Regentropfen: groß oder klein?

Auch, wenn es am Wochenende nicht viel davon geben wird, wenden wir uns neben der MeteoShow mit dem Wochenendwetter dem Regen zu: Beobachtet man ihn an verschiedenen Tagen, kann man feststellen, dass einige Regentropfen größer und andere kleiner sind. Doch woran liegt das? Und was hat das mit der Lichtstreuung zu tun?

Regen oder nicht? Die MeteoShow
Doch zunächst beginnen wir mit der MeteoShow und damit mit dem Wetter für das Wochenende und die nächsten Tage:

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Warme und kalte Wolken
Für die Bildung von Wolken spielen Aeorosole eine wichtige Rolle, da sie als Kondensationskerne dienen. Der Wasserdampf in der gesättigten Luft lagert sich an den Kondensationskernen an und kleine Wassertröpfchen mit einem Durchmesser von circa 10 Mikrometer entstehen.

Die entscheidende Rolle für die Größe des Regentropfens ist die Art der Wolke in der er sich befinden. Es wird zwischen warmen und kalten Wolken unterschieden. Warme Wolken sind meist tiefe Wolken, die maximal bis in 2 km Höhe reichen. In diese Kategorie gehören auch die Stratus-Wolken, die auch Niederschlag produzieren können. Durch einen stetigen Austausch mit der Umgebungsluft verdunsten dort Wassertröpfchen bei trockenerer Luft, in feuchter Luft dagegen bilden sie sich vermehrt.

Ist eine höhere Konzentration an Aeorosolpartikel vorhanden, dann gibt es eine größere Anzahl an kleineren Wassertröpfchen. Bei entsprechender Größe wirkt die Schwerkraft auf sie und sie fallen nach unten. Durch den Aufwind in der Wolke zerplatzen die großen Tropfen und zerfallen in viele kleine. Daher fallen sie meist als Niesel- oder Sprühregen zu Boden mit einer Geschwindigkeit von etwa 70 cm/s. Meist kommt diese Art von Niederschlag an Warmfronten vor.

Zu den kalten Wolken zählen die Misch- und die Eiswolken. Liegt die Temperatur in den Wolken unter 0°C existieren unterkühlte Wassertröpfchen. Sinkt die Temperatur unter -10°C bilden sich Eiskristalle, die neben den unterkühlten Tröpfchen vorkommen (Mischwolke). Die Mischwolken haben oft eine große vertikale Ausdehnung. Bei einer Temperatur von -40°C besteht eine Wolke nur noch aus Eiskristallen und wird als Eiswolke oder Cirrus-Wolke bezeichnet und gehört zu den hohen Wolken.
In kalten Wolken ist der Entstehungsprozess des Regentropfens nun verschieden. Grund ist ein höherer Sättigungsdampfdruck über Eis als über Wasser bei gleicher Temperatur. Zum Beispiel beträgt die Übersättigung 10% bei einer Temperatur von -10°C und 21% bei -20°C. Flüssigwasser hingegen hat meist eine Übersättigung von nicht mehr als 1%. Das hat zur Folge, dass die Eiskristalle auf Kosten der unterkühlten Wassertröpfchen wachsen. Dabei verändern sie ihre Gestalt teilweise so sehr, dass die Kristallstruktur nicht mehr zu erkennen ist.

Bilden sie sich zu poröse Kugeln, so werden sie Graupel genannt. Andererseits können sich Eiskristalle auch in einander verhaken oder zusammenkleben, so dass die größer werden. Gelangen die Eiskristalle durch Absinken in wärmere Regionen und unter die 0°C-Grenze, dann schmelzen sie auf ihrem Weg nach unten und es bleiben große Wassertropfen übrig, die mit einer Geschwindigkeit von circa 10 m/s runterfallen. Je tiefer diese Grenze liegt, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit für Eiskristalle auf dem Boden aufzutreffen.

Sonnenstrahlen und Wolkendicke
Sind in einer Wolke nun viele kleine Wolkentropfen, dann wird das Sonnenlicht öfters durch die Wassertröpfchen gestreut (Ablenkung der Sonnenstrahlen durch einen Tropfen) und die Wolke erscheint dunkler als eine gleich große Wolke mit großen Wassertropfen. Im Satelittenbild (Abbilung 1) sind kalte und warme Wolken gut zu unterscheiden. Die kalten hochreichenden Wolken sind hell und weiß. Die tiefer gelegenen Wolken sind grauer.
Warum ist es eigentlich nicht komplett dunkel, wenn man sich unter einer dichten Wolkendecke befindet? Das liegt an der Vorwärtsstreuung, das heißt die Wassertropfen streuen das einfallende Licht meist nach vorne. Da das Sonnenlicht von oben kommt werden die Lichtstrahlen meistens in Richtung Boden gestreut. So kommt immer ein bisschen Sonnenlicht durch die Wolke.

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