Regen

 

 

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Regen

Regen ist die am häufigsten auftretende Form flüssigen Niederschlags. Er trägt dazu bei, den Wasserkreislauf zu schließen, der für das Leben auf der Erde ein entscheidender Faktor ist. Regen besteht im Gegensatz zu gefrorenem Niederschlag wie z.B. Hagel, Graupel oder Schnee aus flüssigem Wasser, das infolge der Schwerkraft aus Wolken auf die Erde fällt. Die Art des Regens 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 Niederschlag, Abschnitt Tropfenbildung.

 

Regen

 

Regentropfen

Schwebender Tropfen

Regen ist so unterschiedlich wie die Prozesse, die zu seiner Entstehung führen. Landregen, Nieselregen, Platzregen, Regenschauer oder Wolkenbruch: Regen ist eben nicht gleich Regen, wie jeder schon mal am eigenen Leib erfahren hat. Einmal fällt er im Zeitlupentempo vom Himmel, das anders Mal prasseln die Tropfen wie kleine Wasserbomben auf den Boden.

Die Art des Regens wird dabei vor allem von der Größe der Tropfen und ihrer Fallgeschwindigkeit bestimmt. Die Fallgeschwindigkeit ergibt sich dabei nicht aus der Höhe, aus welcher der Regen fällt, sondern aus der Größe und damit dem Gewicht der Tropfen: Je kleiner desto langsamer fallen sie zu Boden, weil sie vom Widerstand der Luft sehr effektiv abgebremst werden. Bei einem „normalen“ Regen erreichen die Tropfen eine Geschwindigkeit von 5 m/s und eine Größe von ca. 2 mm. Doch Regentropfen können nicht beliebig groß werden. Ihre Wachstumsgrenze liegt physikalisch bei ca. 5 mm, da der Luftwiderstand beim Fallen alle größeren Tropfen in kleinere zerstäubt in mehrere kleinere Tropfen. Das ist auch, abgesehen von der Oberflächenspannung des Wassers, der Grund dafür, warum das Wasser eines Springbrunnens oder eines Rasenregners nie als Strahl den Boden erreicht, sondern bereits vorher in Tropfen zerfällt.

Tropfen sind in der Natur niemals tränenförmig, wie mancheiner vielleicht erwarten würde. Vielmehr behalten sie bis etwa 1 mm Durchmesser ihre sphärische Form (Kugel), dann beginnen sie allerdings auf ihrer Unterseite immer stärker abzuflachen. Die Tropfenform verändert sich dadurch mit zunehmender Größe und dadurch größerer Fallgeschwindigkeit von einer anfänglichen Kugelform zu einer halbkugelförmigen Gestalt. Dadurch nimmt der Luftwiderstand weiter zu, während die Fallgeschwindigkeit nahezu konstant bleibt. Diese halbkugelige Form kann solange beibehalten werden, bis der vom Luftwiderstand hervorgerufene Druck auf der Unterseite (die der Fallrichtung zugewandte Seite) so groß wird, daß er die Oberflächenspannung des Wassers überwindet. Der größte Tropfen hatte einen Durchmesser von 9 mm, in der Regel zerplatzen aber Tropfen bereits ab 5 mm.

Größe und Form von Regentropfen

  1. Regentropfen haben in Wirklichkeit nicht diese Tränenform.
  2. Sehr kleine Wassertropfen sind annähernd kugelförmig.
  3. Größere Regentropfen sind auf der Unterseite abgeflacht aufgrund des Luftwiderstands.
  4. Große Regentropfen erfahren so viel Luftwiderstand, daß sie instabil werden.
  5. Sehr große Regentropfen werden durch den Luftwiderstand in mehrere, kleinere Tropfen aufgeteilt.

 

 

Nimbostratus virga während des Durchgangs einer Kaltfront

Nimbostratus virga

Virga bei Wolkenresten

Virga bei Wolkenresten

Sprühregen oder Nieselregen

Sprühregen oder Nieselregen 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 und kann Stunden bis Tage dauern. Nieselregen kommt auch in dichtem, nässendem Nebel vor. Die Sicht ist oft eingeschränkt bis schlecht.

