Es gibt verschiedene Wolkentypen
Wolken und Regen: Wolkenbildung und die Entstehung von Niederschlag erklärt
Dass Regen aus Wolken kommt, weiß wohl jedes Kind. Aber wo und wie entstehen Wolken und wann kommt es zu Niederschlag?
Seit jeher beschäftigen sich Menschen mit dem Wetter – mit den physikalischen und chemischen Prozessen der Atmosphäre, sowie mit den Eigenschaften und Ursachen des Wettergeschehens und dessen Zusammenhänge der atmosphärischen Zustandsänderungen.
Allgemein versteht man unter Wetter den augenblicklichen Zustand der Atmosphäre, wie sich dieser an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit beschreiben lässt. Betrachtungsgegenstand ist die Troposphäre. Dabei nutzen Meteorologen zur Beschreibung des Wetters die grundlegenden Klimaelemente wie Luftdruck, Temperatur, Niederschlag und Bedeckungsgrad des Himmels (Wolken).
Wolkenbildung, die verschiedenen Typen die Entstehung von Regen erklärt
So könnte eine Wettervorhersage wie folgt lauten: „Die kommenden Tage werden von einem neuen Hoch bestimmt, welches für milde Temperaturen und trockenes Wetter sorgt. Doch aktuell lässt sich das Wetter eher als „Schmuddelwetter“ bezeichnen.“ Trockenes Wetter bedeutet, es soll nicht regnen.
Von schmuddeligem Wetter spricht man allerdings, wenn es kalt und der Himmel grau ist – es könnte regnen, muss aber nicht. Doch woher kommen die Wolken? Welche Wolken bringen Niederschlag mit? Welche verdecken einfach nur den Himmel? Und wie entsteht überhaupt Niederschlag – also Regen, Schnee und Hagel?
Was sind Wolken?
Wolken sind das Ergebnis der Kondensation (Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Zustand) oder Sublimationsvorgänge (Prozess des unmittelbaren Übergangs eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand) in der Atmosphäre.
Sie bestehen laut Definition aus einer Ansammlung von winzigen, aber sichtbaren, in der Luft schwebenden Wasser- oder Eisteilchen. Die Wassertröpfchen bilden sich um Kondensationskerne, wenn die relative Feuchtigkeit der Luft 100 Prozent geringfügig – um höchstens ein Prozent – übersteigt. Dies kann entweder durch Abkühlung der Luft beim Aufsteigen – zum Beispiel beim Aufgleiten an anderen Luftschichten, am Berghang – oder beim Durchmischen zweier Luftmassen geschehen.
Sichtbar sind die Wolken deshalb, weil sie im Gegensatz zu den Luftmolekülen oder Dunstpartikeln so groß geworden sind, dass sie alle Wellenlängen des Lichtes gleichmäßig diffus reflektieren – also in der Ansammlung weiß erscheinen. Und schweben können sie deshalb, weil anderseits ihre Masse noch so klein ist, dass Reibungswiderstand beim Absinken und Auftrieb durch vertikale Luftströme ein Ausfallen verhindern. Doch Wolken sind nicht gleich Wolken, denn es gibt verschiedene Arten.
Diese Wolkentypen gibt es: Hohe, mittehohe, tiefe und vertikale Wolken
Wie genau sie aussehen, kann sich schon innerhalb weniger Stunden verändern. Anhand der Höhe, in denen Wolken vorkommen, kann man vier Wolkenfamilien unterscheiden. Je nach ihrer Form werden sie weiter in zehn Wolkengattungen eingeteilt, die oft als Wolkentypen bezeichnet werden.
Eine weitere Untergliederung der zehn Wolkentypen sind die verschiedenen Wolkenarten. Davon gibt es insgesamt 27 Stück, wie studyflix.de berichtet. Wie bereits erwähnt, lassen sich Wolkenfamilien anhand der Höhe vornehmen, in denen sie auftreten:
- Hohe Wolken befindet sich etwa fünf bis 13 Kilometer hoch in der Atmosphäre. Sie bestehen aus kleinen Eiskristallen, weil die Temperaturen dort weit unter dem Gefrierpunkt liegen (-60 Grad bis -20 Grad). Zu den hohen Wolken gehören die Wolkentypen: Cirrus-, Cirrocumulus- und Cirrostratus-Wolken. Sie bilden sich häufig an sonnigen Tagen und werden deshalb als „Schönwetterwolken“ bezeichnet.
