Abbildung 7: Vorkommen der verschiedenen Tropfengrößen.(nach Einführung in die Allgemeine Klimatologie, Wolfgang Weischet und Wilfried Endlicher, 7.Auflage)
Bei der Niederschlagsbildung wird grob aus zwei Prozessen unterschieden
Koagulation:
Dieser Prozess der Tropfenbildung findet nur in reinen Wasserwolken statt. Die Regenwahrscheinlichkeit ist eher gering, und ist an zwei Voraussetzungen der Wolke gebunden. Falls es doch zu Regen aus reinen Wasserwolken kommt, ist dieser meist Niesel oder kleintropfiger Regen.
Voraussetzungen für Koagulation:
14 Kolloide Labilität: Wolkenluft, deren tröpfchenspektren auch größere Wassertropfen enthält. Erst diese unterscheiden sich in ihrer Sink- bzw. Steiggeschwindigkeit.
Dadurch ist es ihnen möglich mit den Tropfen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu kollidieren und somit sich zusammanfügen(koagulieren).
Koagulationsstrecke: Damit, unter der Voraussetzung der kolloiden Labilität, der Tröpfchenradius groß genug anwachsen kann, um schließlich als Niesel bzw. Regen auszufallen, muss die Wolke eine genügen große vertikale Erstreckung aufweisen.
Depositionswachstum:
In Mischwolken, d.h. in Wolken, in denen Wassertropfen und Eiskristalle gleichzeitig existieren, beruht der Prozess des Niederschlags auf der Bildung von Eiskristallen.
Diese bilden sich auf Kosten des Wassers. In Kapitel 1 wurde schon besprochen, dass sich der Sättigungsdampfdruck über Eis von dem über Wasser unterscheidet.
Dadurch entsteht innerhalb der Wolke ein Dampfdruckgefälle, was zur Folge hat, dass sich vermehrt Wassermoleküle aus der Dampfphase in Richtung der Eiskristalle bewegen. Somit setzen sich mehr Moleküle an dem Eiskristall ab, als ihn verlassen.
Beim unterkühlten Wassertropfen verläuft dieser Prozess umgekehrt. Es verdunsten mehr, als kondensieren. Demzufolge wächst der Eiskristall stetig an, wohingegen das unterkühlte Wasser zunehmend an Größe verliert.
Durch Aufwinden getragen, kann der Eiskristall weitere Wassertropfen einfangen und an Größe gewinnen. Dies geschieht so lange, bis dessen Masse so groß ist, dass die Aufwinde in nicht mehr tragen können, und die Gewichtskraft überwiegt und er Richtung Erde fällt. Ob es sich dabei um Schnee, Hagel oder Graupel handelt, hängt von der Temperatur der Mischwolke ab.
In welcher Form der Eiskristall am Erdboden ankommt, hängt von der Temperatur der unteren Troposphärenschicht ab. Die möglichen Niederschlagsarten sind, Schnee, Regen Hagel oder Niesel.
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6. Direkter und indirekter Einfluss des anthropogenen Aerosolgehalts auf das Klima
Seit den 90er Jahren haben Klimawissenschaftler begonnen, den Einfluss des
anthropogenen Aerosols auf die Temperaturentwicklung der Erde zu betrachten. Dieses Problem stellt die Wissenschaftler vor eine sehr komplexe Aufgabe. Den
Strahlungsantrieb der typischen, sich in der Atmosphäre befindlichen, Treibhausgase durch Modellsysteme zu berechnen gelingt dagegen sehr gut. Der Unterschied liegt in der Tatsache, dass der Großteil der Treibhausgase eine sehr hohe Verweildauer in Atmosphäre hat. Ebenso ist die vertikale, wie auch die horizontale geographische Veränderung sehr gering. Der anthropogene Aerosolgehalt hingegen hat eine sehr kurze lokale Verweildauer. Des Weiteren kann man ist es schwer die lokale Konzentration der unterschiedlichen Aerosolarten genau zu klassifizieren, da Teile von ihnen chemisch reagieren.
Nichtdestotrotz hat man es geschafft, Modellsysteme zu entwickeln, die den Einfluss auf die Temperatur, Wolkenbildung und Niederschlag verdeutlichen.
Man unterscheidet zwischen zwei Einflüssen des anthropogenen Aerosols:
Direkter Einfluss:
Abbildung 8: Dirkete Wirkung von Aerosolen.
(http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Aerosole_entstehung.gif)
Die erhöhte Anzahl der Aerosole für zur Reflexion der einfallenden Strahlung. Dadurch kommt es zur Temperaturabnahme in den untersten Troposphären Schichten. Des Weiteren hat die Abkühlung zur Folge, dass in polaren Gebieten und in Sibirien eine stärkere
Schneebedeckung vorliegt, was dazu führt, dass die Albedo(Schneealbedo) erhöht wird. Dies zeigt Abbildung sehr deutlich. Für die Reflexion der einfallenden Sonnenstrahlung sind hauptsächlich Sulfat Aerosole verantwortlich. Dagegen sorgt Ruß für eine Absorption der solaren Strahlung, was zur Folge hat, dass die obere Atmosphärenschicht erwärmt wird. Dies führt zur Stabilisierung der Troposphäre und erschwert somit Konvektion.
16 Indirekter Einfluss :
Im Indirekten Einfluss haben die Aerosolteilchen eine Wirkung auf die Wolke. Bei gegebener Wassermenge der Wolke, verteilt sich die Flüssigkeit nun auf mehrere Teilchen, was zur Folge hat, dass sich nun mehr Tropfen mit kleinerem Tropfenradius in der Wolke befinden.
Verstärkung der solaren Reflexion
Erhöhte Lebensdauer, da das Abregnen erschwert wird
Abbildung 9: Indirekte Wirkung von Aerosolen.
http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Datei:Aerosole_entstehung.gif)
7. Zusammenfassung
Damit sich Wolken bilden können, müssen Luftmassen feuchter Luft von der unteren Troposphäre in höhere Schichten befördert werden. Dies geschieht durch Konvektion, Turbulenzen oder auch durch orographische Hebung. Entscheidend ist die Höhe der Hebung.
Wolkenbildung tritt erst ab dem Kondensationsniveau ein. Wenn die lokale Atmosphäre sehr stabil geschichtet ist, was sich in einem steilen Temperaturgradient bemerkbar macht, wird die Hebung und somit auch die Wolkenbildung erschwert. Eine Labile Schichtung hingegen fördert den Hebungsprozess. Ebenso entscheidend ist der Feuchtigkeitsgehalt der Luft, da bei hoher relativer Feuchtigkeit das Kondensationsniveau schneller erreicht ist. Durch
Kondensationskerne, die zahlreich in der Atmosphäre vorhanden sind kommt es zur
Kondensation. Ohne diese müssten Übersättigungen von bis zu 300% erreicht werde, damit sich überhaupt kleine Tropfen bilden können. Für den Wolkentypischen Niederschlag sind hauptsächlich Eiskristalle in der Wolke verantwortlich, die auf Kosten des unterkühlten Wassers wachsen können. Diese Eiskristalle wandeln sich bei der Bewegung in Richtung Erde in die uns bekannten Niederschlagsarten(Schnee, Regen, Hagel, Graupel) um.
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