Sprühregen ist für feuchte Warmluftmassen charakteristisch, welche von wärmeren in kältere Gebieteeinströmen und dabei allmählich durch Kontakt mit der kälteren Unterlage abgekühlt werden. Nieselregen entsteht aber nicht aus Eiskristallen. Diese fehlen nämlich in Nieselwetterlagen sowohl in den Stratuswolken als auch im Nebel. Dies beruht darauf, daß die Temperatur über 0 °C liegt oder darauf, daß geeignete Gefrierkerne fehlen. In solchen aufgleitenden Luftmassen ist die relative Feuchte der Luft hoch, weshalb die Tröpfchen auf ihrem Weg zum Erdboden nicht verdunsten. Das kann bei Tropfen gleicher Größe, die aus einer gewöhnlichen Regenwolke fallen, durchaus geschehen. Man sieht dann entweder nur Fallstreifen (Virga) oder sie verdunsten während ihres Falles so stark, daß sie schließlich am Boden mit dem gleichen Tropfenradius wie ein Nieseltropfen ankommen. Die Sprühregentropfen haben eine geringe Fallgeschwindigkeit von 0,25 - 2 m/s.

Die Intensität von Sprühregen ist im allgemeinen gering und die Niederschlagsmenge folglich unbedeutend. Bei einer Niederschlagsintensität von bis zu 0,2 mm je Stunde spricht man von einem leichten, bei 0,2 - 0,5 mm je Stunde von einem mäßigen und bei über 0,5 mm je Stunde von einem starken Sprühregen.

Aus den Nimbostratuswolken einer Warmfront fällt hingegen großflächig Regen, der im Deutschen auch oft als "Landregen" bezeichnet wird. Liegen die Temperaturen bereits unter Null, fallt in den beschriebenen Fallen 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.

 

Regen und Regenschauer

Regenschauer
Niederschlagsmenge in 10 Minuten

Regen
Niederschlagsmenge in 1 Stunde

Definition

Menge

Definition

Menge

leicht

0,1 - 0,4 mm 

leicht

0,1 - 0,5 mm

mäßig

0,4 - 2 mm    

mäßig

0,5 - 4 mm

stark

2 - 8 mm  

stark

4 - 10 mm

sehr stark

ab 8 mm

sehr stark

über 10 mm

Regentropfen haben gewöhnlich einen Durchmesser von 0,5 - 5 mm. Im gewöhnlichen Regen fallen daher Tropfen verschiedenster Größe. Ihre Fallgeschwindigkeit beträgt zwischen 2 und 9 m/s. 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 (siehe Bilder links oben). Bei schwächerem Regen oder im Anfangsstadium eines Regens können die Tropfen, die die Erdoberfläche erreichen, deswegen u.U. so klein wie Nieseltröpfchen sein.

In unseren mittleren Breiten ist die Niederschlagsbildung durch Eiskristalle der wichtigste Entstehungsprozeß für Regen. Die Niederschlagsentstehung durch Eiskerne erfordert, daß sowohl Eiskristalle als auch Wolkentropfen in der Wolke vorhanden sind. Der Sättigungsdampfdruck ist nämlich über Eis geringer als über Wasser. Der Wasserdampf kondensiert somit über Eis früher, während reine Wassertröpfchen verdunsten. Auf Kosten der Wassertröpfchen wachsen somit die Eiskristalle. Diese werden u.a.durch Verhakung und Berührung mit gleichzeitigem Anfrieren immer größer, bis ihr Gewicht nicht mehr von den Aufwinden, die in einer Wolke herrschen, getragen werden kann. Sie beginnen zu fallen, schmelzen in tieferen Lagen mit Temperaturen über 0 °C und erreichen als gewöhnlicher Regentropfen schließlich den Erdboden.

