Lexikon der Geographie: Niederschlag
Niederschlag, Gesamtbezeichnung für das aus der Atmosphäre auf die Erdoberfläche gelangende Wasser. Man unterscheidet verschiedene Niederschlagsarten: a) fallender Niederschlag, der als Festniederschlag (Schnee, Griesel, Graupel, Hagel), Flüssigniederschlag (Regentropfen) oder Mischniederschlag (Schneeregen) auf die Erdoberfläche niedergeht, und b) abgesetzte Niederschläge im festen oder flüssigen Aggregatzustand, die durch die Wechselwirkung mit verschiedenen Oberflächen zustande kommen: fallende Niederschlägen können als Raueis, Glatteis und Schnee abgesetzt werden, unterkühlte Wolkentröpfchen als Raureif, und Wasserdampf kann als Reif oder Tau abgesetzt werden. Bei fallenden Niederschlägen wird die Länge eines Regenereignisses als Niederschlagsdauer bezeichnet. Unter Niederschlagsdichte versteht man die auf die Niederschlagsdauer bezogene Niederschlagshöhe. Sie wird häufig in mm/min angegeben (Regenintensität). Nieselregen und Sprühregen unterscheiden sich von Regen durch deutlich kleinere Tropfen (0,05-0,25 mm; Regen >0,25 mm), eine geringe Tropfenfallgeschwindigkeit sowie eine unbedeutende Niederschlagsmenge bei gleichzeitig niedriger Intensität. Er entsteht durch Koagulation in Stratuswolken oder Nebel ohne kräftigen Aufwind bzw. Turbulenz und ist charakteristisch für warm-feuchte Luftmassen. Niederschläge mit geringer bis mittlerer Intensität, mittlerer Tropfengröße und Fallgeschwindigkeit fallen meist aus Altostratus- bzw. Nimbostratus-Bewölkung (Wolken) an Warmfronten. Niederschläge mit hoher Intensität und großer Regenhöhe sind an Kaltfronten bzw. konvektive Wettersituationen (v.a. Tropen bzw. Mittelbreiten im Sommer) mit hoher Aufwindkomponente gebunden und fallen in der Regel aus Cumulonimbus-Bewölkung. Großtropfiger Regen, Graupel oder Hagel sind typische Begleiterscheinungen. Derartige Niederschläge können als Schauer, Starkregen, Platzregen oder Wolkenbruch niedergehen.
Grundsätzlich ist die an einem Ort erreichbare Regenmenge vom regionalen Feuchteangebot der Atmosphäre abhängig, das auch als niederschlagsverfügbares Wasser (precipitable water, pw) bezeichnet wird ( Abb. 1). pw berechnet sich als Wegintegral der absoluten Feuchte (Luftfeuchte) über eine gegebene Atmosphärensäule [g/cm2]:
mit a=absolute Feuchte [g/cm3] und z=Höhe der Atmosphäre [cm].
Hinsichtlich ihrer Entstehung unterscheidet man verschiedene Niederschlagstypen: Zyklonale Niederschläge bilden sich an meteorologischen Fronten (Frontalniederschläge), konvektive Niederschläge (Konvektionsniederschlag) entstehen durch Hebung und Abkühlung von Luftteilchen infolge thermischer Konvektion und orographische Niederschläge (Steigungs-, Stauniederschläge) resultieren aus gezwungener Hebung der Luft im Luv von Gebirgshindernissen. Bei Mischung verschiedener Luftmassen mit Niederschlagsbildung spricht man von Luftmassenmischungsniederschlägen.
Der bedeutendste Mechanismus zur Bildung von Niederschlagstropfen in Wasserwolken ist die Koagulation. Die Größe der dabei entstehenden Regentropfen variiert mit der Niederschlagsform (Tropfenfallgeschwindigkeit Abb.). In den Mischwolken der mittleren Breiten spielt der Bergeron-Findeisen-Prozess eine entscheidende Rolle für die Niederschlagsgenese. Das Regentropfenspektrum beschreibt die Tropfengrößenverteilung des Niederschlages und wird meist mit einer Exponentialfunktion (Marshal-Palmer Verteilung) statistisch beschrieben:
mit Δ=41·R-0,21, n(D)=Tropfengrößenverteilung, n0=0,08 cm, D=Tropfendurchmesser. Da diese Verteilung bei kleinen Tropfen versagt, wird mit der Gamma-Verteilung genauer aproximiert. Das Tropfenspektrum steht dabei in direkter Beziehung zur Regenrate R:
mit: v(D)= terminal velocity eines Regentropfens mit dem Durchmesser D.
Zur Niederschlagsmessung verwendet man Hellmann-Regenmesser, Totalisatoren, Ombrometer (Hellmann-Regenmesser) oder Regenwippen.
