Niederschlag und Wolken PDF

2 Wolken ← Ansammlung winziger, sichtbarer, schwebender Wasser- und Eisteilchen Wolkenklassifikationen: Erste morphologische Wolkenklassifikation (Cirrus, Cumulus, Stratus) ← L. Howard (1803) Luke Howard  nach Wolkenstockwerken (tiefes, mittleres, hohes) -> Höhe...

2 Wolken ← Ansammlung winziger, sichtbarer, schwebender Wasser- und Eisteilchen Wolkenklassifikationen: Erste morphologische Wolkenklassifikation (Cirrus, Cumulus, Stratus) ← L. Howard (1803) Luke Howard  nach Wolkenstockwerken (tiefes, mittleres, hohes) -> Höhe  nach der physikalischen Zusammensetzung (Wasser-, Eis-, Mischwolken)  nach der Genese (Entstehung) - Konvektionswolken (Quellwolken) - Aufgleitwolken (Schichtwolken) - Ausstrahlungswolken (Nebel, Hochnebel) unter Berücksichtigung der Vertikalerstreckung: → Wolkengattungen  3 Wolken Höhenlage der Wolkenstockwerke in km:. Polargebiete Mittelbreiten Tropen Km hohe Wolken 3-8 5-13 6-18 mittelhohe Wolken 2-4 2-7 2-8 tiefe Wolken 0-2 0-2 0-2 Wolkenausdehnung wächst mit Annäherung an Äquator (nach: http://www.wolkenatlas.de)  4 Wolken Wolkenfamilien und Wolkengattungen: hohe Wolken mittelhohe Wolken tiefe Wolken Wolken großer vert. Erstreckung (Cirro) (Alto) (Strato) Cirrus Altocumulus Stratus Nimbostratus Cirrocumulus Altostratus Stratocumulus Cumulus Cirrostratus Cumulonimbus Über mehrere Wolkenstockwerke 4 Wolkenfamilien → 10 Wolkengattungen → Wolkenarten, -unterarten, Sonderformen (nach: http://www.wolkenatlas.de)  5 Wolken Wolkenfamilien und Wolkengattungen:  6 Wolken Wolkenfamilien und Wolkengattungen: (Weischet & Endlicher 2008 )  7 Wolken Wolkenfamilien und Wolkengattungen und Wolken(unter)arten: Lenticularis -> Föhnfischchen (Weischet & Endlicher 2008 )  8 Wolken Wolkenfamilien und Wolkengattungen und Wolken(unter)arten: Karlsruher Wolkenatlas http://www.wolkenatlas.de/wolken/class.htm  10 Wolken NubiScope ist ein Messsystem zur Bestimmung des Wolkenbedeckungsgrades und der Wolkenbasishöhe Erfassung: - Bedeckungsgrad (in Achteln) - “Augenbeobachtung“ - Wolkenkameras - NubiScope - Angabe der Wolkengattungen - Schätzung der Wolkenuntergrenze - Sichtweite (insbes. bei Nebel) (www.dwd.de)  12 Niederschlag Niederschlagsbildende Prozesse: 1) Niederschlagsbildung in Wasserwolken: Warmregenprozess, Bowen-Lundlam-Prozess, „Koaleszenztheorie“ ← Anwachsen von Wassertropfen durch bezeichnen Prozesse, bei denen kleine Partikel in einer Koagulationsvorgänge Flüssigkeit oder einem Gas zu größeren Einheiten zusammenklumpen oder aggregieren. Niederschlag bei Überwindung der vertikalen Aufwärtsbewegung der Wolkenluft (nur in Tropen relevant) Tropfen erreicht EOF nur, wenn er beim Durchfall in der Atmosphäre nicht verdunstet (McKnight & Hess 2009)  14 Niederschlag Niederschlagsbildende Prozesse: 2) Niederschlagsbildung in Mischwolken Bergeron-Findeisen-Prozess ← über Sublimationswachstum - Verdunsten unterkühlter Wassertröpfchen und (Re)Sublimation an Eiskristallen Eiskristalle wachsen auf Kosten der Wassertröpfchen (← Dampfdruckerniedrigung über Eis!) Wassermoleküle dort stärker gebunden -> Dampfdruckgradienten von der flüssigen zur festen Phase - ab bestimmter Größenordnung der Eiskristalle (ca. 1mm) Übergang zu: (McKnight & Hess 2009) - Vergraupelung: Zusammenstoß und Gefrieren von unterkühlten