Jahreszeiten

Die Jahreszeiten entstehen in den höheren Breitengraden durch die Schiefe der Ekliptik, den Einstrahlungswinkel und der Tageslängen. Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch die Temperaturen (Winter und Sommer) und werden als thermische oder klimatische Jahreszeiten bezeichnet. Durch die Niederschlagsmenge, Regen- und Trockenzeit, werden die Jahreszeiten in den Tropen bestimmt. Neben den klimatischen Jahreszeiten gibt es die astronomischen Jahreszeiten. Hierbei wird der Abschnitt der vier Zeitabschnitten zwischen Sonnenwende (21. Juni und 21. Dezember) und den Tagesundnachtgleichen (21. März und 23. September) berücksichtigt.

Entstehung der Jahreszeiten

Durch die wechselnde Position der Erde, die im Umlauf eines Jahres zur Sonne entstehen, verändern sich die Lichtverhältnisse. Somit entstehen die Jahreszeiten.

Jahr und Schaltjahr

Innerhalb eines Jahres bewegt sich die Erde 365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden auf einer elliptischen Umlaufbahn einmal um die Sonne. Das sogenannte Keplersche Gesetz. Diese Bewegung wird auch Erdrevolution genannt. Die dabei entstehende Differenz zum Kalenderjahr von 356 Tagen wird durch den Schalttag ausgeglichen. Dieser Schalttag tritt nach folgenden Gesetzmäßigkeiten ein: Aller 4 Jahre wird der 29. Februar als Schalttag eingefügt.

Schräglage der Erdachse

Die Lage der Erde ist im Bezug auf die Umlaufbahnebene in einem Winkel von 23,27° gekippt (Inklination). Diese Position wird beim Umkreisen der Sonne gehalten.

Polarkreis, Wendekreis und Beleuchtungszonen

Wird eine gerade Linie von der Sonne bis zum Mittelpunkt der Erde gezogen, so durchstößt deren Oberfläche einen Punkt, den man Bildpunkt der Sonne nennt. Befindet man sich genau an dieser Stelle, sieht man die Sonne genau senkrecht über den Kopf (im Zenit). Je nach Jahreszeit befindet sich der Bildpunkt im nördlichen Wendekreis am 21. Juni und im südlichen am 21. Dezember. Durch die Erdrevolution entstehen drei Beleuchtungszonen:

1. Beleuchtungszone – Zone zwischen den Wendekreisen
   (23,5° nördlicher bis 23,5° südlicher Breite)
   
   Dies ist die tropische Zone. Hier gibt es keine Jahreszeiten. Tage und Nächte sind annähernd (auf dem Äquator genau) gleich lang. Diese Zone wird in jeder Umlaufpostion fast gleichmäßig beleuchtet. Die Tages- und Nachtlängen variieren an den Wendekreisen im Jahreslauf von 10,5 bis 13,5 Stunden. Am Äquator sind es immer 12 Stunden Tag und Nacht.
    
2. Beleuchtungszone - Zone zwischen dem jeweiligen Wendekreis und dem Polarkreis
   (23,5° bis 66,5° nördlicher bzw. südlicher Breite)
   
   In den sogenannten Mittelbreiten entstehen die uns bekannten 4 Jahreszeiten. Durch die vier Fixdaten wird der Beginn der jeweiligen Jahreszeit gekennzeichnet, da an diesen Tagen eine bestimmte Beleuchtungssituation eintritt.
   
   21. März – Frühlinganfang
   Auf der Nordhalbkugel läuft der Bildpunkt der Sonne am Äquator entlang. Somit beleuchtet die Sonne die Erde, unabhängig ihrer Neigung, in alle Breiten gleichmäßig. Dadurch gibt es 12 Stunden Tag und 12 Stunden Nacht. Diese Tag- und Nachtgleiche wird auch als Äquinoktium bezeichnet. Der Bildpunkt „wandert“ nach diesem Tag in Richtung Norden. Auf der Nordhalbkugel werden danach die Tage länger, auf der Südhalbkugel kürzer und dort beginnt die Jahreszeit Herbst.
   