Die Wolke muß daher deutlich über die 0 °C-Grenze hinaus reichen und deshalb — jedenfalls im Sommer — eine große vertikale Mächtigkeit haben. Derart mächtige Wolken können entweder durch hochreichende Konvektion in Kombination mit einer feuchtlabilen Schichtung und Erwärmung von unten gebildet werden oder durch eine langsame Hebung einer entsprechend mächtigen Luftschicht. Im ersten Fall bilden sich Wolken des Typs Cumulonimbus, im letzteren Wolkensysteme aus Nimbostratus und zugehörigen Ausläufern aus Altostratus, Cirrostratus und Cirrus. Die langsame allgemeine Hebung einer Luftmasse erfolgt zumeist über eine Frontfläche, wobei die wärmere Luft über den Kaltluftkeil aufwärts strömt oder Luft strömt ein orographisches Hindernis hinauf, wie z.B. eine größere Bergkette. Eine solche Hebung einer ganzen Luftschicht bewirkt eine Labilisierung der Luftmasse und es bilden sich mächtige Schichtwolken.

Bei uns in Mitteleuropa sind Nimbostratus und Cumulonimbus die typischen Regenwolken. Diese beiden Wolkenarten haben eine hinreichende vertikale Mächtigkeit und reichen daher in der Höhe über das -10 bis -15 °C-Niveau hinaus, so daß sich Eiskristalle bilden können.

Ein Regenschauer ist als Regen aus Cumulonimbuswolken (Cb) im allgemeinen nur von kurzer Dauer. Kaum mehr als 45 Minuten dauert er und reicht doch aus, um mit seinen bis zu 5 mm großen Tropfen alles zu durchnässen. Die Niederschlagsintensität kann innerhalb von Sekunden wechseln und das Niederschlagsfeld ist mit weniger als 10 km2 regional stark begrenzt, da die Wolke nur eine geringe horizontale Erstreckung aufweist. Der typische Regenschauer eben. Er entsteht durch starke vertikale Luftbewegungen (Konvektion) und wird daher auch als konvektiver Niederschlag bezeichnet. Aufgrund der kräftigen Aufwinde können sich in dieser Wolke große Tropfen bilden. Der auch als Wolkenbruch bezeichnete Schauer fällt fast immer aus den mächtig aufragenden Cumulonimbuswolken. Diese imposanten „Quellwolken“ haben häufig die Form eines Amboss und weisen die für Eiswolken typische faserige Struktur auf. Im oberen Stockwerk bestehen sie aus Eiskristallen, im unteren hingegen aus Wassertropfen.

Der "gewöhnliche" Regen fällt dagegen aus Nimbostratuswolken (Ns). Darin sind die Aufwinde eher mäßig, weshalb auch die Tropfengröße und die Intensität des Regens eher mäßig sind. Die Dauer ist dafür aber wegen der großen horizontalen Ausdehnung der Nimbostratuswolken deutlich länger und auch das vom Regen betroffene Gebiet ist entsprechend größer. Das Ergebnis ist bei uns ein langanhaltender und zumeist gleichmäßig fallender Regen. Vom Boden aus betrachtet erscheinen diese typischen dunklen Regenwolken als kompakte Wolkenschicht mit unklar abgegrenzter Unterseite. Diese ausgedehnten gemischtphasigen Wolken aus Eis und unterkühltem Wasser reichen bis ins oberste Wolkenstockwerk in 10 km Höhe. Dadurch haben die Wolkentröpfchen auf ihrem Weg zum Boden genügend Zeit, um mittelgroßen Tropfen zwischen 0,5 und 2 mm zu bilden, die mit einer Geschwindigkeit von max. 5 m/s fallen.

Dauerregen oder Landregen ist in Mitteleuropa ein Regenfall, welcher mindestens 6 Stunden ununterbrochenen anhält und über 0,5 mm Niederschlag pro Stunde bringt. In den gemäßigten Breiten tritt er meist im Zusammenhang mit einer Warmfrontpassage auf.

