Niederschlag

 

 

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Hier erfahren Sie etwas über

 

 

  • die Formen des Niederschlags

 

Niederschlag

Regen

Der Begriff Niederschlag bezeichnet in der Meteorologie „das Wasser der Atmosphäre, das nach Kondensation oder Sublimation von Wasserdampf in der Lufthülle ausgeschieden wird" (DIN 1996) und am Erdboden gemessen oder beobachtet werden kann. Das aus der Atmosphäre im flüssigen und/oder festen Aggregatzustand austretende Wasser ist die wichtigste Eingangsgröße für den Wasserhaushalt. Niederschlag ist zeitlich und räumlich außerordentlich variabel und ein wichtiger Faktor zur Bestimmung des lokalen Klimas.

Dabei wird zwischen fallenden (z.B. Regen), aufgewirbelten (z.B. Schneetreiben), abgelagerten (z.B. Schneedecke) und abgesetzten (z.B. Reif, Tau) Niederschlägen unterschieden. Die fallenden Niederschläge sind definiert als das Ausscheiden von Wasser aus Wolken, das den Erdboden in flüssiger und/oder fester Form erreicht.

Arten des fallenden Niederschlags

Beschreibung

Symbol

Sprühregen

Tropfenradius 0,05 - 0,25 mm

Regen

Tropfenradius 0,25 - 3 mm

Schnee

Eiskristalle oder Flocken

Eisnadeln

einzelne Eiskristalle

Eiskörner

gefrorene Regentropfen

Schneegriesel

Schneekristalle mit gefrorenen Wolkentröpfchen überzogen

Hagel

Schnee-, Eishagel und Frostgraupeln, die aus Cumulonimbuswolken fallen können

 

Niederschlagsarten und ihre Ursachen

Diese Arten fallender Niederschläge lassen sich wiederum entsprechend den zur Wolken- und Niederschlagsbildung notwendigen Hebungsvorgängen der Luft gliedern:

  • konvektiver Niederschlag
    wird durch das Aufsteigen erwärmter Luft in eine kältere, dichtere Umgebung verursacht. Er zeichnet sich durch relativ kurze Dauer, begrenzte Ausdehnung und unterschiedliche Intensitäten aus. Deren Skala reicht von leichten Schauern bis hin zu Starkregen und Wolkenbrüchen. Kennzeichnend ist das Auftreten von bevorzugten „Schauerstraßen" und eine deren große räumliche Veränderlichkeit. Konvektive Niederschläge sind für den Schutz der Böden von besonderer Bedeutung, da sie hauptsächlich für die Erosion verantwortlich sind.
     
  • advektiver Niederschlag (Aufgleitniederschlag)
    Zyklonale oder advektive Niederschläge können in Warmfront- und Kaltfrontniederschläge unterteilt werden. In Warmfronten gleitet feuchte Luft über die schwerere Kaltluft. Die daraus fallenden großräumigen Niederschläge sind meist nicht sehr intensiv, können aber durch ihre lange Dauer recht ergiebig sein. An Kaltfronten entstehen durch heftige Hebungsvorgänge kurze, aber meist intensive gewittrige Niederschläge.
  • orographischer Niederschlag
    wird auch als Stauniederschlag bezeichnet. Er entsteht durch am Bergketten aufsteigende feuchte Luftmassen, welche sich infolge der Hebung abkühlen und auf der Luvseite als Niederschlag ausfallen. Im Lee ergibt sich infolge der Abtrocknung ein Niederschlagsdefizit (vgl. Föhn).

Zur Bildung der fallenden Niederschläge tragen 3 verschiedene Prozesse bei:

Da die Sublimation in Mischwolken die größte Rolle bei der Niederschlagsbildung spielt, bestehen fast alle fallenden Niederschläge ursprünglich aus Eiskristallen (Ausnahmen: Sprühregen aus Stratuswolken der mittleren Breiten und kurze Regenschauer aus Cumuluswolken der Tropen).

 

Wie entstehen Wolken und Niederschlag?

