24
Aug
2015

Der Regen - das komplexe lebenswichtige Elixier

Der zeitweilige Regen der vergangenen Tage oder Wochen, mal schauerartig verstärkt und gewittrig, mal länger anhaltend, konnte das Wasserdefizit in den mittleren und südlichen Regionen des Landes aus dem Frühjahr und Sommer ausgleichen oder zumindest reduzieren. Doch wie entsteht überhaupt der Regen?

Bei der Entstehung von Regentropfen spielen viele, mehr oder weniger komplexe Prozesse eine Rolle. Im ersten Schritt zum flüssigen Niederschlag betrachten wir die Bildung der winzigen Wolkentröpfchen. Der verantwortliche physikalische Prozess ist in erster Linie die "Kondensation".

Kondensation ist dabei das Gegenteil vom Verdampfen. Hierbei wird ein gasförmiger Stoff (Wasserdampf) zu einem flüssigen (Wasser). Ob etwas verdampft oder kondensiert, hängt von der Temperatur ab. Ein flüssiger Stoff (Wasser) verdampft, wenn die Temperatur auf einen bestimmten Wert ansteigt (im Falle von Wasser sind das ca. 100°C). Und ein gasförmiger Stoff (Wasserdampf) kondensiert, wenn die Temperatur sinkt. Der Grund für die Verdunstung von Wasser und die Kondensation des Wasserdampfes ist der, dass Luft nicht immer gleich viel Wasser speichern kann. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf - also gasförmiges Wasser - kann sie aufnehmen. Gleichzeitig steigt die Luftfeuchtigkeit. Sinkt die Temperatur der Luft jedoch, kann sie nicht mehr so viel Feuchtigkeit speichern. Erreicht die Luftfeuchtigkeit dann 100%, so fällt der Wasserdampf durch den Prozess der Kondensation als sogenannte Wolkentropfen aus.

Kondensation tritt auf, wenn die Luft infolge von Hebung (Aufsteigen) abkühlt. Dafür gibt es in der Natur verschiedene Gründe. Strömt zum Beispiel die Luft gegen ein Gebirge, so wird sie gezwungen aufzusteigen, um das Hindernis zu überwinden (orographische Hebung). Auch wenn die Sonne den Boden und somit auch die bodennahen Luftschichten sehr stark aufheizt, stellt sich "Hebung" ein, da die leichtere, wärmere Luft aufsteigt (Konvektion). Auch im Bereich von Tiefausläufern, wo sich entweder kältere Luft unter die wärmere Luft schiebt (Kaltfront) oder die wärmere Luft auf die bodennahe kalte Luft aufgleitet (Warmfront), wird Luft gehoben. Da es mit der Höhe immer kälter wird, kühlt sich die mit Wasserdampf angereicherte Luft beim Aufsteigen ab und kondensiert ab einem bestimmten Temperaturniveau zu Wassertröpfchen.

Durch Kondensation können die Wolkentropfen jedoch höchstens die Größe von Nieseltröpfchen erreichen. Für die Auslösung von Niederschlag (Regen) muss es also einen weiteren wirksamen Prozess geben, bei dem die Nieseltröpfchen anwachsen können.

Gegenwärtig gibt es zwei Theorien für die Niederschlagsbildung: die Niederschlagsbildung durch Eiskerne (Wegener-Findeisen-Bergeron-Theorie) und die Niederschlagsbildung durch Koaleszenz (Zusammenfließen von Teilchen).

Ragt eine Wolke, die aus vielen kleinen Wolkentröpfchen besteht, in große Höhen, wo Temperaturen weit unter null Grad herrschen, bilden sich aus den Nieseltröpfchen teilweise kleine Eiskerne. Zusätzlich können jedoch auch kleine, feste und unlösliche Teilchen (Aerosol), die von einer Wasserhaut umgeben sind, als Kondensationskern wirken. In der Wolke werden die kleinen Wolkentröpfchen von den Kondensationskernen angezogen, sodass die so entstandenen Eiskristalle auf Kosten von den Tröpfchen anwachsen. Gleichzeitig haben Eiskristalle, die meist größer sind als Wolkentropfen, eine größere Fallgeschwindigkeit. Beim Herabfallen in der Wolke stoßen sie somit immer weiter mit winzigen Wolkentröpfchen zusammen, die dann mit den Eiskristallen verklumpen (Koagulation). Fallen nun die Eiskristalle in einen Bereich mit positiven Temperaturen, schmelzen diese zu relativ großen Regentropfen.

Da auch in reinen Wasserwolken die Tröpfchengröße leicht unterschiedlich ist und größere Wolkentropfen schneller fallen als kleine, können Tropfen zusammenstoßen und schließlich durch Zusammenfließen (Koaleszenz) anwachsen.

Je größer nun die Aufwinde in der Wolke sind, desto länger sind die den Wachstumsprozessen ausgesetzt und desto größer und schwerer können die Tropfen oder Eiskristalle werden, bevor sie aus der Wolke heraus fallen und sich auf den Weg zum Boden machen. Jedoch gibt es eine kritische Tropfengröße. Durch den Luftwiderstand verformen sich große Tropfen so stark, dass sie schließlich zerplatzen. In Schauerniederschlägen können die Tropfen maximal fünf bis sechs, bei Gewittern in wenigen Fällen auch bis 8 Millimeter groß werden. Normale Regentropfen verfügen meist über einen Durchmesser von 0,2 bis 3 Millimetern.

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 24.08.2015

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