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Lexikon der Geographie: Wolken

Wolken, sichtbares Produkt der Kondensation bzw. Deposition von Wasserdampf in der Atmosphäre. Sie bilden sich als Ansammlung von kleinen, teils unterkühlten Wassertröpfchen (Wasserwolken), von Eiskristallen (Eiswolken), oder beidem (Mischwolken), deren Tropfenfallgeschwindigkeit so gering ist, dass sie in der Schwebe gehalten werden. Die Grenze zwischen schwebenden Wolkentropfen und fallenden Regentropfen liegt bei einem Tropfenradius von 0,05 mm. Die Höhe, bei der Kondensation bzw. Deposition eintritt, bezeichnet man als Wolkenbasis oder Wolkenuntergrenze, diese wird heute in der Regel mit einem Ceilometer bestimmt.
Für die meisten Klimaregionen sind bestimmte Wolkenarten charakteristisch. Sie sind typische Kennzeichen der jeweiligen Wetterlage und Vorzeichen für die künftige Wetterentwicklung. Um die Beobachtung von Wolken international vergleichbar zu machen, hat man schon früh ein einheitliches Klassifikationssystem entwickelt (Howardsche Wolkenklassen). Die Wolkenklassifikation basiert auf dem Erscheinungsbild der Wolken (Form, Größe, Gestalt, Schattenstellen, optische Effekte), und berücksichtigt nicht die Prozesse, die zu ihrer Bildung geführt haben. Nach dem heute international gültigen Klassifikationsschema der WMO (Weltorganisation für Meteorologie) unterscheidet man auf der Basis von Wolkenstockwerken vier Wolkenfamilien, die in 10 Wolkengattungen unterteilt sind: Cirrus, Cirrocumulus, Cirrostratus, Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus, Stratus, Nimbostratus, Cumulus, Cumulonimbus ( Abb. 1, Abb. 2a, Abb. 2b, Abb. 2c, Abb. 2d). Wolkengattungen gliedern sich wiederum in 27 Wolkenarten sowie verschiedene Unterarten und Sonderformen ( Abb.3). Als Mutterwolke bezeichnet man die ursprüngliche Wolkenform, wenn sich die aktuelle Wolke aus einer anderen Wolkengattung entwickelt hat.
Jeder Wolkenart ist ein eigenes Symbol in der Wetterkarte zugeordnet. Der von der WMO herausgegebene internationale Wolkenatlas (WMO 1990) enthält Beschreibungen, Definitionen und zahlreiche Fotobeispiele für alle Wolkengattungen und -arten sowie ihre Codierung für SYNOP-Meldungen.
Die Bildung der verschiedenen Wolkenarten hängt stark von der atmosphärischen Schichtungsstabilität und dem Windfeld ab. Schichtwolken oder stratiforme Wolken entstehen in allen Niveaus bevorzugt bei stabilen Verhältnissen. Sie entstehen durch gezwungene Hebung ausgedehnter Luftschichten an meteorologischen Fronten oder Gebirgshindernissen (Föhn). Bei geringen Windgeschwindigkeiten haben sie eine plane Wolkenoberfläche, bei stärkeren Horizontalwinden und den damit verbundenen mechanischen Turbulenzen werden die Wolkenoberflächen aufgewölbt. Nimmt die Schichtungsstabilität ab bzw. wird diese zumindest schichtweise durch labile Verhältnisse ersetzt, entstehen Cumuluswolken, cumuliforme Wolken oder Quellwolken. Sie bilden sich bevorzugt bei niedrigen Windgeschwindigkeiten und hoher Einstrahlung als Folge thermischer Konvektion (Konvektionszelle). Da sie häufig bei Strahlungswetter anzutreffen sind, werden sie auch als Schönwetterwolken (die typische Wolke ist der blumenkohlförmige Cumulus congestus), bezeichnet. Begrenzt eine tief liegende Inversion das vertikale Wolkenwachstum, entstehen flache Cumulus humilis Wolken, die typisch für Regionen unter Einfluss der Passatinversion sind. Bei stark labiler Schichtung setzt hochreichende Konvektion ein (deep convection), die zu Cumulonimbus (Cb) Wolken führt und häufig mit heftigen Niederschlägen (z.B. Hagel) und Gewittern einhergeht. Cb's können die Tropopause erreichen oder diese bei hoher Vertikalbeschleunigung aufgrund von intensiver Kondensation (Freiwerden latenter Wärme) sogar durchstoßen (overshooting tops) und damit einen Transport von Wasserdampf in die Stratosphäre herbeiführen. Die Entwicklung von Cumulonimben erfolgt dabei nach einem typischen Lebenszyklus, der bei Einzelzellen etwa in einem Zeitfenster von 30 bis 60 Minuten abläuft und drei Entwicklungsstadien unterscheidet ( Abb. 4 und 5).
Mikrophysikalisch gesehen entstehen Wolkenteilchen (Wolkentropfen oder Eiskristalle) durch Abkühlung feuchter Luft aufgrund von Hebung oder Mischung verschieden feuchter Luftmassen bis Kondensation bzw. Deposition eintritt. Initiale Wolkenteilchen entstehen in der Atmosphäre durch die Anlagerung von Wasserdampf an Kondensationskernen oder Gefrierkernen. Ihr Durchmesser nimmt zuerst durch Diffusionswachstum (Wolkenbildung) und später durch Koagulation zu. Der Gesamtwasser- bzw. Eisgehalt einer Wolke ist von der Lufttemperatur, dem verfügbaren Wasserdampf und der Hebungsgeschwindigkeit abhängig (Wassergehalt der Wolken).
Wolken stellen bei der Bildung von Niederschlag aus Wasserdampf eine entscheidende Zwischenstufe im Wasserkreislauf dar. Sie spielen darüber hinaus eine zentrale Rolle im Strahlungshaushalt der Erde (Cloud Forcing).
Um eine weltweite Wolkenklimatologie aufbauen zu können, wurde 1982 im Rahmen des Welt-Klima-Programms (WCP) das 10-jährige ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) ins Leben gerufen. Ziel des Projekts ist es, auf der Datenbasis von Wettersatelliten globale Bewölkungskarten (langjährige Mittelwerte, saisonale Verteilung, Wolkenstockwerke, ausgewählte Wolkengattungen) sowie Karten wichtiger Wolkeneigenschaften (Oberflächentemperatur, -druck, optische Dicke) zu erstellen