Der Atmosphäre wird Wasserdampf durch Verdunstung von der Erdoberfläche zugeführt. Dies geschieht nicht nur auf den Ozeanen. Auch von den Seen. Flüssen, Sümpfen und dem sonstigen Erdboden der Kontinente sowie von der Vegetation verdunsten tagtäglich große Mengen an Wasser. Der meiste Wasserdampf wird aber von den tropischen und subtropischen Meeren freigesetzt, von wo aus er dann durch die allgemeine Zirkulation in die höheren Breiten transportiert wird. Als Niederschlag erreicht das Wasser dann wieder die Erdoberfläche. Das Wasser beschreibt so einen Kreislauf zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre.

Wasserdampfsättigung

Die Luft der Erdatmosphäre enthält deswegen immer mehr oder weniger Wasserdampf. Der Wasserdampfgehalt kann aber temperaturabhängig nur bis zu einem bestimmten Sättigungswert gesteigert werden. Dieser maximal mögliche Wasserdampfgehalt der Luft nimmt mit der Temperatur überproportional zu. Umgekehrt kann ein Luftvolumen immer nur bis zu einer bestimmten Temperatur abkühlen, bei der dann die Kondensation einsetzt. Diese Temperatur ist der Taupunkt. Bei weiterer Abkühlung lagert sich der überschüssige Wasserdampf entweder an festen Oberflächen (Taubildung) oder an Kondensationskernen an, wobei Tröpfchen entstehen. Als Kondensationskerne dienen kleinste, in der Luft fast immer reichlich vorhandene, atmosphärische Schwebteilchen (Aerosole) verschiedenster Herkunft, wie z.B. Salzkristalle aus den Meeren, Staubpartikel, Pilzsporen oder Blütenpollen. Kühlere Luft kann weniger Feuchtigkeit aufnehmen als wärmere Luft. Das Kondensationsniveau ist folglich abhängig von Höhe und Feuchtigkeitsgehalt. Bei Temperaturen unter 0°C bilden sich Eiskristalle.

Die Gründe für das Absinken der Temperatur einer warmen und feuchten Luftmasse sind unterschiedlich:

  • Kontakt mit kalten Flächen wie z.B. große Wasserflächen (Seenebel)
  • Mischung von warmen und kalten Luftmassen
  • trocken-adiabatische Abkühlung
    - Temperaturveränderung von 1 °C / 100 m Höhenunterschied, ohne daß die relative Luftfeuchtigkeit überschritten wird (adiabatisch = ohne Wärmeaustausch)
  • feucht-adiabatische Abkühlung
    - Temperaturveränderung von 0,5 °C / 100 m Höhenunterschied bei Überschreitung der relativen Luftfeuchtigkeit (Kondensation)
  • Aufsteigen von Luftmassen durch intensive Sonneneinstrahlung (Konvektion)
  • Auftsteigen an Hindernissen wie Gebirgen (orographische Hebung).

Wolkenbildung

Schönwetterwolken

Steigt ein Luftpaket auf, kühlt es sich ab und der Wasserdampf kondensiert, sobald der Taupunkt erreicht ist. Wie schon im Kapitel Feuchte gesehen, kann kühlere Luft weniger Feuchtigkeit aufnehmen als wärmere Luft. zugleich hat warme und feuchte Luft eine geringere Dichte als kalte, trockene Luft. Sie ist daher erheblich leichter und steigt auf, wie im Kapitel Adiabasie erläutert ist. Weil die Luft mit zunehmender Höhe für gewöhnlich kälter wird , ist das Kondensationsniveau folglich abhängig von Höhe und Feuchtigkeitsgehalt. An den dabei entstehenden Tröpfchen wird das Sonnenlicht gestreut, so daß die entstandene Wolke durch diffuses weißes Licht für das menschliche Auge sichtbar wird. Bestes Beispiel ist das Aufsteigen von sommerlich erwärmten Luftblasen vom Boden, die bei geringem Auftrieb als Schönwetter-Wolken (Cumuli) enden, im Falle starker Konvektion aber weiter aufsteigen und zu mächtigen Wolken mit heftigem Niederschlag führen.

