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 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) 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.
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 als die Nordwinter. Die Erde ist nämlich im Nordwinter an ihrem sonnennächsten Punkt (Perihel, ca. 3. Januar), während sie im Nordsommer (dem 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 etwa 21.000 Jahren einmal durch alle Jahreszeiten. Im 13. 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 - relativ gesehen - 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.
Wegen der leicht elliptischen Erdbahn (Abweichung von einer Kreisbahn +/- 1,7 Prozent) unterscheiden sich die Längen der Jahreszeiten um einige Tage.
Jahreszeitenanfänge
Die Tabelle listet die astronomischen Jahreszeitenanfänge bis 2012 für die Mitteleuropäische Zeitzone auf:
| Frühling | Sommer | Herbst | Winter | |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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 den Zeitangaben der Tabelle für aufeinanderfolgende Jahre; Abweichungen der einzelnen Zeitpunkte von diesem 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 Gregorianische Kalender führt nun einen Schalttag ein (in der Tabelle: 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 zum 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.
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:
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.