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Startseite > Regen

'''Regen''' bezeichnet ein ereignis und die am häufigsten auftretende Form von . Regen besteht aus , das als in n gespeichert war und nach dem in zur herunter fällt.

Regentropfen binden und e, die in die Atmosphäre aufgestiegen sind. Diese Bestandteile bestimmen den des Regens.

Die Regenformen werden nach Entstehung, Dauer, Intensität, Wirkung und geografischem Vorkommen unterschieden.

Fester , z. B. , oder , besteht aus Wasser und und tritt auch gemischt mit Regen auf.

Entstehung

Die Kondensation des Wasserdampfes in der Atmosphäre tritt durch und durch ein. Zusätzlich bestimmen der Staubgehalt und die Aerosole den abweichend vom der theoretischen .

Allgemein

Ausgangspunkt jedes Regens sind n, die aus feinen Eiskristallen oder ''Wolkentröpfchen'' (Wassertropfen mit 5 bis 10 ?m Durchmesser) bestehen. Sie bilden sich infolge der Abkühlung einer feuchten masse beim Aufstieg in der , wenn der unterschritten wird. Je nach Höhe und herrschender Temperatur bilden sich entweder Eiskristalle an en durch oder Wolkentröpfchen mit Hilfe von Kondensationskeimen durch . Diese Primärkörper können, in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in der Wolke, weiteren Wasserdampf, andere Wolkentropfen oder auch Eiskristalle an sich binden und dadurch anwachsen. Erreichen Eiskristalle eine wärmere Umgebung, so schmelzen sie wieder zu Tropfen. Wird das Gewicht der Tropfen so groß, dass sie weder durch die Luftreibung (Reibung im Fluid nach dem ) noch von den in einer Wolke vorherrschenden Luftströmungen (Aufwinden) ?in Schwebe? gehalten werden können, beginnen sie aufgrund der langsam zu Boden zu sinken, und es entsteht der uns bekannte Regen. Das Zusammenwachsen vieler kleiner Wassertröpfchen zu größeren und schwereren beschleunigt diesen Vorgang und erhöht die Fallgeschwindigkeit. In der Regel besteht der am Boden auftreffende Regen aus mit einem Durchmesser von 0,6 bis 3 mm.

Tropfenwachstum in warmen Wolken

''Warme Wolken'' sind Wolken, in denen nur flüssiges Wasser vorkommt.

Weiterhin gibt es noch en ? diese dienen nicht der Messung, sondern lediglich der Steuerung technischer Prozesse.

Regenformen

{| class="wikitable float-right"
|-
| colspan="4" | Definition ausschließlich nach Menge und zeitlichem Anfall
|-
| colspan="2" | ''''''
<small>Niederschlagsmenge in '''10 Minuten'''</small>
| colspan="2" | '''Regen'''
<small>Niederschlagsmenge in einer '''Stunde'''</small>
|-
! <small>Definition</small>
! <small>Menge / 10 Min.</small>
! <small>Definition</small>
! <small>Menge / Stunde</small>
|-
| leicht
| 0,1 bis 0,4 mm
| leicht
| 0,1 bis 0,5 mm
|-
| mäßig
| 0,4 bis 2 mm
| mäßig
| 0,5 bis 4 mm
|-
| stark
| 2 bis 8 mm
| stark
| 4 bis 10 mm
|-
| sehr stark
| ab 8 mm
|  
|  
|}

Abhängig von meteorologischen und geografischen Bedingungen gibt es unterschiedliche Formen von Regen. Die Klassifikation von Regen kann nach Dauer oder Intensität beziehungsweise nach Entstehung, räumlichen Vorkommen, Wirkung am Boden oder dem Empfinden eines Betrachters erfolgen. Man kann ein und dasselbe Regenereignis in verschiedene Kategorien einordnen, abhängig von der Perspektive des Beobachters ? hier einige Beispiele:
  • Wenn der Meteorologe von einem länger anhaltenden spricht, wird dieser von der Allgemeinbevölkerung landläufig eher als betrachtet.
  • Konvektionsregen über den Tropen wird auch als oder, wenn so gefühlt, als aufgefasst.
  • ist von der Entstehung her oder Frontregen, am Boden wird dabei oft beobachtet.