In den Tiefdruckgebieten unserer Breiten, mit ihrer Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn, wird feuchtwarme subtropische Luft nach Nordosten transportiert. Dabei gleitet sie wegen ihrer geringeren Dichte auf die kältere nördliche Luft auf, wird angehoben, kühlt daher ab, und verursacht damit die Wolken an den Warmfronten der mittleren Breiten. Umgekehrt schiebt sich die Kaltluft auf der Westseite der Tiefdruckgebiete aus nördlichen Richtungen unter die wärmere Subtropenluft, hebt diese über das Kondensationsniveau an und verursacht dadurch die Wolken an der Kaltfront. Neben diesen advektiven Hebungen führt auch das erzwungene Aufsteigen beim Überströmen eines Hindernisses (Gebirge) zur Abkühlung der Luft und daher zur Kondensation und Wolkenbildung (orographische Hebung).

Tropfengöße

Tropfenbildung

In der Meteorologie gibt es zur Entwicklung von Niederschlag im wesentlichen zwei Erklärungsmodelle, nämlich den Koaleszenz-Prozeß (Zusammenfluß von Wassertröpfchen) und den Eiskristallprozeß. Beide Erklärungen sind wissenschaftlich nicht ganz befriedigend, da sie die Niederschlagsbildung nur unvollständig beschreiben. Es handelt sich also bei beiden Erklärungen nicht um gesicherte Erkenntnisse, sondern viel eher um wissenschaftliche Hypothesen.

Wolkentröpfchen sind wegen ihres geringen Durchmessers von nur etwa 1/100 mm extrem leicht und sind daher in der Luft fast in der Schwebe. Zugleich sind sie aber in den Wolken mit ca. 1.000 Tröpfchen/cm3 in einer nicht überschaubaren Vielzahl vorhanden. Diese sind anfänglich durchaus stabil und zeigen untereinander wenig Wechselwirkungen. Durch zufällige Zusammenstöße dieser Myriaden von Wolkentröpfchen bilden sich aber mit der Zeit einige größere Tropfen. Während die kleineren Tröpfchen noch von den Aufwinden in der Wolke getragen werden, beginnen größere zunächst langsam zu fallen. Da sie eine deutlich höhere Fallgeschwindigkeit als kleine Tropfchen haben, kollidieren sie auf Ihrem Weg mit anderen Tropfen und verschmelzen miteinander. Dennoch kommt es nicht immer zur Kollision. Häufig werden kleine Tropfen von der Luftströmung auch um rasch fallende große Tropfen herumgeleitet. Große Tropfen kollidieren somit häufiger, jedoch bleiben sie dabei meist unverändert, wohingegen kleine Tropfen eher mit großen zusammenwachsen.

Je größer die Tropfen werden, desto schneller wachsen sie. Begünstigt wird dieser Prozeß durch einen hohen Feuchtegehalt der Luft (Tropen, Subtropen) oder große Kondensationskerne, wie zum Beispiel in maritimen Luftmassen. Die Tropfen werden dabei irgendwann so groß, daß sie beim Fallen auch nicht mehr vollständig verdunsten. Schließlich werden sie durch das Aufsammeln weiterer Tröpfchen noch größer und fallen immer schneller. So wachsen Tröpfchen infolge von Koaleszenz bzw. Koagulation. Ist die Wolke mächtig genug, daß die Tropfen dabei größer als etwa 1/10 mm werden,können sie - trotz gleichzeitiger Verdunstung - im freien Fall durch die Luft unterhalb der Wolke als Regentropfen bis zum Boden gelangen. Dieser Prozeß der direkten Kollision und Koagulation erklärt allerdings nur den meist schwachen Nieselregen aus bodennahen Wolken oder den stärkeren Regen in den warmen Tropen bei Wolken bis etwa 5 km Höhe. Die Koaleszenzhypothese setzt also höhere Temperaturen voraus und führt dementsprechend zu "warmem" Regen.

