Niederschlag
Der Begriff Niederschlag bezeichnet in der Meteorologie Wasser, das in flüssiger oder fester Form (Regen, Hagel, Schnee, Graupel) aus Wolken auf die Erde fällt. Der Niederschlag bildet sich also in den Wolken.
Diese entstehen durch Kondensation der Feuchtigkeit in der Luft. Um wieder als Niederschlag auf die Erdoberfläche fallen zu können, muss die Größe der kondensierten Teilchen einen bestimmten Wert überschreiten. Durch den Niederschlag wird der Wasserkreislauf geschlossen.
Die Häufigkeit und die durchschnittliche Menge des Niederschlages sind charakteristisch für die entsprechenden geographischen Gebiete. Der Niederschlag ist dabei ein Faktor, der das lokale Klima bestimmt. Besonders für die Landwirtschaft ist dies relevant, da erst ab einer bestimmten Niederschlagsmenge erfolgreicher Regenfeldbau möglich ist und verschiedene Niederschlagsmengen bestimmten Ökozonen zugeordnet werden können.
Niederschlagsmessung
Die meisten Niederschlagsmesser sammeln den Niederschlag als punktuelle Niederschlagsmessung in einem Messgefäß. Ein Millimeter (Messeinheit) entspricht der Wasserhöhe von 1 mm, die sich ergäbe, wenn kein Wasser abflösse. Alternativ wird oft auch die Wassermenge in l/m² (ebene Fläche) angegeben. 1 mm entspricht dabei genau 1 Liter pro Quadratmeter.
Über Niederschlagsradare können die gefallenen Mengen inzwischen auch flächendeckend geschätzt werden. Vor allem im Bereich des Hochwassermanagements ist dies von Bedeutung (punktuelle Messwerte verifizieren bzw. kalibrieren). Neben der reinen Niederschlagsmenge sind dabei vor allem die Niederschlagsintensität und die Niederschlagsdauer wichtig.
Langfristige (klimatologische) Niederschlagsmessungen lassen statistische Berechnungen zu, um die mittlere Häufigkeit von unterschiedlichen Niederschlagsereignissen (v. a. Starkregenereignisse) anzugeben, welche Intensität und Dauer zueinander in Bezug setzen.
Niederschlagsformen
| Art | Beschreibung |
|---|---|
| Regen | Tropfen mit einem Durchmesser von > 0,5 mm |
| Nieselregen | Tropfen mit einem Durchmesser < 0,5 mm, ab etwa 0,01 mm langsam fallend |
| Schnee | ab etwa -12 °C kondensiert der Wasserdampf direkt zu kleinen Eiskristallen (sog. Resublimation), die sich dann zu Schneeflocken zusammenballen |
| Graupel | Unregelmäßig geformte, lufthaltige und gefrorene Körnchen von 2 – 5 mm Größe, die durch kräftige Aufwinde etwa an Kaltfronten entstehen könnten |
| Hagel | gefrorene Regentropfen, >5 mm Durchmesser, die aus einem Eiskristallkern und mehreren gefrorenen Schalen bestehen und die bei Gewitterwolken mit starken Aufwinden durch mehrmaliges Anlagern eines Wasserfilmes und wiederholtes Gefrieren entstehen können |
| Tau | Wasserdampf, der nachts und tags an Pflanzen oder Gegenständen zu feinen Wassertröpfchen kondensiert |
| Reif | resublimiert |
Niederschlagsmenge
Die Niederschlagsmenge ist die Höhe der Wasserschicht, die sich bei Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Nebel usw.) auf einer ebenen Fläche gebildet hätte. Dabei werden Faktoren wie Verdunstung, Bodenversickerung oder Abfluss nicht berücksichtigt.
Sie wird in Millimeter angegeben. 1 Millimeter entspricht dabei 1 Liter pro Quadratmeter. Wenn die Niederschlagsmenge nicht messbar ist, wird sie mit „kleiner 0,1 mm“ bezeichnet. Bei Schnee, Hagel etc. muss der Niederschlag erst in eine flüssige Form gebracht werden, um ihn messen zu können (Wasseräquivalent). Die in Wetterberichten üblichen Angaben "Liter pro Quadratmeter" bedeuten Liter pro Quadratmeter in der vergangenen Stunde, woraus man auf die Heftigkeit und Stärke der Niederschläge schließen kann.
