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 aus dem Boden, aber
auch aus Flüssen und Seen oder von der Vegetation und wird zu
Wasserdampf. Die erwärmte Luft, die leichter ist als vergleichsweise
kältere Umgebungsluft, steigt in der Folge zusammen mit dem
Wasserdampf in höhere, dann wieder zunehmend kältere Luftschichten
auf und kühlt sich allmählich ab. Da kältere Luft aber weniger
Wasserdampf speichern kann als wärmere, wird ab einer gewissen Höhe
nach erfolgter Abkühlung die sogenannte Taupunkttemperatur erreicht,
bei der die Luft gesättigt ist und Kondensation einsetzt. Genau dann
bilden sich die vielen winzigen Wassertröpfchen, die wir als Wolke
wahrnehmen. In großen Höhen, wo die Temperatur deutlich unterhalb des
Gefrierpunktes liegt, entstehen mikroskopisch kleine Eiskristalle,
die in ausreichender Menge Eis- oder Federwolken bilden.

Häufig ist die Entstehung von Niederschlag ein komplexer Vorgang, bei
dem auch die Eisphase eine Rolle spielen kann. Bleiben wir der
Einfachheit halber aber bei den sogenannten Wasserwolken: Wann regnet
es nun aus diesen Wolken?

Damit die winzigen Wassertröpfchen schließlich zu Regentropfen
anwachsen, reicht die Kondensation von Wasserdampf allein nicht aus.
Wesentlicher ist das Zusammenfließen (Koaleszenz) der
Wolkentröpfchen. Beinhaltet die Wolke nun unterschiedlich große
Tropfen, sinken die größeren schneller ab als die kleineren. Dabei
kollidieren sie miteinander, was das Tropfenwachstum beschleunigt.
Erreicht der Tropfen schließlich eine kritische Masse, sodass seine
Sinkgeschwindigkeit die die Aufwindgeschwindigkeit innerhalb der
Wolke 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 der auf ihn
wirkenden 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

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