Geographisches Institut Niederschlag
Niederschlag Definition: Unter Niederschlag versteht man allgemein das aus der Atmosphäre ausgeschiedene Wasser, das zuvor von der gasförmigen Phase (Wasserdampf) in die flüssige oder feste Phase übergegangen ist. Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
(= Vordringen von Kaltluft Niederschlag Niederschläge in flüssiger Form: Sprühregen / Nieseln 0,1 – 0,5 mm geringe Intensität, gleichmäßig fallend Regen 0,5 – 5,0 mm kurz & heftig Schauer langanhaltend & gleichmäßig Landregen Pt > 6 h Pi > 0,5 mm/h Schauer / Schneeschauer typisch für Kaltfronten (= Vordringen von Kaltluft in die Höhe) Landregen / Dauerschneefall typisch für Warmfronten (= Aufgleitvorgänge) Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschläge in fester Form: Schneekristalle 1 – 5 mm sechseckige Plättchen / Prismen; unter 0 °C Schneeflocken > 10 mm sechsstrahlige Sternchen; unter 0 °C Schneegriesel < 1 mm undurchsichtige weiße Körner aus Schneekristallen mit reifartigem Überzug, meist platt oder länglich; unter 0 °C Reifgraupel < 5 mm schneeähnlich, meist kegelförmig / abgerundet; ~ 0 °C Frostgraupel 1 – 5 mm halbdurchsichtige Bällchen mit weißem, trüben Kern, von klarer Eisschicht umgeben; um 0 °C Eiskörner < 5 mm gefrorene Regentropfen, durchsichtig; um 0 °C Eisnadeln sehr klein sehr kleine Eiskristalle bei Windstille und klarem Himmel; durch Sublimation des Wasserdampfes Hagel 5 – 50+ mm Eiskugeln oder -klumpen, große Hagelkörner haben einen Schalenaufbau durch mehrmaliges Auf- und Absteigen in der Wolke Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Definition: fest flüssig Unter Niederschlag versteht man allgemein das aus der Atmosphäre ausgeschiedene Wasser, das zuvor von der gasförmigen Phase (Wasserdampf) in die flüssige oder feste Phase übergegangen ist. In der Meteorologie unterscheidet man zwischen abgesetzten und fallenden Niederschlägen. in der freien Atmosphäre fest (Resublimation) flüssig (Kondensation) an / nahe der Erdoberfläche Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Größe hängt von relativer Luftfeuchte, Temperatur und Zeit ab Niederschlag abgesetzte Niederschläge in flüssiger Form: Tau isolierte Tröpfchen bildend Taubeschlag homogen benetzend Größe hängt von relativer Luftfeuchte, Temperatur und Zeit ab abgesetzte Niederschläge in fester Form: Reif isolierte Kristalle bildend Frostbeschlag homogen benetzend Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Entstehung von Wassertröpfchen (Niederschlag) Luftfeuchte Sättigung durch weitere Verdunstung durch Abkühlung = Aufsteigen der Luft Damit aus den kleinen Wassertröpfchen jedoch Niederschlagstropfen werden, reicht die reine Kondensation / Sublimation i.d.R. nicht aus! Die Tröpfchen sind noch so klein, dass sie durch die Wolkenthermik und -zirkulation in der Schwebe gehalten werden können! Die Tröpfchen müssen wachsen! = Durchmischung mit kalter Luft Kondensation Größenvergleich Wolkentröpfchen – Regentropfen Ein Regentropfen von 1 mm besteht aus ~ 1 000 000 Wolkentröpfchen / „Resublimation“ zum Kondensieren benötigt der Wasserdampf einen Kondensationskern, an dem sich der Wasserdampf der gesättigten Luft ausschlagen kann; zur Resublimation benötigt der bereits kondensierte Wasserdampf einen Gefrierkern; da jedoch geeignete Gefrierkerne in der Atmosphäre deutlich seltener vorkommen als Kondensationskerne, kann ein Tropfen in einer Wolke auch jenseits des Gefrierpunktes in der flüssigen Phase existieren; flüssige Phase bis -35°C möglich Tropfen mit Temperaturen unter 0°C = unterkühltes Wasser Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Koaleszenz vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 1) durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) kommt es zur Kollision der bereits kondensierten Wassertröpfchen; die Wolkentröpfchen aggregieren sich zu größeren