Wolkenphasen

Wassertropfen mit Eiskern

Die zweite Hypothese zur Entstehung von Regen geht demgegenüber von tieferen Temperaturen und einer Wechselwirkung von Wassertropfen und Eiskristallen aus. Die Erklärung gilt also für "kalten" Regen, da die Hypothese kalte Temperaturen voraussetzt. Zwischen unterkühlten Wassertropfen und dem Wasserdampf in ihrer Umgebung besteht ein Gleichgewicht. Wenn die Luft viel Feuchtigkeit enthält, wachsen die Tropfen an, in trockener Luft geben sie Wasser ab. Ein ähnliches Gleichgewicht gibt es zwischen Eiskristallen und Wasserdampf, mit dem Unterschied, daß Eiskristalle die Feuchtigkeit effizienter aufnehmen und weniger dazu neigen, sie wieder abzugeben. Die Eiskristalle wachsen dabei durch Sublimation (Resublimation) auf Kosten der Wassertropfen, weil der Sättigungsdampfdruck über flüssigem Wasser höher ist als über Eis. Dies gilt bei allen Temperaturen, bei denen flüssiges Wasser und Eis gleichzeitig vorkommen können. Wenn also Eispartikel und unterkühlte, flüssige Wassertröpfchen in einer gemischtphasigen Wolke zugleich vorkommen, werden die Tröpfchen verdunsten, während die Eiskristalle unter Aufnahme des freiwerdenden Wasserdampfes wachsen.

Was folgt, ist eine Kettenreaktion. Die großen Eiskristalle fallen schneller und zerbrechen bei Kollision mit Wassertropfen zu Splittern, die wiederum anwachsen und schließlich zur Vereisung der unterkühlten Wasserwolke führen. Am häufigsten vereisen Wolken in einem Temperaturbereich von rund −5 °C bis −15 °C, da dann die maximale Differenz zwischen dem Sättigungsdampfdruck über Wasser und dem über Eis (siehe dazu auch Kristallbildung) herrscht.

Für die Bildung stärkeren Niederschlags ist der Weg über Eiskristalle von weitaus größerer Bedeutung. Obwohl in den Wolken die Temperaturen häufig unter 0 °C liegen, bleiben die Wolkentropfen oft im flüssigen Zustand - sie sind unterkühlt. Ein geringer Anlaß (Stöße oder geeignete Eiskeime) reicht dann schon aus, damit solche Tropfen spontan gefrieren. Weil Wasserdampf auf Eisteilchen leichter kondensiert als auf Wassertropfen, wachsen diese Eisteilchen schneller als die umgebenden Tropfen und beginnen deshalb früher zu fallen. Sie vergrößern sich dabei weiter durch das Aufsammeln von Tröpfchen und werden dadurch rasch so groß, daß sie die Erdoberfläche erreichen können. Auf ihrem Weg nach unten gelangen diese Eisteilchen in immer wärmere Luftschichten, wo sie schmelzen und als Regen am Boden ankommen. Sind sie aber, z.B. in einer besonders mächtigen Wolke, so groß geworden, daß sie vor dem Erreichen des Bodens nicht mehr schmelzen können, fallen sie als Graupelkörner zu Boden. Manchmal sind die Aufwinde in den Gewitterwolken jedoch so heftig, daß oberflächlich angeschmolzene Eisteilchen aus ihrem Fall wieder nach oben gerissen werden und erneut gefrieren. Irgendwann beginnen sie erneut zu fallen, schmelzen dabei wieder und wachsen durch Ansammlung neuer Tröpfchen weiter an. Gelegentlich kann sich dieser Vorgang öfter wiederholen und führt dann zu großen geschichteten Hagelkörnern, die beachtliche Größen erreichen können.