Als Starkregen werden große Regenmengen bezeichnet, die in kurzer Zeit fallen. Starkregen ist somit nach seiner Intensität und Dauer definiert. Von Starkregen wird im deutschen Sprachraum ab einer Menge von mehr als 5 mm in 5 Minuten, mehr als 10 mm in zehn Minuten oder mehr als 17 mm pro Stunde gesprochen. Ein Starkregenereignis kann aber auch wesentlich heftiger ausfallen. Wolkenbrüche bei Gewittern, bei denen in 30 Minuten 30 mm fallen, sind in Mitteleuropa zwar relativ selten, können aber unter Umständen bereits zu überfluteten Kellern führen. Je stärker und länger anhaltend diese Ereignisse sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens. Kurze, aber heftige Niederschläge sind insgesamt bei uns in Mitteleuropa wahrscheinlicher als langanhaltende kräftige Niederschläge, die in wenigen Tagen bis zu 200 mm Niederschlag bringen können. Länger anhaltender Starkregen fällt in Europa insbesondere bei Vb-Wetterlagen (sprich „5 b“).

Regenschauer

 

Nimbostratus (Ns)

 

Platzregen bezeichnet einen Regen, der sich räumlich nur auf einem kleinen Gebiet von oft weniger als einen Quadratkilometer abregnet und meistens nur wenige Minuten dauert. Dabei ist es in der Regel weder vorhersehbar noch im Nachhinein erklärbar ist, warum sich diese einzelne Wolke ausgerechnet hier und jetzt abregnet, eine benachbarte Wolke aber nicht. Typische Wetterlagen, die das Auftreten von Platzregen begünstigen, sind die Rückseiten von langsam durchziehenden Kaltfronten, die noch von der Warmfront übriggebliebene Wolkenreste zum Abregnen bringen. Ebenso können starke Vertikalbewegungen der Luft zum Abregnen von an sich stabilen Wolken führen. Platzregen können sehr heftig sein (Starkregen ) und sind dann schwer vom Schauer abzugrenzen. Im Gegensatz zu den verschiedenen Arten des Schauers ist der Platzregen aber nicht frühzeitig an seiner Wolkenentwicklung erkennbar. Umgangssprachlich wird meist nicht zwischen Schauer und Platzregen unterschieden. In den Wettervorhersagen in Radio und TV werden Platzregen oft mit Formulierungen wie "heiter bis wolkig mit einzelnen Schauern" oder als "örtliche Schauerneigung" angekündigt.

 

Gefrierender Regen

Blitzeis

Gefrierender Regen hat seinen Namen nach seiner Wirkung am Boden. Ein Neologismus für dieses Phänomen ist seit Anfang der 1990er-Jahre das sog. „Blitzeis“, was seitdem übergreifend für jede Form gefrierender Nässe verwendet wird. Gefrierender Regen kommt in den gemäßigten Breiten und Subpolargebieten vor und kann einige Minuten bis wenige Stunden dauern. Er hat eine Temperatur von über 0 °C, ist also nicht unterkühlt, und gefriert erst nach dem Auftreffen auf eine wesentlich kältere Oberfläche. Das unterscheidet den gefrierenden Regen auch vom Glatteis, denn beim Glatteis bildet sich das Eis erst im Laufe der Zeit durch das vorhandene Wasser - beispielsweise durch geschmolzenen Schnee im Laufe eines Tages durch die Tageserwärmung. Gefrierender Regen hingegen gefriert sofort und bildet eine dünne und dafür besonders heimtückische Eisschicht. Autofahrer kennen das, weil sich durch den gefrierenden Regen eine dünne Eisschicht  auf dem Fahrzeug bildet, so daß man wiederholt die Scheiben des Fahrzeugs freikratzen muß.

Gefährlich ist gefrierender Regen auch für Flugzeuge, da die Eisschicht u.a. die Sicht behindert, das Flugzeug schwerer macht und das Tragflächenprofil verändert, was den Auftrieb deutlich vermindert. Dieser Eisansatz kann erfolgen, wenn die Temperatur der Außenhaut des Flugzeugs nach einem Flug in kalter Luftmasse unter 0 °C liegt und dann in ein Regengebiet eingeflogen wird.

Auf die Gefahren der Flugzeugvereisung wird im Kapitel Vereisung näher eingegangen.

