Landeplatz Lehn (Interlaken), 8. Juli 2007, 11 Uhr, Blick nach Westen. Links der Niesen. Rechts davon, ungefähr auf Gipfelhöhe, kündet die Arcus-Wolke die erste Böenfront an. Unmittelbar dahinter ist am Horizont ein matter, eintöniger Niederschlagsvorhang. Dort fallen die Starkniederschläge. .

Gleicher Standort und Zeitpunkt, Blick nach Osten, Richtung Haslital. Links der Harder. Vor der Gewitterfront zieren «harmlose» Quellwolken den Himmel. .

Niederschlag
Niederschlagsprozesse und die Gefahren fürs Gleitschirmfliegen

Die einfache Erklärung für Niederschlag ist Tröpfchenwachstum durch Kondensation. Um einen Regentropfen auf diese Weise zu bilden, bräuchte es mehrere Tage! Zwischen erster Kondensation und fallendem Niederschlag liegen eine halbe Stunde. Es müssen daher andere Prozesse wirksam sein.

Micha Schultze www.chilloutmeteo.com

Definition
Niederschlag ist jeder flüssige oder feste Wasserpartikel, der aus der Atmosphäre fällt und den Erdboden erreicht. Niederschlag kann gleichmässig und langanhaltend sein, oder kurz und intensiv. Nebelregen, Niesel, Schnee, Regen, Graupel und Hagel sind verschiedene Formen von Niederschlag.

Niederschlagsbildung
Wolkentropfen haben einen durchschnittlichen Durchmesser von 0.01mm. Diese kleinen Wolkentropfen werden im allgemeinen nur durch die Reibung der Luftmoleküle in der Schwebe gehalten. Kleine Regentropfen sind ungefähr 1 mm gross. Ungefähr 1 Million Wolkentropfen müssen zusammenwachsen, um einen einzigen kleinen Regentropfen bilden zu können. Eine solche Anzahl von Wolkentropfen ist normalerweise auf ein Volumen von rund 100 Litern Wolkenluft verteilt, und es fragt sich, welche Vorgänge zu ihrem Zusammenschluss führen. Die Prozesse, die dahinterstecken, sind komplizierter, als man meint.
Die einfache (aber falsche) Erklärung für Niederschlag ist Wassertröpfchenwachstum durch Kondensation. Um einen klassischen Regentropfen auf diese Weise zu bilden, bräuchte es mehrere Tage! Beobachtungen zeigen aber, dass der Zeitraum zwischen erster erkennbarer Kondensation (Wolkenbildung) und fallendem Niederschlag in der Grössenordnung von einer halben Stunde liegen kann. Daraus lässt sich folgern, dass für das Tropfenwachstum andere Prozesse als die fortgesetzte Kondensation und molekulare Anlagerung entscheidend wirksam sein müssen.
Erst wenn Tropfen eine bestimmte Grösse erreicht haben, fallen sie (sofern sie nicht durch Aufwinde in der Höhe gehalten oder gar aufwärts geführt werden). Sobald ein Tropfen zu fallen beginnt, bezeichnet man ihn als Niederschlagstropfen. Wenn so ein Tropfen mehr als 5 mm Durchmesser hat, fällt er mit einer Geschwindigkeit von 8 m/s. Dabei wird er durch den aerodynamischen Widerstand der Luft so sehr abgeplattet, dass er in kleinere Tropfen auseinanderplatzt. Wie können dann aber aus Wolkentropfen Niederschlagstropfen mit wesentlicher Fallgeschwindigkeit entstehen – so wie wir sie beispielsweise bei Regen beobachten?
Dafür gibt es bei der Niederschlagsbildung in der Atmosphäre zwei Möglichkeiten:
A) Die Koagulation von Wolkentröpfchen (Langmuir-Theorie) und
B) Der Weg über die Eisphase und Wassertropfen in Mischwolken, Vergraupelung oder Schneeflockenbildung und möglichem anschliessendem Schmelzen (Bergeron-Findeisen-Prozess).

Langmuir-Theorie
Dabei handelt es sich um das Einfangen kleinerer, also langsamer fallender Tropfen auf der Vorderseite eines fallenden Tropfens. Es kann aber auch das Einfangen von Tropfen in seinem sogenannten «Nachlauf», wo infolge des dort verminderten Luftwiderstandes Tropfen schneller fallen und deshalb den voraus befindlichen Tropfen einholen können, sein.
Dieser Prozess ist beschränkt auf reine Wasserwolken und liefert als Endprodukt unter günstigen Bedingungen nur kleintropfigen Regen. Zusätzlich müssen zwei Vorraussetzungen erfüllt sein: Genügend grosse «kolloide Labilität» und eine ausreichende Koagulationsstrecke.
Kolloid-labil ist Wolkenluft, deren Tröpfchenspektrum auch grosse Tröpfchen mit einem Durchmesser über 0.036 mm aufweist. Erst dadurch werden genügend grosse Unterschiede in der Sinkgeschwindigkeit erreicht. Dies steigert die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstössen und ermöglicht bei genügender Wegstrecke und dem damit verbundenen Zusammenfliessen (koagulieren) die Bildung eines Tropfens ausreichender Grösse. Man muss bedenken, dass jeder Regentropfen auf der Fallstrecke zwischen Wolkenbasis und Erdoberfläche auch noch einem Verdunstungsprozess ausgeliefert ist.

