Jahreszeiten

Die Jahreszeiten unterteilen das Jahr in verschiedene Perioden, welche sich durch charakteristische astronomische oder klimatische Eigenschaften auszeichnen. Im alltäglichen Gebrauch sind damit hauptsächlich meteorologisch deutlich voneinander unterscheidbare Jahresabschnitte gemeint; in gemäßigten Breiten sind dies Frühling, Sommer, Herbst und Winter.

Allgemeines

Verursacht werden die unterschiedlichen Witterungsabschnitte dadurch, dass die Erdachse auf der Erdbahnebene nicht senkrecht steht (siehe Schiefe der Ekliptik) und sich daher im Jahresablauf die Lage der scheinbaren Bahn der Sonne am Himmel ändert.

Während des Nordsommers ist die Nordhalbkugel der Sonne zugeneigt, so dass die Sonne für einen auf gemäßigten nördlichen Breiten befindlichen Beobachter im Zuge ihrer scheinbaren täglichen Bewegung einen hohen Bogen durchläuft. Bei hochstehender Sonne trifft aber die Sonnenstrahlung steil auf die Erdoberfläche und liefert einen relativ hohen Energieeintrag pro Quadratmeter. Außerdem liegt der größere Teil der täglich durchlaufenen Sonnenbahn oberhalb des Horizonts, so dass die Tage lang sind und viel Zeit für den Energieeintrag zur Verfügung steht. Die daraus folgende Erwärmung erlaubt einen warmen Witterungsabschnitt.

Befindet sich die Erde ein halbes Jahr später am gegenüberliegenden Punkt ihrer Bahn, so ist wegen der (im wesentlichen, siehe Präzession) raumfesten Lage der Erdachse die Nordhalbkugel von der Sonne fortgeneigt. Für einen Beobachter auf der Nordhalbkugel ergibt sich eine niedrig verlaufende tägliche Sonnenbahn. Steht die Sonne tief, so trifft die Sonnenstrahlung flach auf die Erdoberfläche, so dass sie sich auf eine größere Fläche verteilt und weniger Energieeintrag pro Quadratmeter zur Verfügung steht. Außerdem liegt nur der kleinere Teil der täglichen Sonnenbahn oberhalb des Horizonts, so dass der Energieeintrag nur immer für eine kurze Zeitspanne erfolgen kann. Die Folge ist ein kälterer Witterungsabschnitt.

Wegen der thermischen Trägheit der Erde folgen Erwärmung und Abkühlung den Höchst- und Tiefstständen der Sonne mit einer Verzögerung von ein bis zwei Monaten. Die unterschiedlichen Sonnenbahnen haben in höheren geografischen Breiten die größte Auswirkung (Polarnacht), zum Äquator hin werden die jahreszeitlichen Unterschiede geringer.

Auf der Süd- und der Nordhalbkugel der Erde herrschen jeweils die entgegengesetzten Jahreszeiten: Ist im Süden Sommer, so herrscht auf der Nordhalbkugel Winter, und umgekehrt. In tropischen und subtropischen Gebieten unterscheidet man stattdessen zwischen Regen- und Trockenzeit. In den Tropen gibt es zwei Regenzeiten pro Jahr, welche sich jedoch mit zunehmender geografischer Breite zu einer einzelnen, zweigipfeligen und schließlich in den Subtropen zu einer eingipfeligen Regenzeit wandeln.

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Der im Jahresverlauf leicht veränderliche Abstand der Erde von der Sonne ist nicht die Ursache für die Jahreszeiten. Er macht lediglich die Südwinter etwas strenger und die Nordwinter etwas milder als sie bei kreisförmiger Erdbahn wären. Die Erde ist nämlich im Nordwinter an ihrem sonnennächsten Punkt (Perihel, ca. 3. Januar), während sie im Südwinter etwas weiter von der Sonne entfernt ist (Aphel, ca. 5. Juli).

