Wolken und Niederschlag

Wolken sind das sichtbare Zeichen aufsteigender, abkühlender Luft, und das mikroskopische Drama der darin wachsenden Tröpfchen und Eiskristalle bestimmt, ob sie nur vorbeitreiben oder ihr Wasser als Regen, Schnee oder Hagel abgeben.

Definition

Wolken sind sichtbare Suspensionen von Wassertröpfchen oder Eiskristallen, die entstehen, wenn feuchte Luft bis zur Sättigung abgekühlt wird, und Niederschlag ist das Wasser, das aus ihnen fällt, sobald die Partikel groß und schwer genug geworden sind, um Aufwinde zu überwinden.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bildung und Klassifizierung von Wolken, die Nukleation von Tröpfchen und Eiskristallen an Aerosolen sowie die mikrophysikalischen Prozesse, einschließlich Kollision-Koaleszenz und des Bergeron-Findeisen-Eisprozesses, durch die Wolkenpartikel zu Niederschlag heranwachsen.

Core questions

• Wie und an welchen Partikeln bilden sich Wolkentröpfchen und Eiskristalle?
• Wie werden Wolken nach Höhe und Form klassifiziert?
• Wie wachsen kleine Wolkentröpfchen zu Regentropfen heran?
• Welche Rolle spielen Eisprozesse bei der Entstehung von Niederschlag?

Key theories

Kollisions-Koaleszenz-Prozess (warmer Regen)

In Wolken, die wärmer als der Gefrierpunkt sind, fallen größere Tröpfchen schneller, kollidieren mit kleineren und absorbieren diese, und wachsen durch Koaleszenz, bis sie schwer genug sind, um als Regen zu fallen.

Bergeron-Findeisen-Eisprozess

In Mischphasenwolken führt der geringere Sättigungsdampfdruck über Eis dazu, dass Eiskristalle auf Kosten unterkühlter Tröpfchen wachsen, ein effizienter Weg, der einen Großteil des Niederschlags der Erde außerhalb der Tropen erzeugt.

Mechanisms

Wolken bilden sich, wenn aufsteigende, abkühlende Luft gesättigt wird und Wasserdampf an Wolkenkondensationskernen zu Tröpfchen kondensiert oder an Eiskeimen zu Kristallen abgelagert wird. Diese Partikel sind zu klein, um zu fallen, daher muss Wachstum stattfinden: in warmen Wolken durch Kollision und Koaleszenz von Tröpfchen, und in kalten oder Mischphasenwolken durch den Bergeron-Findeisen-Prozess, bei dem Eiskristalle schnell wachsen, während unterkühlte Tröpfchen verdunsten. Sobald die Partikel groß genug sind, um den Aufwind zu überwinden, fallen sie als Regen, Schnee, Graupel oder Hagel.

Clinical relevance

Das Verständnis von Wolken- und Niederschlagsprozessen ist die Grundlage für die quantitative Niederschlagsvorhersage, die Radarauswertung, die Vorhersage von Flugzeugvereisung und Wettermodifikationsbemühungen wie die Wolkenimpfung, und es informiert darüber, wie Wolken den Energiehaushalt und das Klima des Planeten beeinflussen.

History

Luke Howards Wolkenklassifikation aus dem frühen 19. Jahrhundert gab den Wolken ihre bis heute gültigen Namen; im 20. Jahrhundert identifizierten Bergeron und Findeisen den Eiskristallmechanismus des Niederschlags, und detaillierte Labor- und Feldstudien, zusammengefasst in Werken wie denen von Pruppacher und Klett, etablierten die moderne Mikrophysik von Wolken und Niederschlag.

Key figures

• Luke Howard
• Tor Bergeron
• Walter Findeisen

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Warum regnen manche Wolken und andere nicht?

Eine Wolke erzeugt nur dann Niederschlag, wenn ihre Tröpfchen oder Eiskristalle groß genug werden, um gegen den Aufwind zu fallen; dies erfordert ausreichend Zeit, Feuchtigkeit und die richtigen mikrophysikalischen Prozesse, sodass viele Wolken einfach verdunsten, ohne jemals zu regnen.

Wie erhalten Wolken ihre Namen?

Wolken werden nach dem von Luke Howard 1802 eingeführten System klassifiziert, das lateinische Wurzeln wie Cumulus für gehäufte Wolken, Stratus für geschichtete Wolken und Cirrus für federartige hohe Wolken verwendet, kombiniert mit Präfixen für Höhe und Regen.