Tröpfchen; mit der Größenzunahme gewinnen die Tröpfchen auch an Gewicht, wodurch sie zu fallen beginnen; durch die erhöhte Dynamik (durch das Fallen) der Tröpfchen erhöht sich die Kollisionsrate mit anderen Wolkentröpfchen; das Tropfenwachstum erhöht sich. Koaleszenz Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Koagulation vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 2) durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) kommt es zur Kollision von Eiskristallen mit Wolkentröpfchen; die Wolkentröpfchen gefrieren an den Eiskristallen fest; Kollision von Eiskristallen mit unterkühlten Wolkentröpfchen: die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für das unterkühlte Wasser und es reifen zunehmend größer werdende Schneeflocken; Kollision von Eiskristallen mit „temperierten“ Wolkentröpfchen: die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für die Wassertröpfchen, wobei das energetisch höhere Potential dieser Wassertröpfchen (> 0°C) ausreicht, um die Eiskristalle zu Niederschlagstropfen zu schmelzen; Größenzunahme Gewichtszunahme erhöhte Dynamik erhöhtes Tropfenwachstum Koagulation Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 3) eine weitere Möglichkeit des Wachstum ergibt sich nach dem Prinzip der „Koaleszenz“ von Eiskristallen untereinander; Die Wolkendynamik bedingt eine Kollision von Eiskristallen, wobei diese sich aufgrund des gefrorenen Zustands nicht miteinander aggregieren können; Aufgrund der Kristallstruktur verhaken sich die einzelnen Eiskristalle miteinander und wachsen so zu Schneeflocken (Pulverschnee); Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Veränderungen von Niederschlagselementen beim Fall Die Modifikationen resultieren aus den Schmelz- und Verdunstungsprozessen während des Falls Entscheidend für diese Vorgänge sind: die Temperaturschichtung unterhalb der Wolkenbasis; Das Sättigungsdefizit der Umgebungsluft unterhalb der Wolkenbasis Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Veränderungen von Niederschlagselementen beim Fall Gelangen Niederschlagstropfen durch den Fall in Bereiche unterhalb der Wolkenbasis, beginnen sie zu verdunsten. Leichter Schneefall kann unmittelbar unterhalb der Wolkenbasis eisverdunsten, so dass die Luft aufgrund der dadurch stattfinden Abkühlung bei ausreichender Instabilität taschenweise absinkt und die Untergrenze der Wolke ein diffus fleckiges Aussehen annimmt Dies geschieht einerseits aufgrund der Fall-/Reibungsenergie,… und andererseits wegen der nunmehr ungesättigten Umgebungsluft, die wiederum Feuchtigkeit aufnehmen kann Niederschläge aus Wolken mit einer Basis von über 3000 m über der EOF fallen nur selten auf den Erdboden, da auf dieser langen Fallstrecke meist auch noch die großen Tropfen verdunsten Regen, der in der warmen Jahreszeit aus Wolken fällt, ist meist aus festen Niederschlagselementen entstanden, die nach dem Passieren der im Sommer hohen Nullgradisotherme geschmolzen sind in der kalten Jahreszeit hingegen, wenn die NulIgradisotherme unter 500-300m über Grund liegt, kann der Niederschlag den Erdboden in Form von Schnee erreichen Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschlagstypen Konvektionstyp Advektionstyp Konvektiver Niederschlag: in den Tropen: sehr stark an der ITC ausgeprägt, in den mittleren Breiten: NSmax im Sommer über dem Land (aufheizende Landmassen) NSmax im Winter über dem Meer (speichernde Wassermassen) im Polargebiet: wenig Niederschlag (wenig Wasserdampf) Advektionstyp Frontaler / Zyklonaler Niederschlag: flächenhafter Niederschlag der wandernden Tiefdruckgebiete in den mittleren Breiten (an der Polarfront, Westwindzone), Maximum der Zyklonenaktiviät im Winter, da die Polarfront gegen den Äquator wandert (näher bei uns) Orographischer Typ Orographischer Niederschlag: Stau und Küstenkonvergenz, Steigungsregen Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Messung des Niederschlags 1 dm3 m2 1 000 cm3 10 000 cm2 1 l / m2 = = = 0,1 cm = 1 mm gemessen wird nach HELLMANN kreisrunder Becher mit einer Auffangfläche von 200 cm2 ; rund, damit bei jeder Strömungsgeschwindigkeit und –richtung die Messbedingungen gleich sind! Montagehöhe des Niederschlagssammlers /-messers = 1m über Grund, in Schneeregionen z.T. höher (etwas höher als die -Schneehöhe); fester Niederschlag wird geschmolzen und anschließend gemessen. Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Messung des Niederschlags Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag !!! Achtung !!! Messung des Niederschlags Bei der Messung des Niederschlags gibt es noch einige Dinge zu beachten! Wo messe ich? auf freier Flur! effektiver Niederschlag! im Wald! Bestandsniederschlag! Wie messe ich? diskret! Verdunstung?!?! kontinuierlich! analog / digital Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschlag in Intensität & Verteilung (global) Äquatorialer Typ Typ der äußere Tropen Typ der Randtropen - Monsun-Typ - randtropischer Passat-Typ Typ der randtropish-subtropischen Trockengebiete Typ der Subtropen - Sommerregen-Typ - Winterregen-Typ Typ der Mittelbreiten - Kontinentaler Typ - Maritimer Typ Subpolar-Typ Polar-Typ vgl. hierzu die Walter/Lieth-Diagramme aus der Sitzung zum Thema „Temperatur“ Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschlag in Intensität & Verteilung (global) Äquatorialer Typ (Yangambi): Niederschlag zu allen Jahreszeiten, Maxima nach Zenitstand und Minima zu Solstitien, Niederschläge durch Konvergenz der Passate, zu den Wendekreisen hin wachsen Die beiden Maxima zusammen Typ der äußere Tropen (San Jose): Doppelte Regenzeit durch Zenitalregen, zum Höhepunkt monsunregenartige Niederschläge Typ der Randtropen (Timbuktu): Eine Regenzeit und Trockenzeit, Zenitalregen 1-2 Monate verschoben, winterliche Trockenzeit durch Ostpassat Monsuntyp der Tropen (Bombay): Randliche Gebiete von S- und SE-Asien, überhöhte Menge und längere Andauer der tropischen Sommerniederschläge, hochreichende Konvektion, asiatische Festlandsmasse gegen Indischen Ozean Randtropischer Passat-Typ (Turrialba): Randtropische Ostküsten mit Überprägung der äußeren Tropen durch tropischen Regengang mit winterlichem Steigungsregen, Zenitalregen Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschlag in Intensität & Verteilung (global) Typ der randtropish-subtropischen Trockengebiete (Tamanrasset): Besonders an der Westseite der Kontinente und angrenzenden Ozeanen mit sehr geringen Niederschlägen aufgrund der Vorherrschaft des trockenen Passats, Herrschaft des Subtropenhochs, subtropische Wüstenräume Typ der Subtropen: Westseite mit Winterregen und Ostseite mit Sommerregen Subtropischer Sommerregentyp (Buenos Aires): Ostseite der Kontinente infolge Strömungen vom Meer zum Land, auch Winterregen aber schwächer Subtropischer Winterregentyp (Perth): Subtropische Westseite der Kontinente mit Regen im Winter und regenarmen Sommern Typ der Mittelbreiten Ozeanischer Typ der Mittelbreiten (Brest): Schwaches Maximum im Winter, gleichmäßige Verteilung über das ganze Jahr Kontinentaler Typ der Mittelbreiten (Berlin; Omsk): Je weiter im Inland desto feuchtere Sommer und trockenere Winter, Regen zu allen Jahreszeiten Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239
Niederschlag Niederschlag in Intensität & Verteilung (global) Subpolar-Typ Ozeanischer Subpolartyp (Reykjavik) Kontinentaler Subpolartyp (Nome): Ganzjährige Niederschläge, Unterscheidung durch geringere NS-Mengen Polar-Typ Maritime Polartyp (Novolazarevskaya) Kontinentale Polartyp (Nordpol): Winter- und Frühjahrsniederschläge nach langer andauernder Schneedecke im Winter, Jahresniederschläge meist weniger als 300 mm Einführungsübung: Geomorphologie (Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.) RN 239