Regen

Unter Regen versteht man die am häufigsten auftretende Form des flüssigen Niederschlags mit einer Tropfengröße von meist 0,6 bis 3 mm. Regen entsteht, wenn durch Abkühlung der Luft der Taupunkt unterschritten wird und ein Teil des Wasserdampfs mit Hilfe von Kondensationskeimen zu kleinen Wassertröpfchen (Wolkentröpfchen) kondensiert. Durch das Zusammenfließen dieser Wassertröpfchen zu größeren und schwereren, entsteht der uns bekannt Regen.

Entstehung

Ausgangspunkt jedes Regens sind Wolken, die aus feinen Eiskristallen oder Wolkentropfen, das sind Wassertropfen mit 5 bis 10 μm Durchmesser, bestehen. Je nach Höhe und dort herrschender Temperatur bilden sich die Eiskristalle oder Wolkentropfen mit Hilfe von Kondensationskeimen, die ihrerseits Wasserdampf nahe der Sättigung an sich binden. Diese Primärkörper können, in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in der Wolke, weiteren Wasserdampf und andere Wolkentropfen oder Eiskristallen an sich binden und wachsen dadurch an. Erreichen Eiskristalle eine wärmere Umgebung, so schmelzen auch sie zu Tropfen. Wird das Gewicht der Tropfen so groß, dass sie von den in einer Wolke vorherrschenden Luftströmungen (Aufwinde) nicht mehr in Schwebe gehalten werden können, so beginnen sie auf Grund der Schwerkraft zu Boden zu sinken und Regen setzt ein.

Formen

Abhängig von meteorologischen und geographischen Bedingungen gibt es unterschiedliche Formen von Regen. Grundsätzlich erfolgt die Definition von Regenformen wie folgt:

• nach der Entstehung
• nach der Dauer
• nach der Wirkung, beziehungsweise dem Empfinden am Boden

Man kann ein und dasselbe Regenereignis somit mehrmals und unterschiedlich definieren, meist liegt es an der Auslegung des Beobachters. Wenn der Meteorologe von einem länger anhaltenden Frontregen spricht, so betrachtet die Allgemeinbevölkerung dies eher als Dauerregen.

Abhängig von der Jahreszeit lassen sich alle folgenden Formen nur in den gemäßigten Breiten, andere wiederum auch in den Subtropen, in den Tropen und selten in den subpolaren Zonen beobachten.

Steigungsregen

• Definition: nach der Entstehung
• Vorkommen: Tropen, Subtropen, Gemäßigte Zone
• Dauer: Stunden bis Tage (selten mehrere Wochen)

Steigungsregen oder auch Stauregen genannt entsteht, wenn Wind feuchte Luft vom Meer oder Flachland an Gebirgszügen oder anderen orografischen Erhebungen (Luv-Seite) aufsteigen lässt.

Die Luft wird mit zunehmender Höhe immer weiter abgekühlt, dabei sinkt jedoch auch ihre Wasserdampfkapazität und die Lufttemperatur nähert sich immer weiter dem Taupunkt. Zunächst kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der trockenadiabatischen Abkühlung um ein Grad Celsius pro 100 Höhenmeter ab. Sobald eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent erreicht ist, kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der feuchtadiabatischen Abkühlung nur noch um ungefähr 0,6 °C pro 100 Meter ab. Bei dem Prozess kondensiert der Wasserdampf der Luftmasse unter Freisetzung latenter Wärme zu Wasser (Wolkentröpfchen), was zur Wolkenbildung führt. Je nach Intensität der Aufwärtsströmung kommt es in Folge oft zu heftigen Niederschlägen. Diese konzentrieren sich an den jeweilig orografischen Hindernissen und man erreicht dort oft hohe Niederschlagsmengen.

Auf der Lee-Seite erwärmt sich die Luft (falls sie komplett ausgeregnet ist) wieder trockenadiabatisch um ein Grad Celsius pro 100 Meter. Die unterschiedlichen Temperaturgradienten beim Auf- und Abstieg ermöglichen der (getrockneten) Luft, sich beim Abstieg mit der Höhe schneller zu erwärmen als die Abkühlung beim Aufstieg erfolgte. Dies führt zu einer wärmeren Luftströmung auf der Lee-Seite die auch als Föhn bekannt ist.

Gebirge haben auf Grund dieser Vorgänge und allgemein vorherrschender Hauptwindrichtungen meist eine Regen- bzw. Wetterseite mit erhöhter Niederschlagsintensität

Konvektionsregen

• Definition: nach der Entstehung
• Vorkommen: Tropen, Subtropen, Gemäßigte Zone
• Dauer: Minuten bis wenige Stunden

Konvektionsregen ist Regen aus Wolken die sich auf Grund von Konvektionsströmungen bilden.

