Niederschlag

Unter „Niederschlag“ versteht man das Ausfallen von Wasser aus Wolken zur Erde in flüssiger oder fester Form. Voraussetzung für Niederschlag sind Wassertröpfchen oder Eiskristalle in Wolken, die allerdings so klein sind (durchschnittlich 10 µm), dass sie nicht zu Boden fallen. Sie entstehen durch Kondensation bzw. Sublimation (direkter Übergang von Gas- zur Festform). Diese kleinen Tröpfchen oder Kristalle reichen allerdings noch nicht aus um Niederschlag zu bilden, da sie wegen ihrer großen Oberflächenkrümmung einen hohen Sättigungsdampfdruck* über der Oberfläche haben und daher schnell verdampfen würden. Wichtig ist daher das Vorhandensein von Kondensationskernen, die sich in den kleinen Wolkentröpfchen auflösen. Lösungen haben einen niedrigeren Sättigungsdampfdruck und können daher besser anwachsen. Auch Eiskristalle benötigen einen Eiskern um anwachsen zu können bzw. Eisteilchen benötigen Eiskeime zur Sublimation. Da Eiskeime aber viel seltener vorkommen als Kondensationskerne, können auch unter 0 Grad Celsius noch Wolkentröpfchen in flüssiger Form in einer Wolke vorkommen. Unterkühlte Wassertröpfchen treten sogar noch bei -15 Grad Celsius auf. Häufig ist es also so, dass in einer Wolke unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle gleichzeitig vorkommen – sog. Mischwolken.

Wolkentröpfchen oder Eiskristalle müssen nun also so weit anwachsen, damit sie schwer genug sind, um eine nennenswerte Fallgeschwindigkeit erreichen. Diese wird erst ab Durchmessern größer als 100 µm erzielt.

Man unterscheidet zwei Prinzipien, die dazu führen, dass Wolkenteilchen so stark anwachsen, dass sie zu Niederschlagsteilchen werden:

1. Kollision und Koaleszens: Damit meint man das Zusammenstoßen und Zusammenwachsen von Wassertröpfchen. Bei diesem Prinzip sind Eiskristalle nicht notwendig. Diesen Prozess nennt man Langmuir-Prozess. Dieser Prozess spielt vor allem in den Tropen eine Rolle. Bei uns in Mitteleuropa tritt der Langmuir-Prozess eher seltener auf – lediglich bei der Bildung von Nieselregen in niedrigen Stratus-Wolken.
2. Sind Wassertröpfchen und Eiskristalle gleichzeitig vorhanden, dann wachsen die Eiskristalle auf Kosten der Wassertröpfchen an, da der Sättigungsdampfdruck über Wasser größer ist als über Eis. Diesen Vorgang nennt man Bergeron-Findeisen-Prozess.

Wassertropfen können eine maximale Größe von 4 bis 5 mm erreichen. Ab dann sind sie instabil und die Oberflächenspannung reicht nicht aus, um den Tropfen zusammenzuhalten. Der Tropfen zerfällt in kleinere Tropfen, die wieder anwachsen können.

Niederschlagsformen

Niesel- oder Sprühregen…

…fällt aus niedrigen Stratuswolken, die z.B. beim Überströmen von feuchter Luft über kälteren Boden strömt (z.B. an der Küste im Frühsommer, wenn das Meerwasser noch recht kühl ist) oder bei winterliche Hochdruckwetterlagen, bei denen sich in Bodennähe Inversionslagen bilden. Im Stratus kommen in der Regel keine Eiskristalle vor und daher ist der Langmuir-Prozess für die Niederschlagsbildung entscheidend. Nieselregentröpfchen haben einen Durchmesser von < 0,5 mm.

Landregen…

…fällt aus Altostratus- und Nimbostratuswolken. Durch geringe Turbulenzen in diesen Wolken erklärt sich die Gleichmäßigkeit des Landregens. Die Tröpfchendurchmesser sind größer als 0,5 mm.

Regenschauer…

…ist eine Niederschlagsform, die in mächtigen Cumuluswolken und in Cumulonimbuswolken auftritt. Regenschauer treten zusammen mit böenartigen Winden auf, was einen gleichmäßigen Niederschlag wie beim Landregen verhindert. Durch die starken Aufwinde in diesen Wolken können sich selbst 10 cm große Eisklumpen in der Wolke halten. Fallen diese Eisklumpen nun Richtung Boden, schmelzen sie entweder vollständig und bilden große Regentropfen, oder es hagelt.

Hagel…

…entsteht wie Regenschauer, nur dass die herabfallenden Eisklumpen nicht schmelzen. Hagelkörner sind größer als 5 mm.

Graupel…

…entsteht wie Hagel, nur erreicht ein Graupelkorn lediglich Durchmesser von 2 bis 5 mm.

Schneeflocken…

…sind Gebilde aus mehreren Eiskristallen, deren Klebstoff unterkühlte Wassertröpfchen sind, der die Eiskristalle durch spontanes Gefrieren miteinander verbindet.

Unter dem Strich kann man sagen, dass Wolken, die Niederschlag bilden (außer Nieselregen), mindestens so mächtig sein müssen, dass sie im oberen Teil Temperaturen von unter -10 Grad Celsius haben.

* Sättigungsdampfdruck: Unter Dampfdruck versteht man den Partialdruck des Wasserdampfes in Pa. Der von der Lufttemperatur abhängige maximale Dampfdruck ist der Sättigungsdampfdruck.

Literatur:

Dieter Walch, Ernst Neukamp: Wolken, Wetter. GU – Gräfe und Unzer

Helmut Krazs (2000): Die Atmosphäre der Erde. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH

Wetter und Klima (1989). Meyers Lexikonverlag

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