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2TheoretischerHintergrundundphysikalischeKonzepte
WolkenmikrophysikalischeVorgänge beimHagelwachstum
In einer Gewitterwolke sind alle drei Aggregatzustände von Wasser zur selben Zeit
präsent. Dadurch sind die mikrophysikalischen Prozesse sehr komplex, da die unter-
schiedlichen Wolken- und Niederschlagsteilchen verschieden miteinander interagieren
können (Pruppacher und Klett, 1997). Die Basis der Hagelentstehung ist die Entste-
hung von Eiskristallen und unterkühlten Wassertröpfchen aus der Dampfphase heraus
(Nukleation). Dies kann über zwei unterschiedliche Prozesse ablaufen: (a) homogene
Nukleation, wobei aus der Dampfphase heraus Hydrometeore gebildet werden, und (b)
heterogene Nukleation, bei der Deposition und/oder Kondensation von Wasserdampf
an festenoder löslichenTeilchen (alsKeimeoderAerosolebezeichnet) stattfindet.
BeiderhomogenenEisnukleationbildetsicheinEiskristallausunterkühltenWasser-
tröpfchen erst bei Temperaturen zwischen –35 und –40◦C. Aufgrund thermischer Be-
wegungenderMolekülekommtes indemübersättigtenDampfoder indenunterkühlten
Teilchen zu Fluktuationen, die zu mikroskopischen Variationen von Druck, Temperatur
und Dichte führen. Durch diese Fluktuationen bilden die Moleküle in unterschiedlicher
Anzahl ein Cluster (Verbund von Molekülen), das aber nach kurzer Zeit wieder zerfal-
len kann. Erreicht das Cluster durch Zufall eine kritische Größe, die von der Masse, der
TemperaturundderÜbersättigungabhängt,kannesdurchAnlagerungzusätzlicherMo-
leküle weiter wachsen (Pruppacher und Klett, 1997). Die gebildeten Teilchen sind mit
Radien von etwa 10nm jedoch relativ klein (Feichter, 2003). Wegen den notwendigen
niedrigen Temperaturen hat die homogene Nukleation von Eiskristallen in der unteren
undmittlerenTroposphäreAtmosphäreallerdingsnureineuntergeordneteBedeutung.
Bei der heterogenen Flüssigwassernukleation bilden sich Wassertröpfchen durch
KondensationvonWasserdampfanKondensationskeimen(engl.cloudcondensationnu-
clei, CCN; siehe Abb. 2.7). Hier unterstützt ein Aerosol durch den bereits vorhande-
nen Radius die Anlagerung (Krümmungseffekt) beziehungsweise ermöglicht ein was-
serlösliches Aerosol die Lösung (Lösungseffekt). Die meisten Aerosolpartikel können
als CCN dienen. Nach Dusek et al. (2006) liegt der kritische Bereich zur Aktivierung
der Nukleation zwischen 40 bis 120nm. Wird eine Wolke in einer Umgebung mit einer
hohenCCN–Konzentrationgebildet, bestehtdieseausmehrerenundkleinerenWolken-
tröpfchen gegenüber Wolken, die in einem Bereich mit geringer CCN–Konzentration
entstehen. Üblicherweise sind die Konzentrationen von CCN über Land höher als über
demMeer (TwomeyundWojciechowski, 1969).
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Änderung des Gewitter- und Hagelpotentials im Klimawandel
- Titel
- Änderung des Gewitter- und Hagelpotentials im Klimawandel
- Autor
- Susanna Mohr
- Verlag
- KIT Scientific Publishing
- Datum
- 2013
- Sprache
- deutsch
- Lizenz
- CC BY-NC-ND 3.0
- ISBN
- 978-3-86644-994-7
- Abmessungen
- 21.0 x 29.7 cm
- Seiten
- 272
- Schlagwörter
- Atmosphärische Risiken, Hagel, Gewitter, Klimawandel, Klimatologie (Zukunft, Konvektion)
- Kategorien
- Naturwissenschaften Physik
- Naturwissenschaften Umwelt und Klima