 

 

Unterkühlter Regen (Eisregen)

Eiskruste nach Eisregen

Unterkühlter Regen oder Eisregen ist ein flüssiger Niederschlag, der aus unterkühlten Regentropfen besteht, die beim Auftreffen sofort gefrieren. Das unterscheidet ihn vom gefrierenden Regen, dessen Tropfen wärmer als 0 °C sind. "Gefrierender Regen“ und "Eisregen" werden insoweit zu Unrecht oft gleichbedeutend verwendet. Unterkühlter Regen entsteht, wenn Regentropfen durch kalte Luftschichten fallen, wobei sie sich bis weit unter 0 °C abkühlen, jedoch mangels Kristallisationskeimen flüssig bleiben. Eine solche Lage tritt z.B. oft auf, wenn sich nach einer längeren winterlichen Hochdrucklage die bodennahe Luftschicht durch nächtliche Ausstrahlung weit unter 0 °C abgekühlt hat und dann eine relativ milde atlantisches Schlechtwetterzone ("maskierte" Kaltfront") mit positiven Temperaturen in höheren Schichten (und somit Regen ) über die bodennahe Kaltluft aufgleitet. Diese für die Luftfahrt besonders gefährliche Wettersituation wird in der Regel dadurch beendet, daß der nachfolgende milde und meist kräftigen Westwind die bodennahe Kaltluft ausräumt. Trifft so ein unterkühlter Regentropfen auf ein festes Hindernis, nutzt er dieses als Kristallisationskeim und gefriert schlagartig, so daß beregnete Gegenstände schon nach kurzer Zeit von einem bis zu mehrere Zentimeter starken kompakten Eispanzer bedeckt sind.

Auf Fahrbahnen führt Eisregen wie gefrierender Regen zu gefährlicher Straßenglätte, auf der selbst Autos mit Winterreifen kaum Halt finden. Gelegentlich kommt es nach Eisregen zum Bruch von Freileitungsmasten, wenn diese dem zusätzlichen Gewicht des Eispanzers auf den Leiterseilen nicht mehr gewachsen sind.

Eis- oder gefrierendem Regen ist von bereits gefrorenen Niederschlägen wie Hagel, Graupel und Griesel oder Schnee zu unterscheiden. Diese entstehen bereits in den Wolken und fallen als fester Niederschlag zu Boden.

Auf die Gefahren der Flugzeugvereisung wird im Kapitel Vereisung näher eingegangen.

Interessante Veröffentlichung der AOPA Germany zum Thema Flugzeugvereisung.

 

Wetterkartensymbole

Wetterkartensymbole Regen

Symbol

Nummer

Beschreibung

21

Regen (nicht gefrierend und nicht als Schauer) hat in der letzten Stunde aufgehört

24

Gefrierender Regen oder Sprühregen hat in der letzten Stunde aufgehört

25

Regenschauer hat in der letzten Stunde aufgehört

58

leichter Regen mit Sprühregen vermischt

59

mäßiger oder starker Regen mit Sprühregen vermischt

60

leichter, nicht gefrierender Regen mit Unterbrechungen

61

leichter, nicht gefrierender Regen ohne Unterbrechungen

62

mäßiger, nicht gefrierender Regen mit Unterbrechungen

63

mäßiger, nicht gefrierender Regen ohne Unterbrechungen

64

schwerer, nicht gefrierender Regen mit Unterbrechungen

65

schwerer, nicht gefrierender Regen ohne Unterbrechungen

66

leichter gefrierender Regen

67

mäßiger oder starker gefrierender Regen

80

leichter Regenschauer

81

mäßiger oder starker Regenschauer

82

sehr starker Regenschauer

91

Gewitter während der letzten Stunde, jetzt aber nur noch leichter Regen zum Beobachtungszeitpunkt

92

Gewitter während der letzten Stunde, jetzt aber nur noch mäßiger oder starker Regen zum Beobachtungszeitpunkt

 

Wetterkartensymbole Regen und Schnee

Symbol

Nummer

Beschreibung

23

Schneeregen oder Eiskörner (nicht als Schauer) hat in der letzten Stunde aufgehört

26

Schnee- oder Schneeregenschauer hat in der letzten Stunde aufgehört

68

leichter Regen bzw. Sprühregen mit Schneeanteilen vermischt

69

mäßiger oder starker Regen bzw. Sprühregen mit Schneeanteilen vermischt

83

leichter Schneeregenschauer

84

mäßiger oder starker Schneeregenschauer

 

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