Auf Grund kleiner Bahnstörungen durch die anderen Planeten wandert die Apsidenlinie (die Linie zwischen Aphel und Perihel) in gut 111.000 Jahren einmal rechtläufig (d.h. in der Bewegungsrichtung der Planeten) rund um die ganze Erdbahn. Auf Grund der Störungen durch die Planeten und den Mond führt außerdem die Erdachse eine Präzessionsbewegung aus, so dass die Sonnwend- und Tagundnachtgleichenpunkte in etwa 26.000 Jahren einmal rückläufig (d.h. gegen die Bewegungsrichtung der Planeten) rund um die ganze Erdbahn wandern. Wegen dieser gegenläufigen Bewegungen läuft das Perihel in rund 21.000 Jahren einmal durch alle Jahreszeiten. Im 12. Jahrtausend wird das Perihel mit dem Sommeranfang zusammenfallen. Die Jahreszeiten der Nordhalbkugel werden dann etwas extremer ausfallen als das heute der Fall ist. Im Gegenzug wird die Südhalbkugel im Vergleich zu heute mildere Winter und kühlere Sommer bekommen.

Astronomische Jahreszeiten

Definitionen

Die astronomischen Jahreszeiten sind definiert als die Zeitperioden, während welcher sich die Sonne in bestimmten Abschnitten ihrer scheinbaren jährlichen Bahn befindet. Die je nach Abschnitt unterschiedlichen Sonnenstände sind es, die letztlich auch wie oben erläutert die verschiedenen Witterungsabschnitte verursachen.

Die astronomischen Jahreszeiten beginnen jeweils, wenn die scheinbare geozentrische ekliptikale Länge der Sonne ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
Scheinbar heißt: unter Berücksichtigung von Aberration und Nutation.
Geozentrisch heißt: von einem hypothetischen Beobachter im Erdmittelpunkt aus gesehen. Die Definition ist also unabhängig vom Standort eines realen Beobachters; die astronomischen Jahreszeiten beginnen daher weltweit zum selben Zeitpunkt (der aber in verschiedenen Zeitzonen verschiedenen Uhrzeiten entspricht).

Der astronomische Frühling beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 0° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Frühlings-Tagundnachtgleiche. 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-Tagundnachtgleiche. Er fällt bis auf wenige Sekunden mit dem Zeitpunkt zusammen, in dem die Sonne den Himmelsäquator von Norden nach Süden überschreitet.

Der astronomische Winter beginnt, wenn die scheinbare geozentrische Länge der Sonne 270° beträgt. Dies ist der Zeitpunkt der Winter-Sonnenwende. 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 "Erd"bahnebene um die Sonne bewegt, während die Erde selbst diesen Schwerpunkt umkreist und sich in 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 andern führt ihre veränderliche ekliptikale Breite dazu, dass die maximale Deklination in der Regel nicht genau an den Sonnwendpunkten angenommen wird.

Beginn der Jahreszeiten

Die Tabelle listet die astronomischen Jahreszeitenanfänge bis 2014 für die Mitteleuropäische Zeitzone auf (Schaltjahre fett hervorgehoben):

