrahlung, die auf besonnten Flächen eine deutliche Erhöhung der Bodentemperaturen (jedoch nicht der Lufttemperaturen!) mit einer stärkeren Verdunstung verursacht; sowie eine verstärkte UV-Strahlung, die zellschädigend wirkt und entsprechende Schutzmechanismen der Gebirgsflora entstehen ließDieter Heinrich, Manfred Hergt: Atlas zur Ökologie. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1990, ISBN 3-423-03228-6. S. 95. (kürzere Sprossen mit kleineren, enger stehenden Blättern, die weniger Chlorophyll enthalten, aber mehr Assimilationsgewebe, lebhafter gefärbte Blüten).

Spezielle Bedingungen Je nach globaler Lage eines Gebirges gelten zudem besondere Bedingungen von Gebirgsklimata:

Tropen Die starke Sonneneinstrahlung in den Tropen führt zu einer höheren Verdunstung als in den Außertropen. Insbesondere im Inneren der sehr hohen Gebirge Amerikas und Asiens kommt es dadurch zu lokalen Berg-Tal-Windsystemen, die den Tälern Feuchtigkeit entziehen: Die feuchte Luft steigt auf und bildet lokal stationäre Wolken, die sich nach der abendlichen Abkühlung über den Berghängen abregnen, sodass den Tälern mehr Feuchtigkeit entzogen als zugeführt wird. Außerdem herrscht über der Waldgrenze in Umkehrung zu Gebirgen der mittleren Breiten eine höhenwärts zunehmende Trockenheit. Die Höhengrenzen (Frost-, Firn-, Waldgrenze) liegen in den Tropen wieder etwas tiefer als in den Subtropen.Michael Richter (Autor), Wolf Dieter Blümel et al. (Hrsg.): Vegetationszonen der Erde. 1. Auflage, Klett-Perthes, Gotha und Stuttgart 2001, ISBN 3-623-00859-1. S. 304, 315, 328.

Immerfeuchte innere Tropen mini|Tropischer Wolkenwald in Ecuador

Je näher ein Gebirge am Äquator liegt, desto stärker wird es von einem Tageszeitenklima geprägt: Statt eines jährlichen Wechsels von Sommer und Winter mit unterschiedlichen Tageslängen und Temperaturen herrscht der größte Temperaturunterschied zwischen den immer gleich langen, jeweils zwölfstündigen Tagen und Nächten. Je höher eine Region der immerfeuchten Tropen liegt, desto stärker sind die Tag/Nacht-Schwankungen. So sinkt etwa in den Anden Süd-Perus und Boliviens in 4000–5000 Metern Höhe die Temperatur an 330 bis 350 Nächten im Jahr unter 0 °C, während sie tagsüber im deutlich positiven Bereich liegt (Frostwechseltage).

Wie in der Ebene sind regelmäßige Tropenregenfälle typisch, die in den Bergen noch größere Niederschlagsmengen bringen. Lediglich die vorherrschenden Wind- und Niederschlagsverhältnisse haben in einigen Tropengebirgen einen Jahreszeitenrhythmus. Aufgrund der ganzjährig hohen Luftfeuchtigkeit gibt es an den Luvhängen innertropischer Gebirge zwischen 1500 und 1800 m eine untere (stärkere) Wolkenkondensationszone (Hebungskondensationsniveau durch den Stau von Luftströmungen) sowie eine zweite, auf etwa 3000 bis 3500 m Höhe liegende, schwächere Konvektionskondensationszone (durch aufsteigende Warmluft), die die Hochgebirge in zwei Wolkenschichten hüllt. Sie ermöglichen die Existenz von Wolken- und Nebelwäldern.Wilhelm Lauer: Zur hygrischen Höhenstufung tropischer Gebirge, in P. Müller (Hrsg.): Neotropische Ökosysteme: Festschrift Zu Ehren Von Prof. Dr. Harald Sioli, Vol. 7, Dr. W. Junk B.V., Publishers, The Hague, Wageningen 1976, ISBN 90-6193-208-4, S. 170–178. Die Frostgrenze liegt bei rund 3000 Metern und die Schneegrenze in den Feuchttropen je nach Region bei etwa 4600–5300 Metern Höhe.

Beispiele: Ost-Anden Ecuadors, Tepuis (Guyana), Kinabalu (Borneo), Maokegebirge (Neuguinea)

Monsungebiete der Tropen und Subtropen mini|Der berühmte „Wolkenwasserfall“ von La Palma: Feuchte Luftmassen im Bergstau