Tropfenwachstum durch Aufwind
Je stärker der Aufwind, umso grösser muss der Tropfen durch Koagulation werden, um nach unten fallen zu können. Die kritische Grösse von 5 mm für Auf- oder Abwärtsbewegungen ist oben bereits erwähnt worden. Aus einer Konvektionswolke mit einem Aufwind von 8 m/s und mehr kann zunächst einmal kein Niederschlag ausfallen, da die kleineren Tröpfchen mit ihrer geringeren Fallgeschwindigkeit sowieso nicht gegen den Aufwind durchkommen und diejenigen, die gross genug wären, in kleinere Tröpfchen zerstäubt werden. Alle zusammen werden vom Aufwind hochgehalten oder hochgetragen und machen den Koagulationsprozess ein zweites oder sogar drittes Mal durch. Das Wassergewicht der Wolke nimmt kontinuierlich zu. Wenn nun der Aufwind nachlässt, fällt plötzlich ein konzentrierter Regen aus grossen Tropfen mit grosser Tropfendichte aus, den man als Platzregen oder Starkregen bezeichnet.

Abb. 1: Niederschlagsradar vom 8. Juli 2007, 9 Uhr. Morgengewitter über Luzern und Zürich. Multizellen-Gewitter vor der Schweizer Grenze über Frankreich.

Bergeron-Findeisen-Prozess
Aufwinde von 8 m/s kommen in den mittleren Breitengraden normalerweise nur in Cumulonimben (Gewitterwolken) vor. Das sind Konvektionswolken, die auch hoch genug reichen, um in die Eisphase der Wolkenbildung zu gelangen. Dann vollzieht sich die Niederschlagsbildung in erster Linie nach den Regeln für Mischwolken (Eis- und Wasserpartikel). Mindestens in einem Teil der Wolke muss die Temperatur unter 0°C liegen. Dieser sogenannte Bergeron-Findeisen-Prozess basiert auf der Tatsache, dass der Sättigungsdampfdruck über Eis niedriger ist als über Wasser gleicher Temperatur. Liegt nun in der Wolke ein Gemisch aus Tropfen und Eiskristallen vor, bzw. fallen Eiskristalle in den Wasserteil hinein, wachsen sehr rasch die Kristalle auf Kosten der Tropfen und fallen aus der Wolke heraus. Je nach Jahreszeit in den unteren troposphärischen Schichten zum Teil tauend als Schneeregen oder Regen.
Die Eiskristalle fungieren für den Niederschlag lediglich als «Auslöser», die tieferen Wasserwolken dagegen lediglich als «Spender» für die eigentlichen Niederschlagsmengen. Dieser Prozess liefert überall die ergiebigsten Niederschläge und ist für alle Regionen ausserhalb der Tropen der häufigste und wichtigste Vorgang bei der Niederschlagsbildung.

Konsequenz fürs Gleitschirmfliegen
Ausgiebige Niederschlagsbildung ist immer an Wolken mit grosser Vertikalerstreckung gebunden (Cumulonimben, Nimbostratus). Wobei die Cumulonimben eine viel grössere Gefahr darstellen, als Nimbostratuswolken. Aus flachen Quell- oder Schichtwolken (Cumulus, Stratocumulus, oder Altocumulus) kann höchstens bei niedrigen Temperaturen etwas Schnee fallen. Regen liefern diese Wolken nicht. Gefahren fürs Gleitschirmfliegen sind zweierlei:
A) Vor dem Niederschlagsprozess.
B) Unmittelbar nach dem Niederschlagsprozess.

A) Der Aufwind unter einer Cumulonimbuswolke kann so gross sein, dass jegliche Abstiegsvarianten als hoffnungslose Fluchtversuche scheitern. Gute Kenntnisse über die aktuelle Wetterlage, genaues Beobachten und defensives Handeln sind hier die besten Sicherheitsvorkehrungen.
B) Unmittelbar nach Niederschlagsbeginn kühlt sich die Luft unter der Wolke stark ab. Im Emagramm kann man sich dies am besten vorstellen, indem man von der Wolkenbasis der Feuchtadiabaten bis zur Erdoberfläche hinunterfolgt. Dieser Temperaturrückgang bewirkt einen starken böigen Wind radial in alle Richtungen. Der Wind eilt dabei dem Niederschlag in Form einer Böenfront voraus. Je höher die Wolkenbasis, desto grösser der Temperatursturz und desto stärker die Windböen.

Messung mit dem Niederschlagsradar
Das Niederschlagsradar zeigt, wo und wann es wie stark geregnet hat (http://www.landi.ch/deu/0804_niederschlagsradar.asp). Abbildung 1 zeigt das Radarbild vom Sonntagmorgen, 8. Juli 2007, um 9 Uhr mitteleuropäische Sommerzeit. Zu erkennen sind zwei kleinere Gewitter (Farbe orange) über Luzern und Zürich. Unmittelbar westlich der Schweiz ein Multizellen-Gewitter mit mehreren Gewittern in verschiedenen Phasen. Dieses Multizellen-Gewitter hat sich im Vorfeld einer Kaltfront entwickelt.  Die Animation des Radarbildes im Internet zeigt die Verlagerungsgeschwindigkeit. Daraus kann man grob erkennen, wann das eigene Fluggebiet erfasst wird. Zwischen 11 und 12 Uhr war das Eintreffen in Interlaken zu erwarten. Die Fotos sind beide am Landeplatz im Lehn um 11 Uhr aufgenommen. Das erste Richtung Westen, das zweite Richtung Osten.

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