Während Wetter den physikalischen Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einem bestimmten Ort beschreibt, wird mit Klima die langjährige Zusammenfassung aller Wettererscheinungen in einem mehr oder weniger großen Gebiet beschrieben. Einfach gesagt ist Klima das durchschnittliche Wetter in einer Gegend. Der Zeitraum über den dieser Durchschnitt gebildet werden soll, wurde von der Weltorganisation für Metorologie (englisch World Meteorological Organization, WMO) auf mindestens 30 Jahre festgelegt. Trotzdem werden teilweise auch kürzere Zeiträume verwendet.

Um den Zustand der Atmosphäre, also das Wetter, beschreiben zu können werden schon seit mehreren Jahrhunderten Beobachtungen durchgeführt. Möglich wurde dies Beispielsweise durch Galileo Galileis Erfindung eines Thermometers 1592 oder Evangelista Torricellis Bau eines Luftdruckmessgerätes 1643. In Deutschland stammen die ältesten Messungen von Temperatur und Luftdruck aus dem 18. Jahrhundert. Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit Beispielsweise die Temperatur anhand von Bohrkernen zu rekonstruieren und so das Klima längst vergangener Zeit zu bestimmen.

Einen wichtigen Stellenwert im Bereich der Klimabeobachtung nimmt die sogenannte Keeling-Kurve ein. Diese Kurve beschreibt den Gehalt von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre seit 1958. Damals hat Charles David Keeling auf dem Vulkan Mauna Loa auf Hawaii die heute älteste Messstation für CO2 eingerichtet. Grundlage für diese Messungen war die bereits 1895 von Svante Arrhenius formulierte These, dass das Verbrennen fossiler Brennstoffe den CO2-Gehalt in der Atmosphäre derart erhöht, dass es zu einer globalen Erwärmung kommen kann.

Ein weiterer Meilenstein der Klimaforschung war der Beginn der Wetterbeobachtung mithilfe von Satelliten in den 1960er Jahren. Seitdem ist es möglich weltweit mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung den Zustand der Atmosphäre zu bestimmen. So lässt sich die menschengemachte Klimakriese quasi in Echtzeit beobachten.

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