Niederschlagsbilder

Schneefall

 

Böenwalze

 

Reif

 

Schauer

 

Schauer aus Cumulonimbus mammatus praecipitatio (höckerartige Niederschlags-Gewitterwolken)

 
Niederschlagsarten

n Abgesetzter Niederschlag

  n unmittelbare Kondensation bzw. Sublimation des Wasserdampfes an oder nahe der Erdoberfläche
    n flüssige Formen
      n Tau (Kondensation)
      n Taubeschlag
    n feste Formen
      n Reif (Kondensation)
      n Frostbeschlag
  n fallender Niederschlag
    n mittelbare Kondensation bzw. Sublimation der freien Atmosphäre
    n Niederschlag aus Wolken

Flüssige Formen

Bezeichnung Tropfendurchmesser (mm) Intensität / Fallart
Sprühregen (Nieseln) 0.1 bis 0.5 geringe Intensität, gleichmäßig fallend
Regen 0.5 bis 5.0 kurz und heftig als Schauer, langanhaltend und gleichmäßig als Landregen

Feste Formen

Bezeichnung Durchmesser (mm) Gestalt / Entstehungstemperatur
Schneekristall 1 bis 5 sechseckige Plättchen / Prismen; unter 0 °C
Schneeflocke größer als 10 sechsstrahlige Sternchen; unter 0 °C
Schneegriesel kleiner als 1 undurchsichtige weiße Körner aus Schneekristallen mit reifartigem Überzug, meist platt oder länglich; unter 0 °C
Reifgraupel kleiner als 5 schneeähnlich, meist kegelförmig oder abgerundet; um 0 °C
Frostgraupel 1 bis 5 halbdurchsichtige Bällchen mit weißem, trüben Kern, von klarer Eisschicht umgeben; um 0 °C
Eiskörner kleiner als 5 gefrorene Regentropfen, durchsichtig; um 0 °C
Eisnadeln sehr klein sehr kleine Eiskristalle bei Windstille und klarem Himmel; durch Sublimation des Wasserdampfes
Hagel 5 bis 50 Eiskugeln oder -klumpen, große Hagelkörner haben einen Schalenaufbau durch mehrmaliges Auf- und Absteigen in der Wolke

Entstehung von Tröpfchen und Wolken
Damit aus dem gasförmigen Wasserdampf in der Atmosphäre flüssige Tröpfchen werden, muß die Luft mit Wasserdampf gesättigt sein, d.h. die relative Luftfeuchtigkeit muß 100 % betragen. Die Fähigkeit der Luft, Wasserdampf aufzunehmen, ist temperaturabhängig. Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kühlere.
Faustregel: Pro 1 °C kann 1 g Wasserdampf pro Kilogramm Luft aufgenommen werden.
Beispiel: Ein Luftpaket von 1 kg und 20 °C könnte 20 g Wasserdampf aufnehmen, es enthält aber z.B. nur 10 g Wasserdampf. Somit beträgt die relative Feuchte 50 %. Um ohne weiteres Zuführen von Wasserdampf die Sättigungsfeuchte von 100 % zu erreichen, muß sich das Luftpaket um 10 °C abkühlen. Dies erfolgt entweder beim Durchmischen mit kälterer Luft oder durch Aufsteigen und damit verbundener Temperaturabnahme mit der Höhe.
Ab 100 % relative Luftfeuchte beginnt der Wasserdampf an Kondensationskernen zu kondensieren. Er wird zu winzigen Tröpfchen, die im Mittel eine Größe von 5 bis 10 µm (10-6 m) haben; eine Wolke entsteht. So gebildete Tröpfchen können bis -35 °C flüssig bleiben, wenn keine geeigneten Gefrierkerne vorhanden sind. Denn genau wie beim Kondensieren von Wasserdampf benötigt der Tropfen einen Kern zum Gefrieren. Derartige Kerne liegen in der Größenordnung von 10-4 und 1 µm (10-6 m). Da geeignete Gefrierkerne seltener anzutreffen sind, sind Tropfen mit Temperaturen um -10 °C etwas ganz Gewöhnliches. Tropfen mit Temperaturen unter 0 °C nennt man auch unterkühltes Wasser. Damit aus diesen kleinen Tröpfchen Niederschlagstropfen werden, bedarf es allerdings mehr als des reinen Kondensationsprozesses.