- Mittelhohe Wolken befinden sich in einer Höhe von zwei bis sieben Kilometern. Auch dort ist es sehr kalt (-30 Grad bis null Grad), weshalb sie meistens aus Eiskristallen bestehen. Zu mittleren Wolken zählen die Wolkentypen: Altocumulus- und Altostratus-Wolken. Dabei handelt es sich um größere Wolkenhäufchen, oder um Schichtwolken, die nur wenig Sonnenschein durchlassen. Häufig treten sie bis zu 24 Stunden vor einem Umschwung zu schlechtem Wetter auf.
- Tiefe Wolken befinden sich in einer Höhe von null bis zwei Kilometern. Hier liegt die Lufttemperatur zwischen +15 Grad und null Grad, weshalb die Wassertröpfchen meistens flüssig sind. Bei null Grad können sich aber auch Schneekristalle in den Wolken bilden. Dazu gehören die Wolkentypen: Stratocumulus- und Stratus-Wolken. Während Stratocumulus einen Wetterumschwung ankündigt, stehen Stratus-Wolken eher für eine ruhige Wetterlage.
- Vertikale Wolken erstrecken sich über mehrere Höhenbereiche. Deshalb sind auch ihre Temperaturen sehr unterschiedlich und sie können zwischen -60 Grad und +15 Grad liegen. Je nach Höhe können sie deshalb Eiskristalle oder flüssige Wassertröpfchen enthalten. Dazu zählen die Cumulus-, Nimbostratus- und Cumulonimbus-Wolken, weil sie sich über mehrere Höhenbereiche erstrecken. Weil in den verschiedenen Höhenabschnitten jeweils unterschiedliche Temperaturen herrschen, bestehen die vertikalen Wolken teilweise aus Eiskristallen und Wassertröpfchen. Konkret handelt es sich also um typische Regen- und auch Gewitterwolken. Ausnahme: Cumuluswolken.
Wie bildet sich Niederschlag? Was in den Wolken passiert
Wolken sind für die Bildung von Niederschlag verantwortlich. In den mittleren Breiten kann Niederschlag durch zwei Prozesse gebildet werden: durch das Zusammenwachsen kleiner Wassertröpfchen (Koagulation) und durch das Wachsen von Wasserkristallen (Bergeron-Findeisen-Prozess).
Die Kondensation, die Aggregatzustandsänderung von Wasserdampf zu Wasser, lässt sehr kleine Tröpfchen entstehen, die durch die Aufwinde in den Wolken verwirbelt werden, aber nicht nach unten sinken. Aufwinde verwirbeln die Wassertropfen, die dadurch aufeinander prallen und sich zu größeren Tropfen mit höherem Gewicht verbinden. Schwere Tropfen, deren Fallgeschwindigkeit größer ist als der Aufwind, können als Niederschlag zur Erde fallen.
Der Niederschlag, der durch den Koagulationsprozess gebildet wird, weist eine kleine Tropfengröße auf und fällt als Nieselregen aus gering mächtigen Stratus- oder Cumuluswolken.
„Bergeron-Findeisen-Prozess“: So entsteht Niederschlag in Mischwolken
Der zweite Prozess, der Niederschlagsbildung, wird auch als Bergeron-Findeisen-Prozess bezeichnet und tritt in Mischwolken auf – die sowohl Wassertröpfchen als auch Einkristalle enthalten. Staub- oder Aerosolpartikel in der Wolke stellen Eiskerne dar, an die sich unterkühlte Wassertropfen anlagern, die vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergehen. Auch Wasserdampf kann – ohne zunächst flüssig zu werden – sofort gefrieren.
Über den entstandenen Eiskristallen ist der Dampfdruck sehr niedrig, so dass sich Wasserdampf oder weitere Wassertropfen anlagern können. Dadurch wachsen die Eiskristalle und werden immer schwerer und sinken schließlich zur Erde. Erreichen sie dabei wärmere Luftschichten, tauen sie auf und fallen nicht mehr als Schnee, sondern als großtropfiger Regen. Niederschlag, der in der Eisphase entstand, bildet sich vor allem in mächtigen Cumulonimbuswolken.
Cumulonimbuswolken entstehen vor allem dann, wenn Luftmassen hoch aufsteigen können. Dies ist besonders im Sommer der Fall, wenn die Erdoberfläche die darüber liegenden Luftschichten aufheizt und diese – wegen der geringen Dichte von Warmluft gegenüber der darüberliegen kälteren Luft – aufsteigt. Der Aufstieg erwärmter Luftmassen wird als Konvektion bezeichnet und die Niederschläge, die dadurch entstehen, als konvektive Niederschläge.