3.5  Niederschlag

 3.5.4 Hagel

Abb. 3.5.0   Eisiger Niederschlag

In Deutschland fallen Niederschläge an bis zu 185 Tagen im Jahr (Wert von Kempten). Meist sind es nur ein paar Millimeter am Tag, im Durchschnitt über die Jahre 2000 bis 2020 hinweg zwischen etwa 540mm/Jahr (Berlin) und 1200mm/Jahr (Kempten). Dieses Kapitel beschreibt, wie Niederschlag entsteht und unter welchen Bedingungen es zu den verschiedenen Formen des Niederschlags kommt:

3.5.1 Niederschlagsentstehung

3.5.2 Niederschlagsarten

 

3.5.1  Niederschlagsentstehung

Inhalt:

  • Prozess der Niederschlagsentstehung
  • Niederschlag an Fronten

 

Prozess der Niederschlagsentstehung

 3.5.1 Thermikentstehung

Abb. 3.5.1   Thermikentstehung

 

Bei Thermik steigt warme Luft auf und kühlt sich ab, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit zunimmt. Bei weiterem Anstieg kommt es zur Sättigung der Luft. Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt dann 100%. Kühlt sich beim Steigen die Luft weiter ab, kondensiert der Wasserdampf zu kleinen Tröpfchen und bildet eine Wolke.

 3.5.2 Niederschlagsentstehung

Abb. 3.5.2   Entstehung von Niederschlag

  1. Das Bild zeigt, dass die bei (1) erzeugte Wolke nicht über das Null-Grad-Niveau hinaussteigt. Oberhalb des Kondensationsniveaus bilden sich kleine Tröpfchen und formen eine Wolke. In ihr bewegen sich die Luftteilchen und die Tröpfchen gemeinsam.
    Ist die Temperatur der Wolke höher als 0°C, bestehen die Wasserteilchen in der Wolke ausschließlich aus Wassertröpfchen, die in der Regel nur in den Tropen, nicht aber bei uns Regen verursachen. Bilden sich Stratuswolken, fällt etwas Nieselregen aus ihnen heraus. In den gemäßigten Breiten fällt Niederschlag im Wesentlichen nur dann aus einer Wolke, wenn unterkühlte Wasserteilchen (Wasserteilchen von 0°C bis -12°C) oder Eisteilchen vorhanden sind. 
  2. Liegt die Temperatur zwischen 0°C und -12°C, besteht die Wolke fast ausschließlich aus unterkühlten Wassertröpfchen. Diese können miteinander kollidieren und sich zu größeren Tröpfchen zusammenschließen. In einer Wolke befinden sich wärmere und kältere Wassertröpfchen. Verdampfen die Tröpfchen, lagert sich der Wasserdampf als Wasser an den kälteren Tropfen an, diese wachsen. So können sich große Tropfen bilden, die nun durch die Schwerkraft nach unten fallen.
  3. Bei einer Temperatur zwischen -12°C und -23°C bilden sich neben den Wassertröpfchen auch Eiskristalle. Wir nennen dies eine Mischwolke. Auch hier stoßen Wassertropfen mit Eiskristallen zusammen. Das Eiskristall wächst zu Schnee. Die Schneeflocken wachsen weiter, fallen herunter, schmelzen unter der Wolke und kommen dann als Regen am Boden an. Die meisten Niederschläge entstehen so.
  4. In Wolken mit einer Temperatur unter minus 23°C werden nur Eiskristalle gebildet (vorausgesetzt, es sind Gefrierkerne vorhanden). Der Amboss von Cumulonimbuswolken besteht aus solchen schwebenden und fallenden Eiskristallen. In einem Cb kann der fallende, geschmolzene Schnee als Wassertropfen in Aufwindbereichen wieder aufsteigen und weiter zu Hagelkörnern anwachsen. 
  5. Nach dem Gewitter löst sich der Cumulonimbus auf. Es fällt kein weiterer Niederschlag.

 

Niederschlag an Fronten

Niederschlag tritt auch beim Durchzug von Fronten auf (siehe 3.6 Luftarten und Fronten).  Wenn warme Luft auf kalte Luft trifft, wird die warme, leichtere Luft über die kalte Luft nach oben geschoben. Die aufsteigende Luft kühlt ab, kondensiert und verursacht langanhaltende Niederschläge. Wenn kalte Luft auf warme Luft trifft, schiebt sich die kalte, schwerere Luft unter die warme Luftmasse und drückt diese nach oben. Dies führt oft zu starken, schauerartigen Regenfällen. 

Niederschlag kann auch entstehen, wenn Wind auf ein Gebirge trifft und die Luft an den Bergen nach oben geschoben wird.

 

3.5.2  Niederschlagsarten

Inhalt:

  • Niederschlagsarten und Wolkentypen
  • Niederschlagsarten im Überblick

 

Niederschlagsarten und Wolkentypen

Niederschlag entsteht infolge von Hebungsvorgängen. Zu unterscheiden sind langanhaltender, großflächiger Niederschlag aus Nimbostratus-Wolken und relativ kurze, jedoch kräftige Schauer aus hochreichender Quellbewölkung. Der Niederschlag kann in Form von Wasser, Schnee, Graupel oder Hagel auf die Erde treffen. 

 3.5.3 Niederschlag und Lufttemperatur

Abb. 3.5.3   Niederschlagarten und ihre Abhängigkeit von der Lufttemperatur

 

Regen und Schnee 

Im obigen Bild siehst Du links, wie es schneit und rechts, wie es regnet. Die Eiskristalle schließen sich zusammen und bilden Schneeflocken. Oft fällt der Niederschlag zunächst als Schnee aus der Wolke, schmilzt jedoch in der warmen Luft darunter und fällt als Regen auf den Boden.

 

Nassschnee und Eis

Die mittleren Bilder zeigen, wie Nassschnee und Eis entstehen. Bei Nassschnee (zweites Bild) schmilzt der Schnee teilweise in der warmen Luftschicht unter der Wolke und gefriert dann wieder im unteren Bereich mit kalter Luft. Bei Eis (drittes Bild) schmilzt der Schnee vollständig, gelangt in die unten liegende Kaltluft und wird dort unterkühlt. Der unterkühlte Regen gefriert, sobald er auf den Boden oder einen Gegenstand trifft. Eis kann auch entstehen, wenn Regen auf eine eiskalte Fläche fällt und dort gefriert. Letzteres ist die gefährlichste Art von Niederschlag.  Sie verursachen auf dem Flügel eine durchsichtige Schicht, die nicht leicht zu sehen ist. Die Überziehgeschwindigkeit steigt mit der zunehmenden fliegenden Masse, die Flugeigenschaften verschlechtern sich drastisch.

 

Hagel

Hagel bildet sich in Cumulonimben, wenn Schnee beim Fallen in eine Luftschicht mit höherer Temperatur gelangt. Dort schmilzt er, wird durch aufsteigende Luft wieder mitgenommen und abgekühlt. Er gefriert wieder. Ein Eiskern kann neue Wassertröpfchen anziehen, wodurch er wächst. Auf diese Weise können die Teilchen mehrmals auf- und absteigen, teilweise schmelzen und wieder gefrieren. Schließlich werden sie so schwer, dass sie bis zum Boden durchfallen. Große Hagelkörner können Segelflugzeuge schwer beschädigen. Hagelkörner mit mehr als 1cm Durchmesser sind in Deutschland selten.

Das Bild oben (Abb. 3.5.0) zeigt sehr große Hagelkörner und die möglichen Folgen.

 

Graupel

Graupel entsteht in großen Cumuluswolken und Cumulonimben. Die Entstehung ist ähnlich wie beim Hagel, aber bei Graupel ist die Schneeflocke nur auf der Oberfläche angeschmolzen und wieder gefroren. Daher hat Graupel einen Kern aus komprimiertem Schnee (milchig weiß) und Hagel einen Kern aus Eis. Auch ist Graupel viel leichter als Hagel und daher bei weitem nicht so gefährlich.

 

Niederschlagsarten im Überblick

Bezeichnung


Wetter-
karten-
Symbol

 Beschreibung


Regen

Regen Symbol
Niesel Symbol 

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

Schnee

Schnee Symbol

lockere, feste Form (ab etwa −12 °C kondensiert der Wasserdampf 
direkt zu kleinen Eiskristallen („Resublimation“), die sich dann zu 
Schneeflocken zusammenballen).

Graupel

 Graupel Symbol

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

Hagel

 Hagel Symbol

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

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

Nebelnässen

Wasser in sehr kleiner Tropfenform, deswegen sehr kleine
Niederschlagsmenge

Tau

Wasserdampf, der an Objekten zu feinen Wassertröpfchen kondensiert

Reif

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

 

Zusammenfassung

  • Oberhalb des Kondensationsniveaus bilden sich kleine Tröpfchen zu einer Wolke.
  • Bei einer Temperatur von 0 °C bis -12 °C besteht die Wolke fast ausschließlich aus unterkühlten Wassertröpfchen. Diese können miteinander kollidieren und sich zu größeren Tropfen zusammenschließen, die mit der Schwerkraft nach unten fallen.
  • Bei einer Temperatur von -12°C bis -23°C bilden sich neben den Wassertröpfchen auch Eiskristalle (Mischwolke). Die Wassertröpfchen prallen dann auf Eiskristalle und das Eiskristall wächst zu Schnee. Die Schneeflocken wachsen weiter, fallen herab, schmelzen meist und fallen dann als Regen auf den Boden. Ist die Luft unter der Wolke sehr kalt, fällt Schnee. 
  • Hagelkörner bilden sich in Cb-Wolken, wenn der Schnee in eine Luftschicht mit höherer Temperatur fällt, schmilzt, wieder hochgerissen wird und dabei gefriert. Die Eiskörner bzw. Wassertropfen können auf diese Weise mehrmals fallen und wieder hochsteigen, bis sie so schwer sind, dass sie zum Erdboden durchfallen.