Techniklexikon

Niederschlag

Umwelt- und Geophysik, in der Meteorologie Bezeichnung für jede Ausscheidung von Wasser aus der Atmosphäre in flüssiger oder fester Form (z.B. Regen, Schnee, Hagel, Graupel, Tau, Reif, nässender Nebel u.a.). Atmosphärischer Niederschlag bewirkt den Rückstrom des durch Verdunstung in die Atmosphäre gelangten Wasserdampfes auf die Erdoberfläche und die Ozeane; die mittlere Verweildauer von Wasser in der Atmosphäre beträgt etwa 10 Tage. Die Niederschlagsbildung ist an eine Übersättigung der Luft gebunden, die die Voraussetzung für die Kondensation des Wasserdampfes der Luft darstellt. Auf Grund der starken Dampfdruckerhöhung über gekrümmten Oberflächen (von vielen Hundert Prozent für sehr kleine Tröpfchen) ist bei einer typischen Übersättigung der Luft eine spontane homogene Kondensation (Nukleation) kleiner Tröpfchen praktisch unmöglich. Das Auskondensieren von atmosphärischem Wasserdampf ist somit an das Vorhandensein von Kondensationskeimen gebunden. Diese stellen hinreichend grosse Anfangsradien zur Verfügung, bezüglich derer die zur Kondensation nötige Übersättigung nur noch wenige zehntel Prozent beträgt. Die Eigenschaften und die Anzahl der verfügbaren Kondensationskeime haben direkte Auswirkungen auf die Art der entstehenden Wolkenteilchen. Während über Land einige hundert geeignete Partikel pro cm³ zur Verfügung stehen, liegt die Zahl über dem Ozean typischerweise bei nur 50 bis 100. Diese Häufigkeiten spiegeln sich in den typischen Tropfenkonzentrationen in maritimen und kontinentalen Wolken wider. Für das Anwachsen von Wolkentröpfchen stellt bis zu einem Tropfenradius von etwa 10 mm die Diffusion von Wassermolekülen den effektivsten Wachstumsprozess dar; bei grösseren Radien beruht das Wachstum der Tropfen im wesentlichen darauf, dass grössere Teilchen kleinere einfangen. Dieser Vorgang wird als Koaleszenz (Einfang von Tröpfchen durch Tröpfchen), Akkretion (Einfang von Tröpfchen durch Eisteilchen) oder Aggregation (Anlagerung von Eisteilchen aneinander) bezeichnet. Während in hochreichenden tropischen Cumuluswolken durch Koaleszenz grosse Tropfen heranwachsen können, führt Koaleszenz in gemässigten Breiten eher zu kleintropfigen Niederschlägen. Dort erfolgt die Bildung grosser Regentropfen meistens ganz oder teilweise über die Eisphase, in der mit der Akkretion und Aggregation wesentlich wirksamere Anreicherungsprozesse als durch Koaleszenz wirksam werden.