Regen, Schnee und die Nullgradgrenze

Millionen Wolkentröpfchen müssen sich zu einem einzigen Regentropfen vereinigen.

Warum die meisten Wolken keinen Regen bringen

Wenn du an einem Tag mit Schönwetterwolken nach oben blickst, siehst du Tonnen von Wasser, die dich nie erreichen werden. Wolkentröpfchen sind winzig, meist etwa 0.02 mm groß. Sie fallen so langsam, dass schon die sanften Aufwinde, die die Wolke tragen, sie dort halten. Laut USGS muss ein Tropfen so weit wachsen, dass seine Fallgeschwindigkeit den Aufwind übertrifft. Erst dann kann er die Wolke als Niederschlag verlassen.

Das Wachstum ist aufwendig. Ein Regentropfen enthält so viel Wasser wie Millionen Wolkentröpfchen. In warmen Wolken wachsen Tröpfchen durch Zusammenstoßen und Zusammenfließen: Größere fallen etwas schneller, stoßen mit kleineren zusammen und vereinigen sich mit ihnen. In Wolken mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gibt es einen schnelleren Weg, den Bergeron-Prozess. Eiskristalle und unterkühlte Tröpfchen liegen nebeneinander; die Kristalle wachsen auf Kosten der Tröpfchen. Sie fallen als Schnee und schmelzen unterwegs oft zu Regen. Ein großer Teil des Regens in mittleren Breiten beginnt als Schnee.

Regentropfen sind nicht tränenförmig

Zeichnungen zeigen Regentropfen oft tränenförmig. Der USGS beschreibt sie anders: Tropfen mit weniger als etwa 1 mm Radius sind rund. Beim Wachsen drückt die von unten anströmende Luft ihre Unterseite flach. Bei 2 bis 3 mm Durchmesser ähneln sie einem Hamburgerbrötchen. Bei etwa 4 bis 5 mm öffnet sich die Delle an der Unterseite wie ein Fallschirm, und der Tropfen zerfällt in kleinere Tropfen. Deshalb werden Regentropfen nie so groß wie Murmeln.

Regen oder Schnee? Verfolge die 0-°C-Grenze

Meist wird Luft mit zunehmender Höhe kälter. In der von der NASA verwendeten Standardatmosphäre beträgt die Abkühlung etwa 6.49 °C pro Kilometer. Bei 15 °C auf Meereshöhe liegt die 0-°C-Grenze also etwa 15 ÷ 6.49 ≈ 2.3 km hoch; bei 5 °C sinkt sie auf etwa 0.8 km. Schnee, der aus größerer Höhe fällt, schmilzt beim Durchqueren dieser Grenze. Erreicht die 0-°C-Grenze den Boden, kommt Schnee als Schnee an. Beobachte den Berg im Modell: Beim Verstellen der Temperatur wächst und schrumpft die weiße Kappe, denn nur oberhalb der 0-°C-Grenze bleibt der Boden verschneit.

Die wirkliche Luft folgt nicht immer dem Standard. Manchmal liegt eine warme Schicht über kalter Bodenluft. Schnee, der in einer warmen Schicht schmilzt, kann vor dem Boden wieder zu Eiskörnern gefrieren. Bleiben die Tropfen unter dem Gefrierpunkt flüssig, gefrieren sie beim Kontakt mit kalten Oberflächen und bilden gefrierenden Regen. Wetterdienste beobachten diese Schichten genau, denn ein oder zwei Grad entscheiden zwischen einer nassen Straße und einer Eisbahn.

Laut NOAA fallen weltweit über Ozeanen und Land zusammen durchschnittlich etwa 980 mm Niederschlag pro Jahr. Er ist sehr ungleich verteilt. Nach Angaben des USGS erhielt Kolumbien 2017 etwa 3240 mm, Ägypten dagegen etwa 18 mm. Eine nützliche Umrechnung: 1 mm Regen auf 1 Quadratmeter entspricht genau 1 Liter Wasser.