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Luftbewegungen in Wolken könnten die Regenbildung über dem Meer beeinflussen
Zwei Wolken über dem Meer können ähnlich viel flüssiges Wasser enthalten und dennoch sehr unterschiedlich häufig Nieselregen hervorbringen. Mehrjährige Messungen zeigen, dass unter ausgedehnten Schichtquellwolken viel häufiger Niederschlag entsteht als unter flachen Quellwolken. Dafür sind die Tropfen unter den Quellwolken im Mittel größer, was auf die Bedeutung der Luftströmungen im Innern hindeutet.
Upton (U.S.A.). In sogenannten warmen Wolken entsteht Niederschlag aus flüssigem Wasser, ohne dass zuvor Eiskristalle gebildet werden. Dafür müssen viele kleine Wolkentröpfchen zusammenstoßen und zu größeren Tropfen anwachsen, die aus der Wolke herausfallen können. Wie leicht diese Entwicklung einsetzt, lässt sich in Wetter- und Klimamodellen bisher nur vereinfacht darstellen.
Über den Ozeanen treten ausgedehnte Schichtquellwolken und flache Quellwolken auf, die sich in ihrer inneren Struktur und den Luftbewegungen unterscheiden. Die Menge an flüssigem Wasser allein erklärt offenbar nicht, wie häufig sich direkt unter ihrer Untergrenze Niederschlag nachweisen lässt. Deshalb rücken auch die Wege in den Blick, die Wassertropfen innerhalb einer Wolke zurücklegen.
Forscher des Brookhaven National Laboratory (BNL) um Dr. Katia Lamer haben mehr als 700.000 Wolkenproben aus mehrjährigen Messreihen ausgewertet. Die Beobachtungen stammen aus vier Meeresregionen, darunter die Azoren, Barbados, die Insel Gan im Indischen Ozean und eine Schiffsstrecke zwischen Los Angeles und Hawaii.
Mit Lidar wurden die Wolkengrenzen bestimmt, während Dopplerradare die Zahl und Größe der Niederschlagstropfen sowie Luftbewegungen erfassten. Mikrowellenradiometer lieferten den Flüssigwassergehalt der Wolken, sodass sich Wolken mit vergleichbaren Wassermengen gegenüberstellen ließen.
Unter marinen Schichtquellwolken ließ sich bereits bei weniger als 130 Gramm flüssigem Wasser pro Quadratmeter Wolkensäule in über 56 Prozent der Fälle Niederschlag beobachten. Bei größeren Wassermengen stieg dieser Anteil auf mehr als 84 Prozent. Die Messungen erfolgten direkt unterhalb der Wolken und erfassen daher nicht zwangsläufig Regen, der die Meeresoberfläche erreicht.
Unter flachen Quellwolken fiel bei ähnlichem Wassergehalt dagegen deutlich seltener Niederschlag aus der Wolke. Falls sich dort Tropfen bildeten, waren sie im Mittel ungefähr doppelt so groß wie bei Schichtquellwolken, aber zehn- bis hundertmal weniger zahlreich. Allein mit der enthaltenen Wassermenge lassen sich diese Unterschiede somit nicht erklären.
„Diese Erkenntnis stellt die verbreitete Vorstellung infrage, dass Wolken zuerst beträchtliche Mengen flüssigen Wassers ansammeln müssen, bevor Regen entsteht. Das wirft die Frage auf, worauf sich die Weiterentwicklung von Wettermodellen konzentrieren sollte. Zum einen sollten wir Modellparameter überprüfen, die die Regenbildung in marinen Schichtquellwolken künstlich verhindern“, erklärt Dr. Katia Lamer.
Bei den untersuchten Quellwolken waren die Aufwinde etwa doppelt so stark wie bei den Schichtquellwolken, zugleich war ihr Feuchtegehalt im Innern ungleichmäßiger verteilt. Das könnte dafür sorgen, dass manche Tropfen länger in der Wolke verbleiben und auf ihrem Weg sehr unterschiedliche Bedingungen erleben. Die gemessenen Unterschiede passen zu diesem Erklärungsansatz, belegen aber nicht die genaue Bahn einzelner Tropfen.
In feuchteren Bereichen können Wassertropfen durch Zusammenstöße mit anderen Tröpfchen wachsen, während sie in trockeneren Zonen wieder Wasser verlieren. Bei Schichtquellwolken mit wenig Flüssigwasser passen die Eigenschaften des Niederschlags vergleichsweise gut zu einem einfachen Wachstumsmodell fallender Tropfen. Für Quellwolken reicht dieses Modell dagegen nicht aus, was auf zusätzliche dynamische Prozesse hindeutet.