 

Formen des Niederschlags

1. Fallende Niederschläge in flüssiger Form

Regen ist die am häufigsten auftretende Form flüssigen Niederschlags. Er besteht aus flüssigem Wasser (im Gegensatz zu gefrorenem Niederschlag wie z. B. Hagel, Graupel oder Schnee), das infolge der Schwerkraft aus Wolken auf die Erde fällt. Die Regenform wird unterschieden nach Entstehung, Dauer, Intensität, Wirkung und geografischem Vorkommen. Ausgangspunkt jeden Regens sind Wolken, die abhängig von Höhe und Temperatur entweder aus feinen Eiskristallen oder Wolkentröpfchen (Wassertropfen mit 5 bis 10 μm Durchmesser) bestehen. Sie bilden sich in Folge der Abkühlung einer feuchten Luftmasse beim Aufstieg in der Erdatmosphäre, wenn der Taupunkt unterschritten wird. Je nach Höhe und herrschender Temperatur bilden sich entweder Eiskristalle an Kristallisationskeimen durch Sublimation (Resublimation) oder Wolkentröpfchen mit Hilfe von Kondensationskeimen durch Kondensation. Diese können, in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in der Wolke, weiteren Wasserdampf, andere Wolkentropfen oder auch Eiskristalle an sich binden und dadurch anwachsen. Kommen Eiskristalle in eine wärmere Umgebung,  schmelzen sie wieder zu Tropfen. Wird das Gewicht der Tropfen so groß, daß sie von den in einer Wolke vorherrschenden Luftströmungen (Aufwinden) nicht mehr „in der Schwebe“ gehalten werden können, beginnen sie aufgrund der Schwerkraft  zu Boden zu sinken und es entsteht der uns bekannte Regen. Das Zusammenwachsen vieler kleiner Wassertröpfchen zu größeren und schwereren beschleunigt diesen Vorgang und erhöht zudem die Fallgeschwindigkeit der Regentropfen. In der Regel besteht der am Boden auftreffende Regen aus Tropfen mit einem Durchmesser von 0,6 bis 3 mm.

Näheres zu diesem Prozeß steht im Kapitel Tropfenbildung.

Sprühregen oder Nieselregen

Sprühregen ist ein gleichmäßiger, aus einer Wolke fallender Niederschlag und besteht aus den kleinsten, feinen, dicht verteilten Wassertröpfchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 mm. Er fällt meist aus tiefen und oft relativ dünnen Stratuswolken, da in der Wolke die Strecke für die Koaleszenz nicht ausreicht, um größere Regentropfen zu bilden. Nieselregen kommt auch in dichtem, nässendem Nebel vor. Sprühregen ist für feuchte Warmluftmassen charakteristisch, welche von wärmeren in kältere Gebiete einströmen und dabei allmählich durch Kontakt mit der kälteren Unterlage abgekühlt werden. Die Intensität von Sprühregen ist im allgemeinen gering und die Niederschlagsmenge folglich unbedeutend.

Nimbostratus virga während des Durchgangs einer Kaltfront

Nimbostratus virga

Regen und Regenschauer

Regentropfen haben gewöhnlich einen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm. Ihre Fallgeschwindigkeit beträgt zwischen 2 und 9 m/s. Größer als etwa 5 mm kann ein Regentropfen nicht werden. Ab diesem kritischen Wert kann er nämlich während des Fallens nicht mehr von der Oberflächenspannung des Wassers zusammengehalten werden und er zerstäubt in mehrere kleinere Tropfen. Ein gewöhnlicher Regen enthält daher Tropfen verschiedenster Größe. Da die Luftfeuchtigkeit unter der Wolkenuntergrenze im allgemeinen unter 100 % liegt, verdunsten die Tropfen teilweise auf ihrem Weg zur Erdoberfläche. Zu Beginn eines Regens oder Regenschauers kann diese Verdunstung so groß sein, daß der Regen den Erdboden nicht erreichen, sondern nur als Vielzahl dunkler Fallstreifen (Virga) unter der Wolke zu sehen ist. Bei schwächerem Regen oder im Anfangsstadium eines Regens können die Tropfen, die die Erdoberfläche erreichen, deswegen u.U. so klein wie Nieseltröpfchen sein.