Durch Aufheizen der Erdoberfläche über eine gewisse Temperatur verdunstet das im Boden oder auch auf Wasserflächen vorhandene Wasser schneller als gewöhnlich. Die dabei entstehenden, bodennahen feuchten Luftmassen werden, auf Grund von ebenfalls durch die Wärme am Boden verursachten Luftströmungen (Wärmeströmungen), in die Höhe transportiert. Erreichen sie ihre Sättigung so bilden sich Wolken. Die Größe und Art der gebildeten Wolken hängt von der Intensität der Strömungen, der Luftmasse und deren Feuchtigkeit, der Temperatur und Bodenbeschaffenheiten (Geographie) ab. Bei optimalen Bedingungen bilden sich so in nur wenigen Stunden oftmals sehr starke Konvektionsgewitter. Diese sind vor allem in tropischen, aber auch vielen anderen Gebieten der Erde (speziell zur warmen Jahreszeit) häufig am frühen bis späteren Nachmittag beobachtbar. Je nach Intensität, Anzahl der Kondensationskeime in der Luft und vorhandener feuchter Luftmassen können sich kleine Wolken, aber auch äußerst große Gewittterwolken bilden.

Frontregen

• Definition: nach der Entstehung
• Vorkommen: Subtropen, Gemäßigte Zone
• Dauer: Stunden bis Tage

Frontregen ist eine nach ihrer Entstehung in einer Front benannte Regenart. Er tritt auf wenn warme und feuchte Luftmassen, oft aus tropischen Gebieten, auf kalte (polare) Luftmassen treffen. Die leichtere Warmluft schiebt sich über die schwere Kaltluft. Beim Aufsteigen kühlt sich die warme Luft ab, der gespeicherte Wasserdampf kondensiert, Wolken bilden sich und es regnet. Das Entstehungsprinzip ist ähnlich dem des Steigungsregens, mit dem Unterschied, dass es sich hierbei um eben eine Luftmasse und kein feste Hindernis handelt, die den Transport der feuchten Luftmassen in die Höhe bewirkt. Diese Art von Regen ist in Europa häufig, nur von kurzer Dauer (einige Stunden bis rund zwei Tage) und auch örtlich begrenzt. Frontregen wandert mit der ihn bildenden Front mit.

Dauerregen

• Definition: nach der Dauer
• Vorkommen: Tropen, Subtropen, Gemäßigte Zone
• Dauer - Frontregen: Stunden bis Tage
• Dauer - Steigungsregen: Stunden bis Tage (selten mehrere Wochen)

Als Dauerregen oder Landregen bezeichnet man ein Niederschlagsereignis mit einer langen Niederschlagsdauer. In den gemäßigten Breiten treten diese meistens im Zusammenhang mit einer Warmfrontpassage auf. Die genaue Definition eines Dauerregens ist abhängig vom jeweiligen Klimagebiet, wobei man in Mitteleuropa meistens dann von einem Dauerregen spricht, wenn dieser mit unterbrochenen Regenfällen und einer Heftigkeit von über 0,5 Millimeter pro Stunde über einen Zeitraum von mindestens sechs Stunden verbunden ist.

Sprühregen

• Definition: nach der Entstehung
• Vorkommen: Tropen, Subtropen, Gemäßigte Zone
• Dauer: abhängig vom Hauptereignis, Stunden bis Tage

Sprühregen oder Nieselregen besteht aus kleinen Tröpfchen, die üblicherweise aus Stratuswolken fallen. Die Tröpfchen haben einen Durchmesser, der kleiner als 0,5 Millimeter ist. Die Sicht ist bei Sprühregen oft eingeschränkt. Sprühregenschauer kommen nur über der See vor und fallen aus Stratocumuluswolken und werden auch als Miniaturschauer bezeichnet. Bei einer Niederschlagsintensität von bis zu 0,2 Millimeter je Stunde spricht man von einem leichten, bei 0,2 bis 0,5 Millimeter je Stunde von einem mäßigen und bei über 0,5 Millimeter je Stunde von einem starken Sprühregen.

Gefrierender Regen

• Definition: nach der Wirkung am Boden
• Vorkommen: Gemäßigte Zone, Subpolargebiete (Subtropen und Tropen nur im Gebirge)
• Dauer: Stunden

Gefrierender Regen ist Regen mit einer Temperatur von über 0°C der auf eine wesentlich kältere Oberfläche prallt und dort gefriert. Oftmals wird gefrierender Regen und Eisregen in einem Zusammenhang genannt, dies ist aber nicht korrekt.

Eisregen

• Definition: nach der Wirkung am Boden und Entstehung
• Vorkommen: Gemäßigte Zone, Subpolargebiete (Subtropen und Tropen nur im Gebirge)
• Dauer: Stunden

Unterkühlter Regen; ugs.: Eisregen), besteht aus unterkühlten Regentropfen die wesentlich kälter als 0 °C, aber trotzdem noch flüssig sind.