JB

Lit: [1] PODZIMEK, J. (1993): Wolkenphysikalische Forschung in Deutschland und Nachbarländern – ein Rückblick. – Promet 1/2'93, 2-9. [2] MASON, B.J. (1971): The physics of clouds. – Oxford. [3] MÜHR, B. (1999): Der Karlsruher Wolkenatlas. – CD-ROM, Karlsruhe.


Wolken 1: Wolken 1: Wolkenfamilien und ihre vertikale Erstreckung und Wolkengattungen mit Beschreibung.

Wolken 2a Wolken 2a: Wolkengattungen 1: hohe Wolken

Wolken 2b Wolken 2b: Wolkengattungen 2: mittelhohe Wolken

Wolken 2c Wolken 2c: Wolkengattungen 3: niedrige Wolken

Wolken 2d: Wolkengattungen 4: Wolken mit großer vertikaler Erstreckung

Wolken 3: Wolken 3: Abkürzungen und deutsche Bezeichnungen von Begriffen der internationalen Wolkenklassifikation für Wolkenarten, Wolkenunterarten, Sonderformen und Begleitwolken.

Wolken 4: Wolken 4: Typischer Lebenszyklus der Cumuluskonvektion mit drei Entwicklungsstadien. Gealterte Systeme sind durch einen ausgeprägten Cirrenschirm mit ausgedehnter Höhendivergenz gekennzeichnet.

Wolken 5: Wolken 5: Entwicklungsstadien der Cumuluskonvektion in einem tropischen Wolkencluster über dem südlichen Kolumbien.

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Stephan Meyer

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