	Frühling	Sommer	Herbst	Winter
2002	20. März 20:16 MEZ	21. Juni 15:24 MESZ	23. September 6:55 MESZ	22. Dezember 2:14 MEZ
2003	21. März 2:00 MEZ	21. Juni 21:10 MESZ	23. September 12:47 MESZ	22. Dezember 8:04 MEZ
2004	20. März 7:47 MEZ	21. Juni 2:57 MESZ	22. September 18:30 MESZ	21. Dezember 13:42 MEZ
2005	20. März 13:33 MEZ	21. Juni 8:46 MESZ	23. September 0:23 MESZ	21. Dezember 19:35 MEZ
2006	20. März 19:25 MEZ	21. Juni 14:26 MESZ	23. September 6:03 MESZ	22. Dezember 1:22 MEZ
2007	21. März 1:07 MEZ	21. Juni 20:06 MESZ	23. September 11:51 MESZ	22. Dezember 7:08 MEZ
2008	20. März 6:48 MEZ	21. Juni 1:59 MESZ	22. September 17:44 MESZ	21. Dezember 13:03 MEZ
2009	20. März 12:43 MEZ	21. Juni 7:45 MESZ	22. September 23:18 MESZ	21. Dezember 18:47 MEZ
2010	20. März 18:32 MEZ	21. Juni 13:28 MESZ	23. September 5:09 MESZ	22. Dezember 0:38 MEZ
2011	21. März 0:21 MEZ	21. Juni 19:16 MESZ	23. September 11:04 MESZ	22. Dezember 6:32 MEZ
2012	20. März 6:14 MEZ	21. Juni 1:09 MESZ	22. September 16:49 MESZ	21. Dezember 12:11 MEZ
2013	20. März 12:02 MEZ	21. Juni 7:04 MESZ	22. September 22:44 MESZ	21. Dezember 18:11 MEZ
2014	20. März 17:57 MEZ	21. Juni 12:51 MESZ	23. September 4:29 MESZ	22. Dezember 0:03 MEZ

Zwischen zwei Frühlingsanfängen liegt im Mittel ein Zeitraum von etwa 365 Tagen 5 Stunden und 49 Minuten (siehe tropisches Jahr). Jeder Frühlingsanfang fällt daher auf eine um knapp 6 Stunden spätere Uhrzeit als der vorhergehende. Diese systematische Drift zeigt sich auch in der Tabelle beim Vergleich der Zeitangaben für aufeinanderfolgende Jahre; Abweichungen der einzelnen Zeitabstände vom Mittelwert liegen in Bahnstörungen durch die anderen Planeten sowie dem bereits erwähnten Unterschied zwischen Erdmittelpunkt und Erde/Mond-Schwerpunkt begründet.

Nach vier Jahren hat sich der Frühlingsanfang um knapp 24 Stunden zu späteren Uhrzeiten verschoben. Der julianische Kalender führte nun einen Schalttag ein (in der Tabelle: 2004, 2008, 2012), um den Frühlingsanfang wieder um 24 Stunden auf frühere Zeitpunkte zu verschieben. Da die Korrektur durch den Schalttag 24 Stunden beträgt, der Frühlingsanfang aber erst um knapp 24 Stunden verschoben ist (nämlich im Mittel um 4 · 5h 49m = 23h 16m), hat der Schalttag eine Überkompensation zur Folge, so dass der Frühlingsanfang nach einem Schaltjahrzyklus von vier Jahren im Mittel um etwa 44 Minuten zu früheren Zeitpunkten verschoben ist. Auch dies zeigt sich in der Tabelle beim Vergleich zweier Frühlingsanfänge, die um vier Jahre auseinanderliegen. Diese Überkompensation wird im gregorianischen Kalender langfristig korrigiert, indem in drei von vier Hunderterjahren der Schalttag ausfällt (das nächste Mal im Jahr 2100).

Da die Schaltregel erst eine gewisse Verschiebung des Frühlingsanfangs auflaufen läßt, bevor sie sie durch Einlegen eines Schalttages wieder korrigiert, schwankt die Uhrzeit des Frühlingsanfangs (und entsprechend die aller anderen Jahreszeitenanfänge) in einem Bereich von etwa 18 Stunden. Meist liegt eine Mitternacht in diesem Bereich, so dass der betreffende Jahreszeitenbeginn im Laufe der Jahre an zwei unterschiedlichen Kalendertagen stattfinden kann. So fällt gegenwärtig der Frühlingsbeginn in der Mitteleuropäischen Zeitzone auf den 20. oder 21. März. Falls der Schwankungsbereich sich nicht über eine Mitternacht hinweg erstreckt, finden die betreffenden Jahreszeitenanfänge stets am selben Kalenderdatum statt. So fällt gegenwärtig der Sommeranfang in der Mitteleuropäischen Zeitzone (aber nicht in anderen Zeitzonen) stets auf den 21. Juni.

