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Interaktiver Wolkensimulator

Wann fällt aus einer Wolke Regen, wann fällt aus ihr Schnee? Wie muss die Temperaturverteilung innerhalb der Wolkenschichten aussehen, damit es zu Eisregen kommt? Erforschen lassen sich diese Fragen im interaktiven Wolkensimulator!

Wolkensimulator starten

In dieser Szenerie hat man für die oberste Luftschicht -7° Celsius, für die mittlere Luftschicht -25° Celsius, für die unterste Luftschicht -1° Celsius und für den Boden -2° Celsius eingestellt. Es bildet sich eine Schneedecke.

1. Funktionsweise des Wolkensimulators

Willkommen im virtuellen Wolkenlabor! Hier kann man interaktiv ins Wettergeschehen eingreifen. Der Benutzer kann in der Simulation die Temperatur der einzelnen Luftschichten bzw. die Bodentemperatur per Schieberegler bestimmen:

1.1 Die oberste Luftschicht

Die Temperatur in der Wolke bestimmt, ob der Niederschlag als Niesel, Regentropfen, Graupel oder Eiskristall die Wolke verlässt. Es sind Temperaturen zwischen -25° Celsius und +10° Celsius möglich.

Detailansicht des Wolkensimulators: Temperatureinstellung

Die Temperatur der Luftschichten lässt sich mit Schiebereglern einstellen.

1.2 Die mittlere Luftschicht

Auf ihrem Weg von er Wolke zur Erde können Schneeflocken schmelzen, wenn die Temperaturen hoch genug sind. Ebenso kann der Regen gefrieren, wenn es hier sehr kalt ist. Für diese Luftschicht kann man Temperaturen zwischen -25° Celsius und +30° Celsius einstellen.

1.3 Die unterste Luftschicht

Die unmittelbar dem Erdboden aufliegende Luftschicht entscheidet über das endgültige Schicksal des Niederschlags. Je nach Temperatur kann hier Regen gefrieren oder Schnee schmelzen. Hier sind Temperaturen zwischen -25° Celsius und +30° Celsius möglich.

1.4 Der Boden

Für den Boden lassen sich Temperaturen zwischen -5° Celsius und +25° Celsius einstellen.

2. Weiterführende Informationen

2.1 Warum regnet es?

Wie kommt es dazu, dass das Wasser wieder als Niederschlag zu Boden fällt? Dazu muss ein Wolkentröpfchen ordentlich wachsen. Anfangs ist es nur Bruchteile eines Millimeters groß: 20 Mikrometer - ein Haar dagegen ist 90 Mikrometer dick. An dem Wolkentröpfchen kondensiert weiterer Wasserdampf und so wird es langsam größer. Doch je größer es wird, desto langsamer geht das Wachstum nach diesem Mechanismus voran. Wesentlich schneller geht es, wenn zwei Wolkentröpfchen zusammenstoßen und zu einem Tröpfchen verschmelzen. Durch Kondensation und mehrfache Zusammenstöße bilden sich nach einiger Zeit Tropfen, die den Durchmesser von einem halben Millimeter erreichen - man spricht dann bereits von Regentropfen. Diese sind bereits so schwer, dass sie nicht mehr von den Aufwinden in der Luft gehalten werden können - sie fallen langsam in Richtung Erdboden. Auch diese Tropfen können durch weitere Zusammenstöße auf dem Weg nach unten noch wachsen - doch bei etwa fünf Millimetern ist die Maximalgröße eines Regentropfens erreicht. Wird der Tropfen noch größer, verformt er sich während des Falls so stark, dass er in mehrere Tropfen zerlegt wird.

Detailansicht des Wolkensimulators: gefrierender Regen

Für die Temperatur der obersten Luftschicht wurden +10° C eingestellt, für die mittlere Luftschicht -25° C. Aus diesem Grund gefriert der Regen.

2.2 Eisregen und Glatteis

Am Erdboden gefriert Wasser bei 0° Celsius. In der Atmosphäre dagegen bleibt Wasser länger flüssig. Bis minus zehn Grad enthalten Wolken Tropfen, erst ab dieser Temperatur bilden sich langsam erste Eiskristalle. Erst unter - 40° Celsius besteht die Wolke nur noch aus Eiskristallen. Diese können auch direkt aus Wasserdampf entstehen. Dabei bilden sich winzige Eiskristalle, die ähnlich den Wolkentröpfchen langsam wachsen, sich mit anderen Kristallen zusammenlagern und schließlich als Schneeflocke zu Boden fallen. Ob der Niederschlag auch als Schnee am Boden ankommt, entscheiden die Temperaturen in den Luftschichten, die unter der Wolke liegen. In unseren Breiten verlassen fast alle Niederschläge selbst im Sommer die Wolken in gefrorener Form, doch schmelzen sie die meiste Zeit des Jahres auf ihrem Weg nach unten, sodass sie als Regen auf den Boden fallen.

2.3 Wie entsteht Schnee?

Nachdem Wasser in der Atmosphäre nicht sofort beim Erreichen von 0° Celsius gefriert, treten hier oft sogenannte unterkühlte Wassertropfen auf. Sie bestehen aus flüssigem Wasser, das eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt hat. Werden sie groß genug, fallen sie wie gewöhnliche Regentropfen aus der Wolke. Erwärmen sie sich auf ihrem Weg zum Erdboden nicht über 0° Celsius Grad, treffen sie als unterkühlte Tropfen auf und erstarren sofort in diesem Moment zu Eis. Diese Erscheinung nennt sich auch Eisregen. Fällt unterkühltes Wasser auf die Erde, bildet sich auf allen Gegenständen sofort eine Eisschicht. Eisregen kann auf Straßen zu plötzlich einbrechender Eisglätte führen und ist deshalb besonders gefährlich.

2.4 Was ist Graupel?

In einer Wolke, die aus Eiskristallen und Tröpfchen besteht, stoßen diese beiden Formen unweigerlich einmal zusammen. Dabei friert das Wasser am Eiskristall fest und es bilden sich sogenannte Frostgraupeln. Diese können als Niederschlag zu Boden fallen, wenn sie groß genug sind. Eine andere Form der Graupeln, die Reifgraupeln, entsteht direkt aus Wasserdampf unter bestimmten Bedingungen. Dabei wachsen keine flächigen Schneesterne heran, sondern es bilden sich dreidimensionale Raumkristalle.

2.5 Wann bildet sich Hagel?

Ist eine Wolke hoch genug und herrschen starke Aufwinde, dann werden die Frostgraupeln immer wieder durch die Wolke nach oben in eiskalte Luftschichten gerissen. Immer mehr Wasser kann sich anlagern. Die Frostgraupeln wachsen weiter und weiter, Schicht um Schicht friert Wasser fest und Hagelkörner entstehen. In gemäßigten Breiten erreichen sie normalerweise eine Größe zwischen fünf Millimetern und fünf Zentimetern. In seltenen Fällen erreichen Hagelkörner sogar die Größe eines Handballs und können gewaltigen Schaden anrichten.