14
Nov
2012

Wolken und ihre Erscheinungsformen

Schaut man zum Himmel, wird man niemals ein und dasselbe Himmelsbild zweimal zu Gesicht bekommen. Dort tummeln sich insbesondere unter dem Einfluss von Tiefdruckgebieten eine Vielzahl von unterschiedlichen Wolkenformen und -farben. Mal sind die Wolken faserig, mal besitzen sie klare Strukturen. Mal sind die Wolken weiß wie Schnee, mal schwarz wie die Nacht. Mal gibt es eine einheitliche graue Wolkenmasse, mal zeigen sich fantasiereiche Strukturen, die auf einer Parkbank zum Träumen einladen.

Warum ist das Himmelbild eigentlich so vielseitig? Freilich könnte man darüber locker ein ganzes Buch schreiben. Daher erhebt das heutige Thema des Tages auch keinen Anspruch auf Vollständigkeit, soll aber zumindest ein paar grundlegende Fragen beantworten.

Eine Ursache für das unterschiedliche Aussehen der Wolken ist unsere Sonne oder genauer gesagt die von ihr ausgehende kurzwellige Strahlung. Das Licht der Sonne erscheint uns gelblich weiß, enthält aber alle bekannten Spektralfarben (rot, orange, gelb, grün, blau und violett). Die Strahlung erfährt in der Atmosphäre durch die dort enthaltenen Partikel (z. B. Aerosole) diverse Veränderungen. Die Strahlung wird gestreut, gebrochen oder verschluckt.

Konzentrieren wir uns zunächst auf die Streuung. Sind die Partikel in der Atmosphäre kleiner als die Wellenlänge des Lichtes, so werden ihre spektralen Farbanteile unterschiedlich stark gestreut. Blau hat die kleinste und Rot die größte Wellenlänge. Die Folge: Der blaue Farbanteil wird viel stärker gestreut, als die Farbe Rot. Das Ergebnis sieht man wenn man den wolkenlosen Himmel betrachtet.

Diese unterschiedlichen Streueigenschaften sind übrigens auch die Ursache für Morgen- und Abendrot. Dann nämlich steht die Sonne direkt über dem Horizont und hat einen weiten Weg durch die Atmosphäre bis zu unserem Auge zurückzulegen. Der blaue Farbanteil wurde bis dahin zu großen Teilen heraus gestreut, während Rot aufgrund der größten Wellenlänge im sichtbaren Bereich noch am meisten im Sonnenlicht enthalten ist. Das verschafft dem Himmel dann dieses traumhafte Erscheinungsbild. Die Rotfärbung ist dabei umso intensiver, je mehr Partikel in der Atmosphäre sind. Besonders intensiv sind Morgen- und Abendrot z. B. nach Vulkanausbrüchen.

Nun zu den Wolken. Diese bestehen aus Eis- und Wasserpartikeln, die deutlich größer sind, als die anderen in der Luft enthaltenen Partikel. Sie sind auch größer als die Wellenlänge des Lichtes, weswegen die unterschiedlichen Farben der Sonnenstrahlung gleich stark gestreut werden. Die Folge: Wolken erscheinen weder blau noch rot, sondern durch die Gesamtheit aller Farben in der Regel weiß.

Nun stellt sich die Frage: Warum sind einige Wolken weiß, andere grau oder gar schwarz? Nun ... da alle Farben gleich stark gestreut werden, ist es nicht verwunderlich, dass Wolken weiß erscheinen. Das gilt aber nur für sehr flache Wolken, denn Wolkentröpfchen streuen nicht nur Licht, sondern verschlucken es auch (Absorption). Je mehr Wasserteilchen eine Wolke enthält, desto weniger Licht lässt sie hindurch. Zudem wird durch Mehrfachstreuung an den Tröpfchen ein Teil der Strahlung zurück in den Weltraum geschickt. Eine entscheidende Rolle spielt in diesem Zusammenhang natürlich auch noch der Stand der Sonne zur betrachteten Wolke.

Schön zu sehen ist der Effekt der Absorption daran, dass die Oberseite von Wolken zumeist noch weiß erscheint, die Unterseite dann aber immer dunkler wird. Die Sonnenstrahlen haben es eben immer schwerer ungeschoren durch die vielen Wassertröpfchen zu kommen. Das Extrem stellt die Gewitterwolke dar, die sich bekanntlich bis über 10 km erstrecken kann. Es ist nun nicht schwierig nachzuvollziehen, warum Gewitterwolken so dunkel, ja fast schwarz sind.

Ein weiteres gestaltendes Element sind die verschiedenen Partikel, aus denen eine Wolke besteht. So kann man aus einem eher fasrigen Erscheinungsbild darauf schließen, dass die Wolke zu großen Teilen aus Eispartikeln besteht. Dies ist z. B. bei hohen Schleierwolken der Fall. Diese sind oft so dünn, dass sie sogar die Sonne hindurch scheinen lassen. Das liegt daran, dass Eiswolken optisch deutlich weniger dicht sind, als Wasserwolken. Setzt man in Gedanken einen Wassertropfen und eine kleine Schneeflocke nebeneinander, ist das auch sehr einsichtig. Besteht die Wolke hingegen zu großen Teilen aus flüssigen Partikeln, so ergeben sich meist klar abgegrenzte Strukturen. Das ist z. B. bei einer Quellwolke der Fall. Entweder gibt es ein Wolkentröpfchen, dann ist es deutlich zu sehen, oder eben nicht. Die Gewitterwolke als mächtigste aller Wolkenformen vereint beide Sachen. So sieht man in den unteren Teilen einer ausgewachsenen Gewitterwolke die klaren Quellstrukturen, während ihre Oberseite fasrig ausfranst.

Das war ein kleiner Einblick in eine noch viel umfangreichere Materie. Auf vielseitige Wolkenformen müssen Sie nun längere Zeit warten. Bis auf Weiteres dominiert zu Nebel und Hochnebel neigendes Hochdruckwetter. Und das ist bekanntlich entweder einheitsblau oder einheitsgrau.

Dipl.-Met. Marcus Beyer
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 14.11.2012

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