Monsunregen

'').

Zusammensetzung

Hauptbestandteil von Regen ist in flüssiger Form. Das Wasser kann eine Temperatur zwischen ?40  (unterkühlt, aber nicht gefroren) und über 20 °C haben. Daneben kann der Regen je nach Entstehungsort weitere chemische Elemente und Verbindungen enthalten. Die Anreicherung des Regens mit zusätzlichen Stoffen reinigt die Luft, kann aber für das Regenwasser die Verunreinigung mit unerwünschten Substanzen mit sich bringen.

Die im Regen enthaltenen Stoffe können sowohl natürlichen Ursprungs als auch , das heißt vom Menschen verursacht, sein.

Mit aufgewirbelter .

Durch den Menschen gelangen weitere in die Atmosphäre, wie etwa Staub, Rauch und Verbrennungsabgase aus Industrie, Verkehr und . Sie können direkt oder in Form ihrer Umwandlungsprodukte die Zusammensetzung des Regenwassers beeinflussen. Auch radioaktive Emissionen in Form von Partikeln und Gas können mit dem Wind verfrachtet und Tage später mit Regen aus der Luft gewaschen und niedergeschlagen werden, z. B. nach der 1986 in Teilen Europas.

Saurer Regen

In den überwiegend von Menschen verursachten Emissionen kommen auch Stoffe vor, die mit Wasser eine neue Verbindung eingehen können und Regen zu einer leicht sauren Lösung machen. e (SO2) bilden mit Wasser (H2SO3), (NO2) bilden (HNO3). Bekannt ist dieses Phänomen als , es kann in der Regel zu etwa zwei Dritteln auf die Verunreinigung mit Schwefliger Säure und zu einem Drittel auf den Gehalt an Salpetersäure zurückgeführt werden. In Mitteleuropa ging die Intensität des sauren Regens seit den frühen 1980er Jahren zurück. An den Messstationen des deutschen Umweltbundesamts stieg der pH-Wert des gesammelten Regenwassers zwischen 1982 und 2014 von 4,1?4,6 wieder auf 5,1?5,2 an. Größere Tropfen verändern ihre Form aufgrund des Luftwiderstands und werden flachgedrückt, sie fallen turbulent. In diesem Fall ist der (''c''w-Wert) geschwindigkeitsabhängig. Er verändert sich permanent während der . Der der Tropfen nimmt mit dem der so lange zu, bis die Gewichts- und Widerstandskräfte gleich groß geworden sind, dann fällt der Regentropfen mit (fast) konstanter Geschwindigkeit.

Tropfenform

Tropfen bis etwa 1 mm Durchmesser behalten ihre sphärische Form (Kugel), dann beginnen sie sich allerdings durch die Luftgeschwindigkeit im Fallen immer stärker zu verformen. Dadurch nimmt ebenfalls der Luftwiderstand weiter zu, und die Fallgeschwindigkeit bleibt nahezu konstant. Die Tropfengröße ist variabel (A), der größte bisher fotografierte Tropfen hatte einen Durchmesser von 9 mm, in der Regel jedoch zerplatzen Tropfen bereits ab 6 mm zu kleineren. Die des Wassers überwindet (E). Die maximal erreichbare Größe eines Tropfens ist somit auch von der Zusammensetzung und Temperatur des ihn bildenden Wassers abhängig.