Wassertröpfchen an Eiskristallen Eher bei wärmeren Bedingungen in der Wolke - Schneeflockenbildung: Aneinanderkopplung von Eiskristallen durch unterkühlte Wassertröpfchen Eher bei kälteren Bedingungen in der Wolke Beim Ausfallen eventuell noch Schmelzen und Zerstäuben  15 Niederschlag Niederschlagsbildende Prozesse: 3) Niederschlagsbildung in Eiswolken ← ausschließlich rasches Wachstum von Eiskristallen durch Resublimation von Wasserdampf (Diffusionswachstum) und Koagulation der Eiskristalle Findet nicht besonders effektiv statt -> weil Vertikalerstreckung begrenzt ist -> wenig Hydrometiore können gebildet werden -> schaffen es selten EOF zu erreichen wegen Verdunstung Häufig Verdunstung des Niederschlags vor Erreichen der EOF Virgae (Fallstreifen) oder werden in darunterliegende Mischwolken eingegliedert werden und dort Niederschlagsbildung anregen -> „Seeding Effekt“ “Seeding“-Effekt für tiefere Wolken  16 Niederschlag Charakteristika versch. Niederschlagsarten: Fall- Intensität Durchmesser Kinetische Energie geschwindigkeit mm/h mm kJ / (m²h) m/s Nebel 0,1 0,01 0,003 10-6 Sprühregen 0,2 0,10 0,200 10-3 Nieselregen 0,5 1,00 4,200 100 Leichter Regen 1,0 1,20 4,900 101 Mittlerer Regen 4,0 1,60 5,800 102 Starker Regen 15,0 2,10 6,900 103 Gewitterregen 100,0 3,00 8,400 104 Intensität, Tropfendurchmesser, mittlere Fallgeschwindigkeit und kinetische Energie bei unterschiedlichen Arten des Niederschlags. (nach: Auerswald, 1998)  17 Niederschlag Hauptniederschlagstypen: (Land-) Regen:  gebunden an großräumige Aufgleitvorgänge  fällt aus Schichtwolken V.a. Nimbostratuswolken  gekennzeichnet durch flächenhafte Erstreckung lange Andauerzeit Gleichmäßigkeit geringe Intensität  18 Niederschlag Hauptniederschlagstypen: Schauer(niederschlag):  gebunden an labile Schichtung und konvektive Bewegungen  fällt aus Quellwolken  gekennzeichnet durch begrenzte räumliche Ausdehnung kurze Andauerzeit kurzfristige Schwankungen relativ große Intensität  19 Niederschlag Niederschlagserfassung: Maßeinheit: mm Messung: - Niederschlagsmesser nach Hellmann - Ott Pluvio - Optische Niederschlagsmessung (www.lfu.bayern.de ) - Abschätzung mittels Fernerkundungsverfahren (Radar, Radolan,...) -> Wetterapps -> keine abosluten Niederschlagswerte -> qualitative Abschätzungen  20 Niederschlag Niederschlagserfassung: Kippwage -> kippt um, entleert sich -> was Niederschlagsschreiber Hellmann Eimer registriert wird ist Anzahl der Niederschlagsgeschehen über längeren Zeitraum Kippbewegungen Je nachdem wie häufig das geschieht hat man Am häufigsten in unterschiedlichen Variationen dann NIederschlag pro Tag bzw Niederschlag pro Woche (iwhw.boku.ac.at )  21 Klimaelemente allg. Das globale Messnetz: (https://www.ecmwf.int)  22 Klimaelemente allg. zusätzliche Datenquellen: Radiosonden-Aufstiege Vertikale Struktur der Atmosphäre Ermittlung von Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck und Höhenwind Wettersatelliten (geostationär und polarumlaufend) Flächendeckend Erfassung von Wolken, Temperatur- u. Wasserdampfverteilungen, Strahlungs- und Wärmehaushaltsgrößen, zahlreichen Spurengasen in der Atmosphäre, Temperatur, Salzgehalt und Strömungen an der Meeresoberfläche u.a.m. Weitere luftgestützte und bodengebundene Fernerkundungsverfahren Radar, Lidar, Sodar, RASS,...