Diese Verhältnisse bleiben aber nicht konstant, da jeder Schalttag eine Überkompensation bewirkt und sich, wie oben erwähnt, die Jahreszeitenanfänge längerfristig langsam zu früheren Kalenderzeitpunkten hin verschieben, bis diese Verschiebung durch die Schaltregel für Hunderterjahre wieder korrigiert wird:

Gegenwärtig fällt der Frühlingsanfang in der Mitteleuropäischen Zeitzone auf den 20. oder 21. März. Im Jahr 2011 wird er zum letzten Mal in diesem Jahrhundert am 21. März stattfinden und von da an stets am 20. März. Im Jahr 2048 wird er erstmals und dann immer öfter auf den 19. März fallen. Gegen Ende des Jahrhunderts werden 19. und 20. März etwa gleich häufig vorkommen. Wegen des im Jahre 2100 ausfallenden Schalttages wird der Frühlingsanfang zu Beginn des 22. Jahrhunderts wieder zwischen dem 20. und 21. März pendeln.

Gegenwärtig findet der Sommeranfang in der Mitteleuropäischen Zeitzone (Sommerzeit) stets am 21. Juni statt. Im Jahr 2016 wird er erstmals und dann immer öfter auf den 20. Juni fallen. Gegen Ende des Jahrhunderts wird der 20. häufiger vorkommen als der 21. Der im Jahre 2100 ausfallende Schalttag verschiebt den Sommeranfang für einige Zeit wieder auf den 21. Juni.

Gegenwärtig trifft der Herbstanfang in der Mitteleuropäischen Zeitzone (Sommerzeit) etwa gleich häufig auf den 22. oder 23. September. Künftig wird der 22. zunehmend häufig vorkommen; im Jahr 2067 wird der 23. zum letzten Mal auftreten (vorausgesetzt, dass es in jenen Jahren noch eine Sommerzeit gibt, sonst im Jahr 2063). Die Jahrhundertschaltregel schiebt dann den Herbstanfang wieder auf den 22. und 23. September.

Gegenwärtig beginnt der Winter etwa gleich häufig am 21. und 22. Dezember. Der 21. wird künftig häufiger werden; im Jahr 2047 wird der 22. zum letzten Mal in diesem Jahrhundert auftreten. Im Jahr 2084 wird erstmals der 20. Dezember Winteranfang sein. Nach dem Jahrhundertwechsel liegt der Winteranfang wieder auf dem 21. und 22. Dezember.

Dauer der Jahreszeiten

Die astronomischen Jahreszeiten entsprechen jeweils bestimmten Abschnitten der Erdbahn. Da die Erdbahn leicht elliptisch ist, durchläuft sie diese Abschnitte mit variabler Geschwindigkeit, so dass die Jahreszeiten nicht alle gleich lang sind.

Gegenwärtig befindet sich die Erde bei Winterbeginn in der Nähe des Perihels und durchläuft daher Herbst und Winter schneller als Frühling und Sommer. Da das Perihel wegen der Bahnstörungen durch andere Planeten langsam durch die Jahreszeiten wandert, ändern sich auch die Geschwindigkeiten, mit denen die jeweiligen Jahreszeiten durchlaufen werden.

Die Tabelle zeigt die mittlere Dauer der einzelnen Jahreszeiten in Tagen:

Jahr	Frühling	Sommer	Herbst	Winter
-1000	94,25	91,63	88,42	90,94
0	93,96	92,45	88,69	90,13
1000	93,44	93,15	89,18	89,47
2000	92,76	93,65	89,84	88,99
3000	91,97	93,92	90,61	88,74

Im Jahr 1246 fielen Perihel und Wintersonnenwende zusammen, der Winter hatte also dieselbe Länge wie der Herbst und der Sommer dieselbe Länge wie der Frühling. Seither ist der Winter die kürzeste Jahreszeit. Er wird seine geringste Länge (88,71 Tage) um das Jahr 3500 erreichen und dann wieder länger werden. Er bleibt die kürzeste Jahreszeit, bis etwa im Jahr 6430 das Perihel mit der Frühjahrs-Tagundnachtgleiche zusammenfällt.