Berechnung

Das von Gewichtskraft und Reibung bei konstanter Fallgeschwindigkeit bildet den Ansatz für die Berechnung mittels Cw-Wert, oder mittels Gesetz von Stokes. Zur Vereinfachung werden keine oder Vektoren verwendet, die Fallrichtung ist immer in Richtung Erde und der Luftwiderstand wirkt entgegen. Zusätzliche Einflüsse wie Luftströmungen (Auftrieb), Temperatur, Oberflächenspannung des Tropfens (Materialbeschaffenheit) oder veränderliche Form des Tropfens werden hier nicht berücksichtigt.

Kräftegleichgewicht, Ansatz für folgende Betrachtungen:

<math>\begin{matrix}

\text{Gewichtskraft} &=& \text{Reibungskraft} \F_\mathrm{g} &=& F_\mathrm{r} \\end{matrix}</math>

Folgende werden dabei verwendet:

{| class="wikitable"

! Formelzeichen !! Beschreibung !! SI-Einheit !! Standardwerte
|-
|<math>F_\mathrm{r}</math>|| || N||
|-
|<math>F_\mathrm{g}</math>|| || N||
|-
|<math>g</math>|| || m/s²|| (9,81 m/s²)
|-
|<math>c_\mathrm{w}</math>|| des Tropfens|| || (?0,35 bis 1,3, geschwindigkeitsabhängig)
|-
|<math>A_\mathrm{T}</math>|| des Tropfens als Widerstandsfläche|| m²||
|-
|<math>m_\mathrm{T}</math>|| des Tropfens|| kg||
|-
|<math>\rho_\mathrm{L}</math>|| der Luft|| kg/m³|| (?1,3 kg/m³)
|-
|<math>\rho_\mathrm{T}</math>|| des Tropfens (Wassers)|| kg/m³ || (?990 kg/m³)
|-
|<math>v_\mathrm{T}</math>|| des Tropfens|| m/s||
|-
|<math>r</math>|| Radius des Tropfen|| m ||(0,0001 bis 0,003 m)
|-
|<math>\eta_\mathrm{L}</math>|| der || Pa·s|| (?17,1 µPa·s)
|}

Die Fallgeschwindigkeit von Partikeln bis ?1 Millimeter nach dem Gesetz von Stokes ergibt sich aus folgender Kräftegleichung:

<math>

6\cdot \pi\cdot \eta_\mathrm{L}\cdot r\cdot v_\mathrm{T} = (\rho_\mathrm{T} - \rho_\mathrm{L})\cdot g\cdot\frac{4}{3} \cdot \pi \cdot r^3
</math>

Wenn <math>\rho_\mathrm{L} \ll \rho_\mathrm{T}</math>, dann folgt für die Geschwindigkeit:

<math>

v_\mathrm{T} = \frac{2}{9}\cdot\frac{\rho_\mathrm{T}\cdot g}{\eta_\mathrm{L}}\cdot r^2
</math>

Für <math>\rho_\mathrm{T} = 1000\, \mathrm{kg/m^3},\; g = 9{,}8\, \mathrm{m/s},\; \eta_\mathrm{L} = 17\cdot10^{-6}\, \mathrm{Pa \cdot s}</math> und <math>2r = d = 0{,}1\,\mathrm{mm}</math> erhält man eine Geschwindigkeit von <math>0{,}32\, \mathrm{m/s}</math>. Die ist dann mit

<math>\mathit{Re} = \frac{\rho \, v \, d}{\eta} = 2{,}4</math>

eigentlich schon zu groß für die Gültigkeit der Stokesschen Gleichung. Mit dieser Formel lassen sich also eher Sinkgeschwindigkeiten von en berechnen.