In der Klimageographie unterschiedet man die horizontale, vertikale und zeitliche Niederschlagsverteilung: a) horizontale Niederschlagsverteilung: Grundsätzlich sind etwa zwei Drittel des globalen Niederschlags auf Gebiete zwischen 30° südlicher und nördlicher Breite verteilt ( Abb. 2). Die Land-Wasserverteilung beeinflusst dabei maßgeblich die breitenkreisparallele Ausprägung der Niederschlagsgürtel. Grundsätzlich weisen die Ozeane mit wenigen Ausnahmen größere Regenhöhen (globales Mittel 1139 mm) als die Kontinentalgebiete (globales Mittel 670 mm) auf. Je nach Anströmungsrichtung durch die planetarischen Zirkulationssysteme ergibt sich eine hygrische Asymmetrie der Kontinente mit höheren Niederschlagswerten im Luv und geringeren Werten im Lee. Die orographische Abgeschlossenheit von Kontinenten gegenüber dem ozeanischen Wassertransport durch blockierende Hochgebirge (z.B. Rocky Mountains), die stabilisierende Wirkung kalter ozeanischer Aufquellgebiete an den Westküsten der Kontinente (Subtropen) sowie die abnehmende Eindringtiefe regenbringender Luftmassen mit zunehmender Entfernung vom Meer (Kontinentalität) vor allem bezogen auf die Frontalniederschläge der Mittelbreiten bewirken eine Reduktion des Niederschlagsaufkommens.
b) Bei der vertikalen Niederschlagsverteilung lassen sich zwei Grundtypen unterscheiden: Der Advektionstyp, charakteristisch für advektiv herbeigeführte Frontalniederschläge der Mittelbreiten (z.B. Alpen), ist durch eine Maximalzone der Niederschläge in Höhen zwischen 3000 und 4000 m gekennzeichnet. Die Regensummen nehmen bis 4000 m aufgrund der zunehmenden Windgeschwindigkeit und damit verbundenem höherem Wasserdampftransport kontinuierlich mit der Geländehöhe zu. Der vorwiegend feucht-tropische Konvektionstyp ist durch ein primäres Niederschlagsmaximum in Geländehöhen zwischen 1000 und 1500 m sowie ein sekundäres Maximum in etwa 3200 m Höhe gekennzeichnet.
c) Die jahreszeitliche Niederschlagsverteilung (Jahresgangtypen) an bestimmten Orten ist grundsätzlich von den solarthermischen Grundbedingungen und der atmosphärischen Zirkulation geprägt ( Abb. 3). In den Tropen dominiert die Abhängigkeit der Niederschlagsmenge vom Jahresgang der Einstrahlung. Der äquatoriale Typ ist bei ganzjährig immerfeuchten Bedingungen durch zwei relative Regenzeiten kurz nach den Sonnenhöchstständen gekennzeichnet (Äquinoktialregen), die in den Randtropen zu einer Regenzeit zusammenwachsen (Solstitialregen). In den Tropen koinzidieren Sonnenhöchststand und Niederschlagsmaximum (Zenitalregen). In den Subtropen dominieren an den Westseiten der Kontinente die Winterregen, an den Ostseiten monsunale Sommerregen (Monsun). Die Mittelbreiten lassen sich in einen mehr kontinentalen Typ mit sommerlich-konvektiven Niederschlagsmaxima und einen maritimen Typ mit vorherrschend winterlich advektiven Frontalniederschlägen unterteilen. Zu den regenreichsten Orten der Erde zählen u.a. das indische Cherrapunji (1313 m ü.M.) mit einem langjährigen Jahresmittel von 11.777 mm, der Mt. Waialeale (Kauai, Hawaii, 1569 m ü.M.) mit 12.547 mm sowie die Station Debundscha im südwestlichen Vorland des Kamerunbergs (9 m ü.M.) mit 11.160 mm.
Die Niederschlagsvorhersage erfolgt mithilfe von numerischen Wettervorhersagemodellen sowie Satelliten- und Radardaten zur Kurzfristprognose (Nowcasting). Im Rahmen verschiedener internationaler Programme ist beim Deutschen Wetterdienst das Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN) eingerichtet worden, das u.a. zum Ziel hat, auf der Basis verschiedener Datenquellen im Rahmen der globalen Klimaüberwachung routinemäßig Niederschlagsanalysen zu erstellen.
Lit: [1] JAENEKE, M. (1995): Der Radarverbund des DWD als Hilfsmittel der regionalen und lokalen Gewittervorhersage. – Promet 24; H 1/3; 55-72. [2] LAUER, W. (1995): Klimatologie. – Das Geographische Seminar. Braunschweig. [3] ROGERS, R.R. & YAU, M.K. (1991): A short course in cloud physics. – Oxford et al.
Niederschlag 1: Niederschlag 1: Mittlere bodennahe Lufttemperatur T0 und niederschlagsverfügbares Wasser (pw) für verschiedene Standardatmosphären. Es wird deutlich, dass in den Tropen wesentlich mehr pw zur Verfügung steht als in den Mittelbreiten und den subarktischen Regionen, wobei in den außertropischen Gebieten ein klarer Unterschied zwischen Sommer- und Winterhalbjahr besteht.
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Niederschlag 2: Niederschlag 2: Mittlere Verteilung des globalen Niederschlags nach Breitenkreisen. Die Linien repräsentieren zwei verschiedene Datensätze basierend auf Messungen von Regensammlern, die Punktwolken charakterisieren Modellergebnisse unterschiedlicher GCM-Berechnungen (Global Circulation Model).
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Niederschlag 3: Niederschlag 3: Jahreszeitliche Verteilung des Niederschlags. Das Beispiel für die Tropen stellt die Verhältnisse in Ostafrika (32°E) dar.
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