Einen so heißen Sommer, wie nun vor hundert Jahren, hat es seitdem nicht wieder gegeben.
Kein Grün fast war zu sehen; zahmes und wildes Getier lag verschmachtet auf den Feldern.
So beginnt das Märchen Die Regentrude von Theodor Storm. Die Naturgöttin ist für den Leben spendenden Regen zuständig, doch wenn niemand mehr an sie glaubt und keiner sie besuchen kommt, schläft sie vor Langeweile ein. Dann lässt der sengend heiße Sommer das Land verdorren und die Menschen verzweifeln. (1)
In den zurückliegenden Jahren haben auch wir immer wieder heiße und extrem niederschlagsarme Sommer erlebt und konnten sehen, was der ausbleibende Regen in der Natur anrichtet. Den zweiten Teil unserer Beitragsserie wollen wir daher dem Niederschlag widmen.
Die Entstehung von Wolken und Nebel
Der Atmosphäre wird durch Verdunstung ständig Wasser in Form von Wasserdampf zugeführt. Durch die Kondensation des Wasserdampfes infolge von Abkühlung der Luft unter die Taupunkt-Temperatur kommt es zur Bildung von Wassertröpfchen, bei Sublimation (unmittelbarer Übergang von Wasserdampf zu Eis) entstehen Eisteilchen. Auf diese Weise bilden sich Wolken, in Bodennähe entsteht Nebel. Der Kondensationsprozess beginnt bereits bei etwa 80 % relativer Feuchte, schreitet dann aber nur langsam voran. Erst, wenn die relative Feuchte weiter ansteigt und den kritischen Wert zwischen 100 % und 101 % erreicht hat, setzt eine stürmische Kondensation in Form sichtbarer Wolken-Tröpfchen ein.
Die Entstehung von Niederschlag
Die durch Kondensation oder Sublimation entstehenden Ausscheidungen in flüssiger bzw. fester Form werden Hydrometeore genannt. Sobald die als Wolken oder Nebel in der Luft schwebenden Hydrometeore zur Erde fallen, entsteht fallender Niederschlag. Hierzu zählen insbesondere Sprühregen (Nieselregen), Regen, Schnee, Schneegriesel, Reifgraupel, Frostgraupel und Hagel. Setzt sich der Niederschlag an der Erdoberfläche ab, spricht man dagegen von abgesetztem Niederschlag (Nebelniederschlag, Tau und Reif, Nebelfrost-Ablagerungen wie Raufrost und Raueis). Bildet der gefallene, feste Niederschlag Decken, wird von abgelagertem Niederschlag gesprochen.
Bestimmte Wolkentypen enthalten eine Unmenge kleiner Wassertröpfchen und Eiskristalle, die aufgrund ihrer Leichtigkeit in der Luft schweben oder durch aufwärts gerichtete Luftströmungen in der Schwebe gehalten werden. Für eine wirksame Niederschlagsbildung fehlt diesen Wolken der ständige Nachschub an kondensierbarem Wasserdampf. Gleichzeitig fehlen aber auch die notwendigen, wolkenphysikalischen Voraussetzungen. Aus solchen Wolken (beispielsweise Cumulus-Wolken) fällt so nur höchst selten Niederschlag in Form von Regen oder Schnee bis auf die Erdoberfläche.
Für die Bildung von fallenden Niederschlägen müssen die einzelnen Niederschlagselemente eine bestimmte Größe überschreiten, da sie andernfalls unterhalb der Wolke wieder vollständig verdunsten. Niederschlagselemente wie Regentropfen lassen sich jedoch durch den Kondensationsprozess allein nicht erklären. Vielmehr beruht die Bildung von Regen oder Schnee vorrangig auf zwei wolkenphysikalischen Vorgängen:
- Zusammenfließen von Wassertröpfchen unterschiedlicher Größe (Koaleszenz)
- Wachstum von Eiskristallen auf Kosten der Wassertröpfchen in Mischwolken (Bergeron-Findeisen-Theorie)
Das Zusammenfließen von Wassertropfen beruht auf der unterschiedlichen Größe der einzelnen Tropfen. Aufgrund ihrer höheren Fallgeschwindigkeit treffen größere Tropfen auf die kleineren unter ihnen und fangen diese dabei gegebenenfalls ein. Erreicht bzw. überschreitet der Tropfen-Durchmesser einen Wert von 5 mm, bricht der Tropfen beim Fallen aufgrund des Luftwiderstandes auseinander, sodass mehrere kleinere Tropfen entstehen.