Für die Fallgeschwindigkeit von Tropfen zwischen ?0,1 Millimeter bis 3 Millimeter muss die Kräftegleichung angepasst werden. Je nach Gewicht und Tropfenform ? die ja selbst wieder geschwindigkeitsabhängig ist ? variiert der Cw-Wert hier zwischen 0,35 (Kugel) bis 1,3 (fallschirmartig oder offene Halbkugel), aus:

<math>

m_\mathrm{T}\cdot g = c_\mathrm{w}\cdot A_\mathrm{T}\cdot \frac{\rho_\mathrm{L}}{2} \cdot {v}^2 \quad \text{mit} \quad A_\mathrm{T} = \pi \cdot r^2 </math> (umströmte Querschnittsfläche einer Halbkugel)

folgt für die Geschwindigkeit:

<math>v = \sqrt\frac{8\cdot r\cdot g\cdot \rho_\mathrm{T}}{3\cdot c_\mathrm{w}\cdot \rho_\mathrm{L}}</math>

Als grobe Abschätzung empfiehlt sich folgende Formel: Fallgeschwindigkeit in ''m/s'' ? 6 · Tropfen in Millimeter (nur in einem Bereich von 0,5 bis max. 1,5 mm Tropfengröße annähernd richtig). Ein Tropfen der Größe 1 mm fällt mit einer Geschwindigkeit von etwa 6  ? 20 .

Wirkung

Regen ist die häufigste Form von Niederschlag und trägt dazu bei, den zu schließen, der für das Leben auf der Erde ein entscheidender Faktor ist. Langfristig tragen die durch Regen gespeisten Bäche und Flüsse ganze Gebirge ab. Bei entsprechenden geologischen Verhältnissen können Schluchten und s entstehen. Regen reinigt die Luft und wäscht Staub, und sonstige Partikel aus. Er löst weiterhin , , , und aus der Luft. Die gelösten Stoffe führen zu einer erhöhten Erosion und der von Gestein und Boden, sowie zu einer erhöhten bei Gebäuden, Maschinen und Anlagen (zum Beispiel an Flugzeugflügeln). Regen löst außerdem Mineralien aus Gestein und Boden, die als Nährstoff für Pflanzen sowie andere Lebensformen dienen. Treffen Regentropfen auf , bilden sich kleine Strukturen, die sogenannten , die ebenfalls zur Spritzerosion beitragen.

''Übermäßiger Regen'' kann langfristig zu einer Veränderung des lokalen Klimas ( und ), und damit auch zu einer Veränderung von und führen. Ebenso kann dadurch eine (Denudation), beziehungsweise flächenhafte Erosion oder des Bodens erfolgen. Kurzfristiger übermäßiger Regen kann lokal zu Sturzbächen und Überflutungen führen. Bei Hanglagen und im Gebirge kann er Hang- oder Erdrutsche und Gerölllawinen hervorrufen.

''Ausbleibender Regen'' führt langfristig zu und somit zu einer Veränderung des lokalen Klimas, was ebenso Veränderungen bei Fauna und Flora hervorrufen kann. Dieser Prozess fördert die . Durch die verringerte bleiben aber Bauwerke, Anlagen und Maschinen unter Umständen länger erhalten; die sind ein Beispiel für geringe Erosion über Jahrtausende. Kurzfristig ausbleibender Regen () verändert das lokale Klima nicht und stellt somit keine Bedrohung für Fauna und Flora dar.

Kulturgeschichte

Hydraulische Gesellschaften

 These von der  pr�gte lange die Vorstellung von Gesellschaften, bei denen die Verteilung und Regulierung der Wasservorkommen und seltener Regenf�lle zentral war. Zentral war diesen Gesellschaften ein Staatskult (mit einer m�chtigen Beamten- und Priesterschaft) und zentralisierte typische Herrschaftsformen eines ?Hydraulischen Despotismus?.