Wachstum von Wolkentröpfchen
Die entstehenden Wolkentröpfchen sind in der Regel nicht groß genug, um als Niederschlag zu Boden zu fallen. Da der reine Kondensationsvorgang für ein entsprechendes Tropfenwachstum meist nicht ausreicht, treten andere Prozesse in den Vordergrund.
Eiskristalle wachsen auf Kosten der Wassertröpfchen
Oft sind in sogenannten Mischwolken unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle gleichzeitig vorhanden. Die Bindung der Wassermoleküle ist im Eis fester als im Wasser, d.h. die Zahl der Moleküle, die sich aus ihrer jeweiligen Phase freimachen können, ist bei Eis geringer als bei Wasser. Die Wassermoleküle können sich also schneller vom Wassertropfen als vom Eiskristall lösen. So strömen ständig Wassermoleküle aus der Umgebung der Tröpfchen zu den Eiskristallen und sublimieren dort. Die Verarmung an Wasserdampf führt dazu, daß die Wassertröpfchen schließlich völlig verdunsten während die Eiskristalle weiter anwachsen.
Große Tropfen fallen schneller als kleine, Koaleszenz
Während kleinere Tröpfchen noch von den Aufwinden in der Wolken getragen werden können, fallen größere bereits nach unten. Da sie eine deutlich höhere Fallgeschwindigkeit als kleine Tröpfchen haben, kollidieren sie auf ihrem Weg mit anderen Tropfen und verschmelzen miteinander (Koaleszenz).
Unterkühlte Tröpfchen gefrieren an Eiskristallen, Koagulation
Die Eiskristalle in eine Wolke sind z.B. durch den ersten Vorgang größer als die Wolkentröpfchen und haben demnach eine höhere Fallgeschwindigkeit. Berühren sich ein Eiskristall und ein unterkühltes Wassertröpfchen, so gefriert dieses spontan am Eiskristall an (Koagulation). So kann dieser weiter wachsen und ab einer Größe von 1.5 bis 30 mm als Niederschlag fallen.

 

Künstlicher Niederschlag
Oft existieren Wolken, die Niederschlag bringen könnten, dies aber nicht tun. Nach der Wegener-Findeisen-Theorie sind für die Niederschlagsbildung durch Koaleszenz Eiskristalle eine notwendige Voraussetzung. Fehlen diese trotz geeigneter Temperaturverhältnisse, kann es sein, daß somit Gefrierkerne fehlen. Diese kann man künstlich zusetzen, indem man aus Flugzeugen reines Wasser oder eine Lösung von Salz oder einem hygroskopischen Stoff aussprüht.
In praktischen Versuchen wurde Silberjodid in Aceton gelöst und verbrannt. Die so entstehenden Silberjodid-Kristalle stehen für die unterkühlten Wassertröpfchen als Gefrierkerne zur Verfügung, Eiskristalle bilden sich, und durch Koaleszenz entwickeln sich Niederschlagsteilchen. Dieses Verfahren wird auch zur Hagelabwehr verwendet. Hagel kann nur deshalb entstehen, weil für den großen Anteil an Wasser in der Wolke zu wenig Gefrierkerne vorhanden sind. Bei der Hagelabwehr versucht man solche Kerne, die schon bei Temperaturen um -15 °C aktiv werden, in die Wolke zu bringen, so daß sich das ganze Wasser statt auf wenige große nunmehr auf viele kleine Eiskristalle verteilt, di unter der 0-°C-Grenze ganz zu Wassertropfen schmelzen.
Obwohl diese Verfahren physikalisch einleuchtend sind, sind eindeutige statistisch abgesicherte Erfolge nicht erwiesen. Es läßt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Maßnahme zum Erfolg geführt hat, oder ob die Wolke auch ohne Behandlung Regen gebracht hätte.
Bei allen atmosphärischen Bedingungen kann man eine Niederschlagsbildung durch künstliche Methoden herbeiführen. Bleibt die Frage, ob man dadurch eine Erhöhung des Niederschlages am Boden erhält. Bei nicht allzu dichten Wolken kann man diese z.B. zur Vereisung bringen, und damit können Eiskristalle auf Kosten der Wolkentropfen anwachsen (siehe oben). Als Resultat könnten sich die Wolken im Versuchsgebiet auflösen, oder die fallenden Eiskristalle könnten kurz unter der Wolkenuntergrenze verdunsten.