Gemessen wird mit zwei verschiedenen Arten von Messgeräten:
- Nichtregistrierende Niederschlagsmesser (Regenmesser)
- Registrierende Niederschlagsmesser (Niederschlagsschreiber, Pluviographen)
Die Niederschlagsmenge kann auch von einem Niederschlagsradar angezeigt werden. Dabei nutzt man die Streuung von Mikrowellenstrahlung an Wolkentropfen.
Wasserdampfgehalt in der Luft
Durch eine wärmere Atmosphäre erhöht sich deren Fähigkeit, Wasserdampf zu halten, so dass in einer wärmeren Welt im Durchschnitt mehr Wasser in der Luft sein wird und damit auch mehr Niederschlag fallen wird. Eine Faustformel besagt, dass sich alle 10 Grad der maximal mögliche Wasserdampfgehalt verdoppelt, der Zusammenhang ist also ungefähr exponentiell. Die weit verbreitete Erklärung, die Luft könne nur eine bestimmte Menge Wasser aufnehmen und habe dann keinen Platz mehr, ist allerdings falsch. Schließlich ist die Luft extrem dünn, was sich schon an dem Gewichtsunterschied zwischen flüssigem Wasser und Luft zeigt. Die Begrenzung des Wasserdampfanteils in der Luft ist nämlich keine Eigenschaft der Luft selbst, sondern schlicht das Resultat aus Verdunstung und Kondensation. Bei höheren Temperaturen bewegen sich Moleküle schneller und so haben mehr Wassermoleküle eine genügend hohe Energie, um aus dem flüssigen Wasser auszutreten und in die Gasphase überzugehen. Auch die Rate der Moleküle, die ins flüssige Wasser zurückkehren, ändert sich. Erst die Gesamtbilanz führt schließlich zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt der Luft.
Niederschlagsintensität
Als Niederschlagsintensität bezeichnet man den Quotienten aus Niederschlagsmenge und Zeit, und wird in Millimeter pro Minute oder pro Stunde angegeben. Sie bildet zusammen mit der Niederschlagsmenge die Charakteristik eines Niederschlags.
Ein mittelstarker Regenschauer in Mitteleuropa hat eine Intensität um 5 mm/h (entsprechend 5 Liter/m² pro Stunde), ein Starkregen um 30 mm/h. Bei einem heftigen Unwetter kann die Regenmenge auf 50 mm/h und mehr zunehmen. Tropenstürme erreichen Werte von 130 mm/h und weit darüber.
Neben der direkten Berechnung vor Ort können Niederschlagsintensitäten auch durch Radar erschlossen werden. Dazu zieht man die von der Stärke des Regens abhängige Radarreflektivität heran.
Niederschlagsdauer
Der Begriff Niederschlagsdauer steht für die Zeitdauer eines Niederschlagsereignisses. Auf Basis der Niederschlagsdauer unterscheidet man zwischen Dauerniederschlägen und Schauerniederschlägen. Zudem ist sie für die Festlegung von Wiederkehrsintervallen von Starkregenereignissen und Überschwemmungsszenarien notwendig.
Unterricht
Experiment:
Setzt eine mit Luft und wenig Wasser gefüllte Flasche unter Druck, zum Beispiel, indem ihr ein Fahrradventil durch einen gekürzten Korken bohrt. Den Korken auf die Flasche stecken und mit einer Pumpe etwas zusätzliche Luft reinfüllen (Vorsicht: Nicht übertreiben, sonst kommt euch der Korken entgegen). Kurz warten, dann den Korken ziehen. Mit etwas Glück sollte sich eine Wolke bilden.
Erklärung: Da sich die entweichende Luft ausdehnt, muss sie den äußeren Luftdruck überwinden. Dadurch wird sie gebremst und kühlt sich ab. Die kühlere Luft kann aber nicht mehr so viel Wasserdampf beinhalten, deshalb kondensiert er zu kleinen Tröpfchen.
Weblinks
- Thomas Hauf, Michael Theusner (Uni Hannover): Doch der Segen kommt von oben • DIE ATMOSPHÄRE ALS WASSERSPENDER (PDF-Datei, 4 Seiten)
Lizenzhinweis
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