   21. Juni - Sommeranfang
   An diesem Datum steht die Sonne im Zenit des nördlichen Wendekreises. Die Spitze der gedachten Erdachse am Nordpol zeigt zur Sonne hin. Somit ist die Erde in Richtung Sonne gekippt, dass der nördliche Teil bis zum Polarkreis vollständig beleuchtet wird. Also liegen die Gebiete südlich des südlichen Polarkreises vollständig im Dunkeln. Durch diese Stellung entsteht der Sommeranfang auf der Nordhalbkugel und der Winteranfang auf der Südhalbkugel. An diesem Tag „wendet“ sich die Sonne und wandert wieder in Richtung Süden, der Sonnenwendtag. Dadurch werden die Tage im Norden wieder kürzer und im Süden wieder länger.
   
   23. September – Herbstanfang
   Mit diesem Tag ist das Herbstäquinoktium erreicht. Der Bildpunkt der Sonne bewegt sich wieder auf dem Äquator entlang und die Sonne wandert in Richtung des südlichen Wendekreises. Herbstanfang auf der Nordhalbkugel und Frühlingsanfang auf der Südhalbkugel.
   
   21. Dezember - Winteranfang
   Dieser Zeitpunkt ist die Wintersonnenwende. Hier steht die Sonne über den Zenit des südlichen Wendekreises. Die Erdachse zeigt am Nordpol von der Sonne weg. Demzufolge liegen die Gebiete nördlich des nördlichen Polarkreises völlig im Dunklen und die Tage auf der Nordhalbkugel werden wieder kürzer. Danach wandert die Sonne wieder Richtung Norden.
    
3. Beleuchtungszone - Zone zwischen dem Polarkreis und dem Pol
   (66,5° bis 90° nördlicher und südlicher Breite)
   
   In diesen polaren Regionen existieren nur zwei Jahreszeiten: der Polartag und die Polarnacht. Beide dauern an den Polen jeweils ein halbes Jahr. Der Polartag ist auf der Nordhalbkugel vom 21. März bis zum 23. September. Demzufolge ist der Polartag auf der südlichen Erdkugel vom 23. September bis 21. März. Somit ist in der anderen Jahreshälfte Polarnacht. Gebiete aus dieser Zone, die weit vom Pol entfernt liegen, können auch in der Polarnacht, außer zur Sonnenwende, für kurze Zeit die Sonne sehen. An Polartagen geht die Sonne für einige Stunden unter. Außer am Tag des Sonnenwendtages, da bleibt die gesamte Zone hell.
   
   Am 21. März, so wie am 23. September (Äquinoktien) läuft die Sonne in dieser Zone genau am Horizont entlang. Somit gibt es keinen Sonnenaufgang oder -untergang. Am 21. Juni ist es in der gesamten Nordpolarzone 24 Stunden hell und die Südpolarzone dunkel. Am 21. Dezember wird dieses Phänomen umgedreht und die Südpolarzone ist 24 Stunden hell.

Strahlungsenergie

Durch die Entfernung der Sonne zu einem Punkt auf der Erdoberfläche ergeben sich unterschiedliche Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Je steiler die Strahlen auf der Erde auftreffen, desto größer ist die Strahlungsenergie (Lambertsches Gesetz). Im Sommer der Mittelbreiten gilt beispielsweise: Die verhältnismäßig starke Sonneneinstrahlung verbunden durch den steilen Einfallswinkel und den längeren Tagen führen zu einem warmen Klima. Ebenso hängen die klimatischen Bedingungen der anderen Jahreszeiten mit den beschriebenen Fakten zusammen. Da in den Polarregionen ein niedriger Sonnenstand herrscht, ist es dort ständig kalt.