Dem Wetterfrosch über die Schulter geschaut

News: Dem Wetterfrosch über die Schulter geschaut

Wolken bestehen aus einer riesigen Anzahl von großen und kleinen Tropfen. Erst wenn einige davon über eine bestimmte Größe hinauswachsen, fängt es an zu regnen. Wie das nun aber genau funktioniert, konnte bisher noch niemand so genau sagen. Niederländische Forscher simulierten die Vorgänge in einem Computer und kamen zu einem überraschenden Ergebnis: Kleine wirbelartige Turbulenzen schleudern die Tropfen im Kreis. Diese kollidieren dadurch häufiger mit anderen, wachsen heran - und los geht's.

Eine Wolke ist eine aufsteigende Blase feuchter Luft, die sich ausdehnt und deshalb abkühlt. Da kalte Luft nicht so viel Wasserdampf wie warme Luft enthalten kann, kondensieren die Wassermoleküle an den zahlreich vorhandenen kleinen Partikeln, wie zum Beispiel Aerosolen, die einen Durchmesser von weniger als einem Mikrometer aufweisen. Wieviele kleine Tröpfchen entstehen, hängt von dem Übersättigungsgrad der Luft ab.

Niederländische Forscher von der Delft University of Technology berechneten, wie die Hundertausende von Tropfen in einer Wolke von einem Liter Volumen wachsen und sich bewegen. Anscheinend bilden sich dabei röhrenförmige Wirbel von wenigen Zentimetern Größe, in denen die Tropfen durch die Zentralfugalkraft nach außen geschleudert werden, wo sie miteinander verschmelzen. Wenn dabei etwa einer von einer Million Tropfen einen Durchmesser von mehr als zwanzig Mikrometern erreicht hat, startet eine Kettenreaktion, und es fällt Regen.

In früheren meteorologischen Berechnungen wurden diese Turbulenzen im kleinsten Maßstab nicht berücksichtigt. Theoretisch braucht eine Wolke drei Stunden, bis die Tropfen so groß sind, daß Regen fällt – in der Praxis fängt es aber durchaus schon nach etwa einer halben Stunde an zu tröpfeln. Anscheinend kollidieren die kleinen Tropfen wegen der Turbulenzen häufiger als vermutet.

Außerdem ist das Innere der Wirbel nahezu tropfenfrei, sodaß die Luft dort stark übersättigt sein muß. Dementsprechend ist vielleicht auch die Luft in ungefähr hundert Metern Höhe über der unteren Kante einer Wolke dermaßen stark mit Wasserdampf gesättigt, daß Tropfen gebildet werden. Dies hatten Meteorologen bisher ausgeschlossen.

Wie Tropfen gebildet werden und wann aus Wolken Regen fällt, ist aber nicht nur für die Wettervorhersage interessant. Die Erkenntnisse sind auch wichtig, um chemische Reaktionen in der Atmosphäre und die Absorption und Reflexion der Sonneneinstrahlung zu verstehen – denn auch die finden schließlich in oder an Tropfen statt.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 7.10.1999
"Viele Wolken, kein Regen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 26.3.1999
"Wann ist ein Regentropfen kein Regentropfen mehr?"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 1/99, Seite 72
"Numerische Simulation von Tropfenkollisionen"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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