Wolken – Metlink / Lehrmittel für Wetter und Klima

Die Natur der Wolken
Arten von cloud
Cumulus
Cumulonimbus
Stratus
Stratocumulus
Altocumulus
Altostratus
Nimbostratus
Zirriforme Wolken

Die Natur der Wolken

Eine Klassifizierung von Wolken wurde von Luke Howard (1772-1864) eingeführt, der lateinische Wörter verwendete, um ihre Eigenschaften zu beschreiben.

• Cirrus – ein Büschel oder Faden (z. 3868>
• Cumulus – ein Haufen oder Haufen
• Stratus – eine Schicht
• Nimbus – Regenlager

Es gibt jetzt zehn grundlegende Wolkentypen mit Namen, die auf Kombinationen dieser Wörter basieren (das Wort ‘alto’, das hoch bedeutet, aber jetzt verwendet wird, um eine Wolke mittlerer Ebene zu bezeichnen, wird ebenfalls verwendet).

C.S. Broomfield (© Crown Copyright)

Wolken bilden sich, wenn feuchte Luft so stark abgekühlt wird, dass sie gesättigt wird. Der Hauptmechanismus für die Kühlung von Luft besteht darin, sie zum Aufsteigen zu zwingen. Wenn Luft aufsteigt, dehnt sie sich aus – weil der Druck mit der Höhe in der Atmosphäre abnimmt – und dies bewirkt, dass sie abkühlt. Schließlich kann es gesättigt werden und der Wasserdampf kondensiert dann zu winzigen Wassertröpfchen, ähnlich groß wie im Nebel, und bildet Wolken. Wenn die Temperatur unter etwa minus 20 ° C fällt, sind viele der Wolkentröpfchen gefroren, so dass die Wolke hauptsächlich aus Eiskristallen besteht.

Die Hauptwege, auf denen Luft zur Bildung von Wolken aufsteigt

1. Schneller lokaler Aufstieg, wenn erwärmte Luft an der Erdoberfläche in Form von thermischen Strömen (Konvektion) aufsteigt.
2. Langsamer, weit verbreiteter Massenaufstieg, bei dem warme feuchte Luft gezwungen wird, sich über kalte Luft zu erheben. Der Bereich zwischen warmer und kalter Luft wird als Front bezeichnet.
3. Aufwärtsbewegung in Verbindung mit turbulenten Wirbeln, die aus dem Reibungseffekt der Erdoberfläche resultieren.
4. Luft, die gezwungen ist, über eine Barriere von Bergen oder Hügeln aufzusteigen.

Die erste von ihnen neigt dazu, Kumuluswolken zu erzeugen, während die nächsten beiden normalerweise Schichtwolken erzeugen. Letzteres kann je nach Zustand der Atmosphäre entweder eine Kumuluswolke oder eine Schichtwolke erzeugen. Die Vielfalt der Möglichkeiten, wie Wolken gebildet werden können, und die variable Natur der Atmosphäre führen zu einer enormen Vielfalt an Formen, Größen und Texturen von Wolken.

Wolkentypen

Die zehn wichtigsten Wolkentypen können je nach Höhe ihrer Basis über dem Boden in drei große Kategorien unterteilt werden: hohe Wolken, mittlere Wolken und niedrige Wolken.

Hohe Wolken bestehen normalerweise ausschließlich aus Eiskristallen und haben eine Basis zwischen 18.000 und 45.000 Fuß (5.500 und 14.000 Meter).

• Cirrus – weiße Filamente
• Cirrocumulus – kleine gewellte Elemente
• Cirrostratus – transparentes Blatt, oft mit einem Halo

Mittlere Wolken bestehen normalerweise aus Wassertropfen oder einer Mischung aus Wassertropfen und Eiskristallen und haben eine Basis zwischen 6.500 und 18.000 Fuß (2.000 und 5.500 Meter).