Die auf Kondensation und Koaleszenz beruhende Niederschlagsbildung ist insbesondere in den hoch reichenden Konvektionswolken der feuchtwarmen Tropen von großer Bedeutung. In den mittleren Breiten dagegen spielt die Koaleszenz vermutlich nur bei der Bildung von Sprühregen eine Rolle. Vielmehr erfolgt die Niederschlagsbildung hier vorwiegend über die Eis-Phase der Wolkenelemente.
Nach der Bergeron-Findeisen-Theorie befinden sich in hoch reichenden Wolken unterkühlte Wassertröpfchen und Eiskristalle nebeneinander, hauptsächlich im Temperaturbereich von -10 bis -35 °C. Durch die unterschiedlichen Werte des Sättigungsdampfdruckes über Eis und unterkühltem Wasser strömt laufend Wasserdampf aus der Umgebung der Wassertröpfchen zu den Eiskristallen und friert an. Der Verlust an Wasserdampf bewirkt, dass die Wassertröpfchen durch die Verdunstung immer kleiner werden und schließlich ganz verschwinden. Die Eiskristalle wachsen dagegen immer weiter an, vor allem durch Berührung und Anfrieren von noch vorhandenen Wassertröpfchen, durch Verhaken von Schneekristallen (Schneeflockenbildung) und vermutlich auch durch Anziehungskräfte bei entgegengesetzter elektrischer Ladung der Niederschlagselemente.
Vom Aufwind nicht mehr getragen, beginnen die Eiskristalle zu fallen und schmelzen bei Temperaturen über 0 °C zu Regentropfen. Unterbleibt das Schmelzen, fällt der Niederschlag als Schnee. Demnach bestimmt vor allem die Temperaturschichtung unterhalb der Wolken, ob der Niederschlag letztlich in flüssiger oder fester Form den Erdboden erreicht.
Niederschlagsmessung
Zur Erfassung der auf die Erdoberfläche fallenden Niederschläge wird in erster Linie die Niederschlagshöhe in mm gemessen. Sie gibt an, wie hoch der Niederschlag den Erdboden bedecken würde, sofern er weder verdunstet noch abfließt oder versickert. Jeder Millimeter Niederschlagshöhe entspricht dabei einer Niederschlagsmenge von 1 Liter je m² Bodenfläche. Fällt der Niederschlag in fester Form (etwa als Schnee), so wird die Höhe des geschmolzenen Niederschlags als Niederschlagshöhe ermittelt. Die auf die Dauer des Niederschlags bezogene Niederschlagshöhe wird als Niederschlags-Intensität bezeichnet. Sie wird in mm/min angegeben.
Die Niederschlagsmessung erfolgt durch ein einfaches Auffangen der Niederschläge, wobei der Regenmesser hindernisfrei aufgestellt sein muss. Gefordert wird, dass der horizontale Abstand zu Hindernissen wie Gebäuden, Bäumen oder Mauern mindestens der Höhe des jeweiligen Hindernisses entspricht. Der Niederschlag, der in einer Höhe von 1 m über dem Erdboden durch eine horizontale Auffangfläche fällt, wird gesammelt. Zur Messung der Niederschlagshöhe wird die aufgefangene Niederschlagsmenge in ein geeichtes Messgefäß umgefüllt. Alternativ kann der Regenmesser auch direkt eine Skalierung am Auffangbehältnis besitzen.
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Möchten Sie wissen, ob es in nächster Zeit regnen wird oder nicht? Dann empfehlen wir Ihnen, den ersten Blogbeitrag "Niederschlag und Niederschlagsmessung: kleine Wetterkunde Vol. II – die Regentrude" unserer Beitragsserie zum Thema „Wie funktioniert die Wettervorhersage" zu lesen. Hier erfahren Sie, inwiefern Sie allein durch die Beobachtung der Natur Rückschlüsse auf das zu erwartende Wetter ziehen können. Eines können wir Ihnen schon vorab verraten: Ein Barometer ist dabei von großem Nutzen. Dieses erhalten Sie im Online-Shop von FISCHER-Barometer, doch nicht nur das: Wir bieten Ihnen auch hochqualitative Klimamesser, Hygrometer, analoge Wetterstationen und analoge Thermometer. Zudem erhalten Sie bei uns den 4410-44 | Regenmesser aus massivem Kupfer und vieles mehr. Bei Fragen zu unseren Produkten oder zum Thema Niederschlagsmessung können Sie uns gern jederzeit kontaktieren.
- https://www.maerchenatlas.de/kunstmarchen/die-regentrude/
- Fotos: Tina Aschermann