Er nannte dabei die im Altertum das chinesische Kaisertum zur Zähmung des Huang Hes, die im Punjab am Indus früh erscheinende Hochkultur, die Regulierung des Euphrat und Tigris in Mesopotamien (vgl. Babylonisches Reich), das ägyptische Pharaonentum am mittleren und unteren Nil und ? mit Abstrichen ? das Aztekenreich in Mexiko (vgl. Tenochtitlán) bzw. Inkareich in Peru vor ihrer Zerstörung durch den spanischen Imperialismus. Technische Kenntnisse, in der Wasserbewirtschaftung wie im Bereich der , 2007.</ref>

In Regionen und Epochen wurden Gewitter und Sturm als Gewalt empfunden, mit wichtigen Unterschieden in der jeweiligen Mythologie. So spielte der im vom geprägten Babylonien weniger eine Rolle als Regenspender, sondern stärker als Herr der Stürme. In den stärker vom geprägten Gebieten des Alten Orients, also in Obermesopotamien, Syrien, Anatolien und auch in Assyrien, nahm er eine bedeutendere Stellung unter den großen Gottheiten ein als in Babylonien.

In war der Regen für und . Nach alten mythologischen Vorstellungen erzeugte ihn der mit Hilfe von Bällen. Unter ''Wolken-und-Regen-Spiel'' verstand man damals in China auch die .

Regenmacher und Hagelabwehr

Der Beginn der modernen Wetterkunde wird auf den Bau des ersten Thermometers durch um 1600 datiert.<ref>discovery.de , ''königlicher Regen'') eine zentrale Rolle im Verhältnis zur dortigen Monarchie.

Volkskundliche Aspekte

In Deutschland ist , gehäuft Nutzpflanzen befielen.

In ist insbesondere und das angrenzende für seinen lang anhaltenden bekannt.

Im insbesondere katholischen Christentum gilt der als einer der und ist unter anderem für gutes zuständig, die Tradition der e geht unter anderem darauf zurück. Eine zentrale Rolle als Hoffnungssymbol und besondere Naturerscheinung spielt in vielen Kulturen der , im Christentum als zentrale Verheißung Gottes, die nicht zu wiederholen und den Bund mit den Menschen zu erneuern.

Siehe auch

  • Spezielle Regenformen: , ,
  • weitergreifend zum Thema: , ,
  • ? Geruch von Regen auf trockener Erde
  • menschliche Einflüsse: , ,
  • Kulturell-Technisches: , , (zur automatischen Scheibenwischersteuerung in Fahrzeugen)

Literatur

  • Cynthia Barnett: ''Rain. A natural and cultural history''. Crown Publications, New York 2015, ISBN 978-0-8041-3709-6.
  • Wolfgang Kühr: ''Der Privatflugzeugführer, Teil 2: Grundlagen der Flugwetterkunde.'' Luftfahrtverlag Schiffmann, Bergisch Gladbach 1991, ISBN 3-921270-08-1.
  • Gösta H. Liljequist, Konrad Cehak: ''Allgemeine Meteorologie.'' Vieweg, Braunschweig 1984 (3. überarb. Aufl.), ISBN 3-528-23555-1.
  • Klaus Lüders, Gebhard von Oppen: ''Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 1: Mechanik, Relativität, Wärme.'' De Gruyter, Berlin 2008 (12. überarb. Aufl.), ISBN 3-11-016837-5.
  • Wilhelm Raith (Hrsg.): ''Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 7: Erde und Planeten.'' De Gruyter, Berlin 2001 (2. aktual. Aufl.), ISBN 3-11-016837-5.
  • Dieter Walch: ''So funktioniert das Wetter.'' blv, München 2000 (2. Aufl.), ISBN 3-405-15945-8.
  • Berthold Wiedersich (Hrsg.): ''Taschenatlas Wetter.'' Klett-Perthes, Gotha 2003, ISBN 3-623-00021-3.

Weblinks

  • (PDF; 592 kB)
  • :
  • Sendung von , ausgestrahlt am 7. Oktober 2019. 45 Minuten.

Einzelnachweise

<references>
<ref name="Spiegel20130204">
Philip Bethge (4. Februar 2013) ''Meer aus Schlamm'';
</ref>
<ref name="ZhuNewell1998">
Yong Zhu und Reginald E. Newell (1998) ''A proposed algorithm for moisture fluxes from atmospheric rivers''. Monthly Weather Review, 126, 725?735.
</ref>
</references>