Unterkühlte Tropfen entstehen, wenn Regentropfen durch kalte Luftschichten fallen. Da auf diese Art auch Eiskörner entstehen, treten Eisregen und Niederschlag mit Eiskörnern oft zusammen auf. Treffen unterkühlte Tropfen auf eine Oberfläche, so gefrieren sie schlagartig und bilden eine bis zu mehreren Zentimetern dicke, sehr harte und klare Eisschicht. Auf Fahrbahnen führt dies zu starker Straßenglätte, auf der selbst Autos mit Winterreifen kaum Halt finden. Gefährlich ist gefrierender Regen auch für Flugzeuge, da die Eisschicht ein zusätzliches Gewicht am Flugzeug verursacht. Schwerwiegender ist jedoch, dass das Tragflächenprofil verändert und dadurch der Auftrieb deutlich vermindern wird.

Im Gegensatz zu Eis- oder gefrierenden Regen stehen bereits gefrorene Niederschläge wie Hagel, Graupel und Griesel oder Schnee. Diese entstehen bereit in den Wolken und fallen als fester Niederschlag zu Boden.

Warmer Regen (Tropenregen)

• Definition: nach der Wirkung am Boden und/oder Entstehung
• Vorkommen: Tropen, Subtropen und seltener Gemäßigte Zone
• Dauer: Stunden, Tage bis Wochen (mit Unterbrechungen)

„Warmer Regen“ entsteht hingegen nur dann, wenn sehr tief liegende, warme und feuchte Luftmassen nur gering angehoben werden müssen um ihre Sättigung zu erreichen. Dieses Phänomen kann am ehesten in den Tropen, in den Sommermonaten aber auch fallweise in gemäßigten Breiten, beobachtet werden. Dieses Ereignis tritt in gemäßigten Breiten meist in Abhängigkeit mit einem anderen, wie etwa Front- oder Steigungsregen auf. In den Tropen hingegen kann es auch als unabhängiges Ereignis auftreten, insbesondere dann, wenn warme, bodennahe und feuchte Luftmassen nach vorherigen Regenereignissen oder durch übermäßige schnelle Verdunstung durch geringe lokale Strömungen (oder eben Konvektion) erneut angehoben werden. Man spricht dann auch vom Tropenregen.

Messung

Die Menge gefallenen Regens wird in „mm Niederschlagshöhe“ angegeben. Ein Millimeter Niederschlag entspricht einem Liter pro Quadratmeter (siehe dazu auch: Niederschlag).

Fallgeschwindigkeit

Der kondensierende Wasserdampf bildet zunächst Feinsttröpfchen, die mit zunehmender Größe immer schwerer werden. Wenn die Gewichtskraft der Tropfen größer als die Auftriebskraft (durch Luftströmungen in der Wolke) und die Reibung im Fluid nach Stokes (in unserem Fall Luft) ist, beginnen die Regentropfen zur Erde zu sinken.

Das Gesetz von Stokes kann für kleine Tropfen bis 1 mm in gute Näherung verwendet werden. Größere Tropfen verändern ihre Form auf Grund des Luftwiderstands und werden flachgedrückt, sie fallen turbulent. In diesem Fall ist der CW-Wert geschwindigkeitsabhängig, er verändert sich somit permanent wo eine Geschwindigkeitsänderung auftritt. Der Luftwiderstand der Tropfen nimmt mit dem Quadrat der Fallgeschwindigkeit so lange zu, bis die Gewichts- und Widerstandskräfte gleich groß geworden sind, dann fällt der Regentropfen mit (fast) konstanter Geschwindigkeit.

Tropfenform

Tropfen bis ~1 mm Durchmesser behalten ihre sphärische Form (Kugel), dann beginnen sie sich allerdings immer stärker zu verformen. Dadurch nimmt ebenfalls der Luftwiderstand weiter zu, und die Fallgeschwindigkeit bleibt nahezu konstant. Die Tropfengröße ist variabel, der größte bisher fotografierte Tropfen hatte einen Durchmesser von 9 mm, in der Regel jedoch zerplatzten Tropfen bereits ab 6 mm zu Kleineren. Die Tropfenform ist anfangs kugelförmig, mit zunehmender Größe und dadurch resultierender Fallgeschwindigkeit verändert sie sich zu einem hohlkugelförmigen (fallschirmartigen) Körper. Diese Form kann solange beibehalten werden, bis der Druck (hervorgerufen durch den Luftwiderstand) an der Innenseite (das ist die der Fallrichtung zugewandten Seite) so groß wird, dass er die Oberflächenspannung des Wassers überwindet. Die maximal erreichbare Größe eines Tropfens ist somit auch von der Zusammensetzung und Temperatur des ihn bildenden Wassers abhängig.

Unterricht

• Regen Kleine Experimente rund um den Regen für den Sachunterricht

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Regen aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.