Bei uns in Mitteleuropa sind Nimbostratus und Cumulonimbus die typischen Regenwolken. Aus den Nimbostratuswolken einer Warmfront fällt hingegen großflächig Regen, oft als "Landregen" bezeichnet. Liegen die Temperaturen bereits unter Null, fällt Schnee anstelle von Regen, da in der Wolke die Koaleszenz von kleinen Eiskristallen anstatt von Wassertröpfchen stattfindet. Besonders gefährlich für die Luftfahrt ist die Entstehung von Hagel, der im Zusammenhang mit Cumulonimbuswolken bei Gewittern auftreten kann.

    mehr Information zu flüssigen Niederschlägen

 

2. Fallende Niederschläge in fester Form

Eiskristall

Schnee

    ist ein Niederschlag aus einzelnen oder aneinanderhaftenden Eiskristallen (Schneeflocken). Einzelne Eiskristalle haben einen Durchmesser zwischen 1 - 5 mm, während die Größe von Schneeflocken 1 - 3 cm betragen kann. Die Form der Eiskristalle hängt von der Temperatur ab, bei der sie gebildet werden. Nur wenn Wolken fast vollständig vereist sind, können sich Schneeflocken bilden. Die Wolken enthalten dann winzige Eiskristalle mit unterschiedlichen Formen. Ein Eiskristall fällt auf dem Weg zum Boden durch verschieden temperierte Luftschichten, dementsprechend verschiedenartig ist sein Schicksal. Wenn sie nach untensinken und dabei mit anderen Eiskristallen zusammenstoßen, bilden sich Schneeflocken. Eine große Schneeflocke besteht aus Hunderten einzelner Eiskristalle. Deswegen gleicht auch kein Schneestern dem anderen. Wie beim Regen gibt es auch beim Niederschlag als Schnee zwei Erscheinungsformen: Den Scheeschauer und den Schneefall. Der Schneeschauer fällt wie der Regenschauer aus Konvektionswolken, ist also das Ergebnis einer labil geschichteten Atmosphäre. Schneefall resultiert dagegen aus einer allmählichen Hebung der Luft. Ist dieser Aufgleitprozeß sehr großräumig, kommt es zu verbreiteten und lang andauernden Schneefällen.

Graupel

Graupel ist eine Form von Niederschlag, bei dem Schneekristalle durch angefrorene Wassertröpfchen zu kleinen, bis zu 5 mm großen Kügelchen verklumpt sind. Alles was größer ist, heißt unter Meteorologen Hagel. Bei Durchmessern von unter einem Millimeter spricht man von Griesel. Die kleinen milchig-weißen Eiskörnchen, die im Spätwinter und Frühling vom Himmel fallen und von denen man nicht recht weiß, ob es sich um Schnee oder Hagel handeln soll, kennt jeder. Graupel bildet sich bei Temperaturen von unter -4 °C in Schauer- oder Gewitterwolken, in denen kräftige Auf- und Abwinde herrschen. Das Ergebnis sind durchscheinende, runde oder unregelmäßige und schwer zusammendrückbare Bällchen. Sie haben meist einen weißen trüben Kern, um den eine dünne klare Eisschicht lagert. Sie springen auf hartem Boden auf und verursachen ein deutlich hörbares Rauschen. Diese undurchsichtigen Eisgebilde werden auch als "Frostgraupel" bezeichnet. Damit es Graupel vom Himmel fällt, dürfen die Wolken allerdings nicht zu viel Feuchtigkeit enthalten. Das ist vor allem im Frühjahr der Fall, wenn trockene Polarluft ins Land zieht. Sind die Wolken dagegen feucht, entsteht eher große Bruder des Graupels: Hagel.

 

Hagel

Hagelschaden

Hagel ist eine Form von Niederschlag, der aus Eisstücken besteht. Zur Abgrenzung spricht man erst bei einem Durchmesser von über 0,5 Zentimetern von Hagel, darunter von Graupel. Bei Körnern aus Schneeflocken mit einem Durchmesser unter einem Millimeter spricht man von Griesel. Hagel besteht aus durchsichtigen bis ganz bzw. teilweise undurchsichtigen Eiskugeln oder -klumpen mit einem Durchmesser von 5 bis 50 mm. Es sind aber sogar schon "Hagelbrocken" mit 10 cm gefallen. Hagelkörner können durchgängig aus Klareis bestehen oder sind schalenartig aus abwechselnden klaren und trüben Schichten aufgebaut. Der schalenartige Aufbau ist das Ergebnis des mehrmaligen Auf- und Absteigens in verschieden temperierten Luftschichten innerhalb der Wolke.