Präzession

Auf Grund der gravitativen Störungen durch die Planeten und den Mond führt, wie erwähnt, die Erdachse eine Präzessionsbewegung aus: ihre Neigung bleibt (im wesentlichen) konstant; die Richtung, in die sie geneigt ist, schwenkt aber im Verlauf von etwa 26.000 Jahren einmal um 360° herum. Damit ändert sich nichts an der Abfolge der Jahreszeiten, lediglich der Bahnabschnitt, in dem die jeweilige Jahreszeit auftritt, verschiebt sich: die Sommersonnenwende beispielsweise tritt immer dann ein, wenn das nördliche Ende der Erdachse der Sonne exakt zugeneigt ist. Der Einfluss dieser Verschiebung auf Dauer und Strenge der Jahreszeiten wurde bereits erläutert.

Für einen Zeitpunkt in 13.000 Jahren wäre die Erdachse auf obiger Abbildung in allen gezeigten Positionen nach links statt nach rechts geneigt zu zeichnen. Die Erdkugel in der rechten Position hätte dann die Nordhalbkugel der Sonne zugewandt, es wäre der Zeitpunkt der Sommer- statt der Wintersonnenwende. Der Gregorianische Kalender ist so eingerichtet, dass er diese Verschiebung mitmacht: die mittlere Länge seines Kalenderjahres (365,2425 Tage) entspricht ungefähr der Länge des tropischen Jahres (365,2422 Tage), so dass das Kalenderdatum 21. März stets in der Nähe des astronomischen Frühlingsanfangs fixiert bleibt und auch die anderen Jahreszeitenanfänge entsprechend mitwandern. In jener Bahnposition wäre dann also Juni statt Dezember, wie es für einen Sommeranfang zu erwarten ist.

In der Richtung, in welche die Nachtseite dieser Erdkugel zeigt, liegen das Sternbild Orion und andere charakteristische Wintersternbilder. In 13.000 Jahren wird in diesem Bahnabschnitt Sommer herrschen, und Orion wird ein Sommersternbild sein.

Meteorologische Jahreszeiten

Die meteorologischen Jahreszeiten sind nach den Kalendermonaten unterteilt. Die Einteilung ist so gewählt, dass sie in der Regel besser mit den charakteristischen Klimabedingungen übereinstimmt als die astronomische Einteilung. In der Zeit vor Erfindung des Computers ließen sich so Statistiken einfacher erstellen:

Phänologische Jahreszeiten

Um den im Jahresablauf zu beobachtenden saisonalen Entwicklungsstand der Natur durch Jahreszeiten zu beschreiben, ist die Unterteilung in vier Jahreszeiten im Allgemeinen zu grob. In der Phänologie kennt man daher bis zu zehn Jahreszeiten, deren Beginn lokal verschieden durch das Eintreten verschiedener Naturereignisse (zum Beispiel Apfelblüte) gegeben ist.

Sonstiges

Der einschneidende Einfluss, den der Ablauf der Jahreszeiten auf den Lebensrhythmus der Menschen hat, schlägt sich auch sprachlich nieder. Im Deutschen nennt man einen Zeitraum, in dem der Lebensrhythmus in einer Gegend erheblich vom Normalen abweicht, eine fünfte Jahreszeit.

Siehe auch

Weblinks

Die Entstehung der Jahreszeiten-sehr guter Artikel
WEBGEO-Modul: Erde, Erdbahn, astronomische Jahreszeiten-- WEBGEO: Das eLearning Portal für Geographie und Nachbarwissenschaften
Warum gibt es Sommer und Winter? -- Vortrag und Merkblatt zu den Jahreszeiten speziell für Kinder (unter Creative Commons Lizenz, zur Weiterverwendung)

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