Regen, Hagel und Gewitter

Regen und Hagel

Nur aus Wolken mit einer großen vertikalen Ausdehnung (Cumulonimbus– und Nimbostratus-Wolken) fallen Niederschläge. Die Wolke muss (von seltenen Ausnahmen abgesehen) zumindest in ihren obersten Teilen vereist sein, denn nur Hagelkörner können in einer Wolke soweit anwachsen, dass sie (wieder geschmolzen) als großtropfiger Regen auf die Erde fallen; aus reinen Wasserwolken kann höchstens ein leichter Sprühregen fallen. Die vereisten Teile der Cumulus-Wolken haben keine Blumenkohl-artige Struktur, sondern sind entweder glatt oder faserig strukturiert.


Wolken aus Wassertropfen (unten im Bild) und aus Eiskristallen (oben)


im oberen Teil vereiste Cumulonimbus-Wolke

Cumulonimbus– und Nimbostratus-Wolken können sich nur dann bilden, wenn günstige Bedingungen für hohes Aufquellen der Luftmassen bestehen. Solche Bedingungen bestehen beispielsweise an der Warmfront eines Tiefdruckgebietes, wo die Warmluft auf die Kaltluft aufgleitet, oder kurz vor der Kaltfront, wo die Kaltluft- und die Warmluftmassen aufeinander zu strömen, was zu starken Aufwinden führt, die die Warmluft in die Höhe führen, sowie wenn über aufgeheizten Landflächen Luftblasen durch Konvektion in die Höhe steigen. Für ein hohes Aufquellen von Warmluftblasen ist eine labile, das heißt überadiabatische Temperaturschichtung der Atmosphäre (starke Temperaturabnahme mit der Höhe) erforderlich (siehe „Atmosphäre und Kondensation“ sowie „Winterwetter“).


hoch aufgequollene Cumulonimbus-Wolken

Meist schmelzen die Eiskristalle bzw. Hagelkörner in einer Cumulonimbus-Wolke, bevor sie den Boden erreichen: es fällt Regen. In sehr hoch entwickelten Cumulonimbus-Wolken herrschen starke Aufwinde, die die Hagelkörner in die Höhe reißen. Je länger die Hagelkörner in der Wolke auf- und abgeschleudert werden, ehe sie zu Boden fallen, desto größer wachsen sie durch Resublimation von Luftfeuchtigkeit sowie durch das Anfrieren von anderen Hagelkörnern an. Ab einer gewissen Größe schmelzen sie nicht mehr vollständig weg, bevor sie den Boden erreichen: es hagelt.


Hagel

Gewitter

Die Luftmassen in einer Cumulonimbus-Wolke können solange in die Höhe steigen, bis sie kühler (bzw. dichter) werden als die Umgebungsluft. Sie werden also spätestens an der Tropopause (an der die Lufttemperatur deutlich ansteigt) in ihrer vertikalen Ausbreitung gestoppt. Hier müssen die Luftmassen nun seitlich ausweichen, so dass die Wolke die für Gewitter typische Amboss-Form annimmt (Cumulonimbus incus). Der Amboss der Wolke besitzt eine glatte oder faserige Struktur, da er überwiegend aus Eiskristallen besteht.


Gewitterwolken mit Amboss (Cumulonimbus incus)

In einer Gewitterwolke kommt es zu hohen elektrischen Spannungen. Diese entstehen dadurch, dass die von den starken Auf- und Abwinden hin- und hergerissenen feinen Eiskristalle unterschiedliche Ladungen tragen, wobei sich die positiv geladenen Körner im oberen Teil der Wolke und die schwereren negativ geladenen Eissplitter in den unteren Wolkenregionen ansammeln. Auf diese Weise laden sich der obere Teil der Wolke positiv und der untere negativ auf; die Erdoberfläche trägt wiederum eine positive Ladung. Diese Spannungen von 20 Millionen bis Milliarden Volt entladen sich durch heftige Stromstöße. Die dabei transportierten freien Elektronen regen die Luftmoleküle, mit denen sie zusammenstoßen, zu einem starken Leuchten an: es erscheint ein Blitz. Die Luft wird im Blitzkanal auf bis zu 30.000°C erhitzt, was eine starke plötzliche Ausdehnung zu Folge hat. Die dadurch entstehende Druckwelle ist als Donner hörbar.


Gewitterwolke mit Blitz


…und noch mehr Blitze!




Hier drei Aufnahmen vom selben Blitz.

Wind- und Wasserhosen

Gelegentlich kann es unter Gewitterwolken zur Ausbildung von Luftwirbeln kommen, die sich zu einer Wasser- oder Windhose (Tornado) formieren; dazu sind eine hohe Luftfeuchtigkeit und ein starker Temperaturabfall mit der Höhe erforderlich. Innerhalb des sich drehenden Luftwirbels sinkt der Luftdruck, wodurch die Temperatur abfällt, was wiederum zur Kondensation des Wasserdampfes führt, so dass der Luftwirbel als von der Wolke zum Boden reichender Schlauch sichtbar wird. Größere Tornados reichen als Luftwirbel auch nach oben in die Wolke hinein. Sie können schwere Verwüstungen am Boden anrichten; die meisten Tornados sind jedoch klein und vergleichsweise harmlos.


kleine Wasserhose bei Azalas

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