 

3. Anlagernde Niederschläge in flüssiger oder fester Form

Tau

Luftfeuchte wird erst durch Kondensation sichtbar

ist ein absetzender oder beschlagender Niederschlag aus flüssigem Wasser. Durch Abkühlung der Luft unter den Taupunkt kondensiert der Wasserdampf der Luft an noch kühleren Gegenständen. Dies geschieht besonders am frühen Morgen, da dann die Temperaturen am tiefsten sind. Das ist dann der bekannte Morgentau.

Umgangssprachlich spricht man auch davon, daß der Tau "fällt“, aber dies ist nicht richtig. Vielmehr kondensiert das in der Luft enthaltene Wasser direkt an den Objekten, die so quasi als "Kondensationskerne" wirken. Demgegenüber stehen Kondensationsprodukte, die direkt in der Luft, also nicht wie Tau auf Oberflächen gebildet werden. Diese bilden in der Luft Dunst oder Nebel und in einigem Abstand zur Erdoberfläche auch die Wolken. Ansonsten sind die Grundprinzipien ihrer Entstehung im wesentlichen gleich.

Auf die Prozesse von Verdunstung und Kondensation wird in den Kapiteln Luftfeuchte und Wasser näher eingegangen.

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Reif

Reif

ist ein sich an- bzw. ablagernder Niederschlag aus gefrorenem Wasser. Der Begriff umfasst Eisablagerungen, die sich durch Resublimation von Wasserdampf zu Eis am Boden und an Gegenständen bilden. Reif ist ein kristalliner, beinahe schneeartiger Belag und bildet sich auf wärmeabstrahlenden Objekten mit geringer Wärmeleitung, sobald der Taupunkt auf deren Oberflächen unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegt.

Zu unterscheiden ist zwischen Reif, der auf eine Abkühlung der Erdoberfläche zurückzuführen ist, dem Strahlungsreif (Ausstrahlung), und Reif, der auf einer horizontalen Luftbewegung beruht, dem Advektionsreif (Advektion). Strahlungsreif tritt daher besonders in Bodennähe als gleichförmiger Überzug auf, während sich Advektionsreif bei hoher Luftfeuchtigkeit eher in Form feingliedriger Kristalle an Gegenständen bildet, und zwar entgegen der Richtung, aus der der Wind kommt.

Reif entsteht auch bei Luftfrost, wenn die feuchte Luft gefriert. Reif darf dabei aber nicht mit gefrorenem Tau oder Klareis verwechselt werden.

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Tabellarische Übersicht der Niederschlagsarten

Bezeichnung

Art

Endzustand

Beschreibung

Regen

fallend

flüssig

Wasser in Tropfenform, andere Typen: Nieselregen, Eisregen (unterkühltes Wasser, das schlagartig bei Auftreffen gefriert).

Nebelnässen

fallend

flüssig

Wasser in sehr kleiner Tröpfchenform. Deswegen sehr geringe Niederschlagsmenge.

Schnee

fallend

fest

Lockere, feste Form (ab etwa −12 °C kondensiert der Wasserdampf direkt zu kleinen Eiskristallen (sog. Resublimation - die aber bei Meteorologen oftmals nur Sublimation genannt wird), die sich dann zu Schneeflocken zusammenballen).

Graupel

fallend

fest

Unregelmäßige, feste, sehr leichte (lufthaltige) Form (Gefrorene Körnchen von 2–5 mm Größe, die durch kräftige Aufwinde etwa an Kaltfronten entstehen können).

Hagel

fallend

fest

Gefrorene Regentropfen (Eis), > 5 mm Durchmesser, die aus einem Kondensationskern und mehreren gefrorenen Schichten bestehen. Es gibt auch unregelmäßig geformte bzw. aus mehreren Einzelkörnern zusammengesetzte Hagelkörner. Die Entstehung erfolgt in Schauern und Gewittern mit sehr starken Aufwinden.

Polarschnee

fallend

fest

Eisnadeln, die bei starkem Frost unmittelbar aus dem Wasserdampf der bodennahen Luft resublimieren und dann zu Boden fallen.

Tau

abgesetzt

flüssig

Wasserdampf, der an Objekten zu feinen Wassertröpfchen kondensiert.

Reif

abgesetzt

fest

Wasserdampf, der an Objekten zu feinen, und auf ausgedehnten kalten Flächen (Schnee/Eis-feldern) bis zu 5 cm großen Eiskristallen resublimiert.

Regenmesser

Niederschlagsmessung 

Zur Beurteilung des Wetters gehört die Kenntnis der tatsächlich am Boden ankommenden Niederschläge. Dazu werden in einem dichten Meßnetz die „Regendaten“ erhoben. Niederschlag wird mit zwei verschiedenen Arten von Meßgeräten gemessen:

  • nichtregistrierende Niederschlagsmesser (Regenmesser, wie im Bild rechts)
  • registrierende Niederschlagsmesser (Niederschlagsschreiber, Pluviographen)

Herkömmliche Niederschlagsmesser (Pluviometer, Regenmesser) bestehen aus einem Auffanggefäß mit einer definierten Öffnung. Das Niederschlagswasser wird darin gesammelt und sein Volumen regelmäßig gemessen. Die in einem festgelegten Zeitraum gemessene Niederschlagsmenge wird in Liter pro Quadratmeter oder, wie in der Meteorologie üblich, in „Millimetern“ angegeben. Ein Millimeter Niederschlagshöhe entspricht einem Liter Niederschlagsmenge auf einem Quadratmeter (1 mm = 1 l/m2). Im Bild rechts sind das 58 mm.

Registrierende Niederschlagsmesser (Niederschlagsschreiber, Pluviographen) haben einen Schwimmer im Auffanggefäß oder eine Wiegevorrichtung, womit die Wassermenge bestimmt wird. Mit solchen Geräten läßt sich nicht nur die Menge, sondern auch der zeitliche Ablauf des Niederschlags erfassen. Dazu wird das aufgefangene Wasser auf einer Art Kippwaage gesammelt. Ein elektronischer Regler löst beim Erreichen des Gewichts von einem Millimeter Niederschlag einen elektrischen Impuls aus und entleert anschließend das Gefäß. Die Anzahl der Impulse innerhalb einer Zeitspanne zeigt nun Intensität, Dauer und Menge des Regens. Diese Methode kommt insbesondere bei professionellen Meßstationen zum Einsatz. Niederschlagsmesser, die das Niederschlagswasser über einen langen Zeitraum (z.B. einen Monat, ein Jahr) sammeln, nennt man Totalisatoren. Sie werden vor allem in unzugänglichen Gebieten (z.B. Gebirgen) eingesetzt. Eine dünne Ölschicht auf dem gesammelten Niederschlagswasser verhindert dabei dessen Verdunstung.

Anteile, die nicht in Form flüssigen Wassers vorkommen, werden entweder in die entsprechende Menge Wasser umgerechnet (sofern die Dichte bekannt ist) oder es gilt die Wasserhöhe des geschmolzenen Niederschlages als Messgröße (Wasseräquivalent). Die Schneehöhe ist die senkrecht zur Erdoberfläche gemessene Höhe einer Schneedecke.

Neben der reinen Niederschlagsmenge sind auch die Niederschlagsintensität und die Niederschlagsdauer wichtig, um Niederschlagsereignisse richtig beurteilen zu können.

Mit Hilfe des Niederschlagsradars können die gefallenen Niederschlagsmengen heute auch flächendeckend geschätzt werden. Vor allem im Bereich des Hochwassermanagements ist dies von Bedeutung.

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