Regenwolken

Im Thema des Tages vom 23. Oktober 2018 wurde eindrucksvoll
erläutert, dass es sich bei Wolken ganz und gar nicht um "flauschige
Leichtgewichte" handelt. Im Gegenteil: Alleine der Wassergehalt einer
Schönwetterwolke bringt hunderte von Tonnen auf die Waage, bei
ausgewachsenen Gewitterwolken sind es sogar über eine Million Tonnen.
Damit trifft es die Bezeichnung ?meteorologisches Schwergewicht? wohl
eher. Bei einem interessierten Leser kam dabei allerdings die Frage
auf, aus welcher Wolke es denn schließlich regnet. Wie entsteht denn
Regen?

Bereits in der Schule wird das Wissen über den Wasserkreislauf
vermittelt. An dessen Anfang steht die Verdunstung von Wasser.
Scheint die Sonne, erwärmt sich die Erdoberfläche und somit auch die
bodennahe Luftschicht. Dabei verdunstet Wasser vom Boden, aber auch
aus Flüssen und Seen oder von der Vegetation und wird zu Wasserdampf.
Die erwärmte Luft, die leichter ist als vergleichsweise kalte, steigt
in der Folge zusammen mit dem Wasserdampf in höhere, aber auch
kältere Luftschichten auf. Dabei kühlt sie sich ab. Da kältere Luft
jedoch weniger Wasserdampf speichern kann als wärmere, wird ab einer
gewissen Höhe und Abkühlung die sogenannte Taupunkttemperatur
erreicht, bei der die Luft gesättigt ist und Kondensation einsetzt.
Dann bilden sich viele winzige Wassertröpfchen, die wir als Wolke
wahrnehmen. In großen Höhen, wo die Temperatur deutlich unterhalb des
Gefrierpunktes liegt, können auch kleine Eiskristalle entstehen, die
in ausreichender Menge Eiswolken bilden.

Häufig entstehen Niederschläge durch komplexe Vorgänge, bei denen
auch die Eisphase eine Rolle spielt. Bleiben wir der Einfachheit
halber aber bei den sogenannten Wasserwolken: Wann regnet es nun aus
den Wolken?

Damit die winzigen Wassertröpfchen schließlich zu Regentropfen
anwachsen, reicht die Kondensation von Wasserdampf alleine nicht aus.
Wesentlich effektiver ist das Zusammenfließen (Koaleszenz) von
Wolkentröpfchen. Beinhaltet die Wolke nun unterschiedlich große
Tropfen, sinken die größeren schneller ab als kleine. Dabei
kollidieren sie miteinander, was das Tropfenwachstum weiter
beschleunigt. Erreicht der Tropfen schließlich eine kritische Masse,
sodass seine Sinkgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der
aufsteigenden Luftmasse übersteigt, fällt der Tropfen zum Erdboden.
Mangelt es allerdings an Feuchtigkeit oder ist die Aufwärtsbewegung
der Luftmassen zu gering, bilden sich keine ausreichend großen
Tropfen, womit es unter den Wolken trocken bleibt.

Die Fallgeschwindigkeit des Regentropfens hängt dabei von seiner
Größe, Form und der ihn umgebenden Luftströmung ab. In der Regel
fallen kleine Tropfen langsam, große Tropfen hingegen schnell. Ihre
maximale Geschwindigkeit erreichen Tropfen dann, wenn der
Luftwiderstand des Tropfens im Gleichgewicht mit seiner Schwerkraft
ist. Um an dieser Stelle jedoch keine allzu komplexen Berechnungen
anstellen zu müssen, kann man sich einer groben Faustregel zur
Berechnung der Fallgeschwindigkeit bedienen: Die Fallgeschwindigkeit
in Metern pro Sekunde (m/s) entspricht etwa dem doppelten
Tropfendurchmesser in Millimetern. Bei einem mäßigen Landregen
besitzen die Tropfen in der Regel einen Durchmesser von etwa einem
Millimeter. Folglich weisen diese Tropfen eine Fallgeschwindigkeit
von ungefähr 2 m/s (= 7,2 km/h) auf. Bei einem sommerlichen
Starkregenereignis sind die Tropfen größer. Diese messen etwa 2 bis 8
Millimeter, was einer Geschwindigkeit von bis zu 16 m/s (= 57,6 km/h)
entsprechen würde. Allerdings können kalte Fallwinde die
Geschwindigkeit der Tropfen noch deutlich erhöhen.

Und was passiert nun mit dem Regen, der auf den Erdboden fällt?
Dieser versickert schließlich wieder im Boden, fließt in Flüsse und
Seen ab oder wird von der Vegetation aufgenommen. Dann kann das
Wasser erneut verdunsten, womit sich der Wasserkreislauf schließt.


MSc.-Met. Sebastian Schappert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 08.11.2018

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst