Wolken mit Bienenwabenstruktur

Als bewunderungswürdigen "Thron Gottes" beschreibt René Descartes 1637 die Wolken, zu denen man aufschaue, auch wenn sie kaum die Berggipfel überragten oder sogar tiefer als Kirchturmspitzen hingen. Wenn man sie einst verstehe, so hoffte er, werde man auch Erklärungen für all die anderen wunderbaren Phänomene auf der Erde finden.

Eine Hoffnung, die sich bisher nicht erfüllt hat – denn wie Wolken funktionieren, das haben Wissenschaftler bis heute nicht allumfassend aufklären können. Doch kommen immer wieder kleine Puzzleteile dazu, wie jetzt zu marinen Stratocumuluswolken. Hinter dem trockenen Begriff verbergen sich kuriose löchrige Wolkenmuster, die weite Teile der Ozeane überdecken und deren regelmäßige Struktur aus einzelnen offenen und geschlossenen Zellen Forscher schon lange fasziniert.

Schon länger war bekannt, dass Regen eine entscheidende Rolle für dieses typische Muster spielt – so hatten Wissenschaftler um Bjorn Stevens vom Max-Planck-Institut für Meteorologie herausgefunden, wie Niederschlag dazu führt, dass sich aus geschlossenen Zellen (Wolke in der Mitte, offener Rand) offene bilden, bei denen die Ränder aus Wolken bestehen, das Zentrum aber frei ist – also sich das Bild im Prinzip ins Negativ verkehrt.

Graham Feingold von der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und seine Kollegen erzeugten nun im Computermodell marine Stratocumuli aus offenen Zellen und reicherten sie mit Aerosolen an, die als Kondensationskeime das Abregnen anregen sollten. Und siehe da: Die wabenartige Struktur blieb erhalten, doch verharrten die offenen Zellen nicht etwa beständig an Ort und Stelle, sondern verschwanden und regenerierten sich im Verlauf von Stunden.

Hinter der Dynamik steckt kleinräumige Konvektion, erklären die Forscher: In den wolkigen Bereichen herrschen starke aufsteigende Luftströmungen. Hat sich jedoch genug Feuchtigkeit gesammelt, dass es zu regnen beginnt, kehrt sich die Strömungsrichtung um. Beim "Aufprall" auf dem Ozean fließen die absteigenden und sich abkühlenden Luftmassen horizontal auseinander, bis sie auf andere fallende und nun zur Seite ausweichende Luftmassen treffen. Da sich die Luftmassen über dem Meer wieder erwärmen, bildet sich bei der Kollision eine neue, aufwärts gerichtete Strömung – und mit ihr neue Wolken an anderer Stelle, während in der abgeregneten Zelle nun klare Luft herrscht. (af)

Feingold, G. et al.: Precipitation-generated oscillations in open cellular cloud fields. In: Nature 466, S. 849-852, 2010.