• Altocumulus – geschichtete, wellige Elemente, im Allgemeinen weiß mit einigen Schattierungen
• Altostratus – dünne Schicht, grau, lässt die Sonne wie durch gemahlenes Glas erscheinen
• Nimbostratus – dicke Schicht, niedrige Basis, dunkel. Regen oder Schnee, der davon fällt, kann manchmal schwer sein

Niedrige Wolken bestehen normalerweise aus Wassertröpfchen – obwohl Cumulonimbuswolken Eiskristalle enthalten – und haben eine Basis unter 6.500 Fuß (2.000 Meter).

• Stratocumulus – geschichtet, Reihe von abgerundeten Rollen, im Allgemeinen weiß mit einigen Schattierungen
• Stratus – geschichtet, einheitliche Basis, grau
• Cumulus – einzelne Zellen, vertikale Rollen oder Türme, flache Basis
• Cumulonimbus – große blumenkohlförmige Türme, oft Ambossspitzen, die manchmal Gewitter oder Regen- oder Schneeschauer verursachen

Die meisten Hauptwolkentypen lassen sich nach Form, Struktur und Transparenzgrad weiter unterteilen.

Cumulus

Cumuluswolken sollen oft wie Watteklumpen aussehen. Mit einer steifen Brise marschieren sie stetig über den Himmel; Ihre Bewegungsgeschwindigkeit gibt einen Hinweis auf ihre geringe Höhe. Cumuluswolken erzeugen gelegentlich leichte Regen- oder Schneeschauer.

© Steve Jebson

© Steve Jebson

Typischerweise wird die Basis von Cumuluswolken etwa 2.000 Fuß (600 Meter) über dem Boden im Winter und vielleicht 4.000 Fuß (1.200 Meter) oder mehr an einem Sommernachmittag sein. Einzelne Wolken sind oft kurzlebig und dauern nur etwa 15 Minuten. Sie neigen dazu, sich zu bilden, wenn sich der Boden tagsüber erwärmt, und werden seltener, wenn die Sonnenwärme gegen Abend nachlässt.

Die Ursache für kleine Cumuluswolken ist in der Regel Konvektion. Wärme von der Sonne erwärmt den Boden, was wiederum die Luft darüber erwärmt. Wenn ein ‘Paket’ warmer Luft weniger dicht ist als die kühlere Luft um sie herum oder darüber, beginnt das ‘Paket’ der Luft zu steigen – dies wird als ‘thermisch’ bezeichnet. Wenn es aufsteigt, dehnt es sich aus und kühlt ab, und wenn es ausreichend gekühlt wird, kondensiert der Wasserdampf als winzige Wolkentröpfchen aus. Eine Cumulus-Wolke ist geboren.

Die Luft in der Wolke steigt weiter an, bis sie aufhört zu schwimmen. An einigen sonnigen Tagen gibt es nicht genügend Feuchtigkeit oder Instabilität für Feuchtigkeit zu bilden.

In hügeligen Regionen ist ein hoher, nach Süden ausgerichteter Hang eine gute Quelle für Thermik und damit für Cumulus. Gelegentlich produziert ein Kraftwerk oder eine Fabrik eine eigene Wolke.

Wenn Luft in der Thermik aufsteigt, müssen Ausgleichsabzüge in der Nähe sein. Diese schaffen die klaren Bereiche zwischen den Cumuluswolken und erleichtern es den Segelfliegern, die Thermik zu finden, mit der sie an Höhe gewinnen können.

Cumulonimbus

So wie Cumulus eine gehäufte Wolke ist, ist Cumulonimbus eine gehäufte Regenwolke (Nimbus bedeutet Regen).

© N. Elkins

In vielerlei Hinsicht kann die regentragende Sorte als eine größere, besser organisierte Version des Cumulus angesehen werden. Ein Cumulonimbus kann 10 km breit sein und sich 10 km über dem Boden erstrecken. Dies ist vergleichbar mit einer Kumuluswolke, die typischerweise einige hundert Meter breit ist und eine Höhe von nur wenigen Kilometern erreicht. Anstelle eines Wattebauschs ähnelt ein Cumulonimbus einem riesigen Blumenkohl aus keimenden Türmen und prall gefüllten Türmen.

Es gibt jedoch einen wichtigen strukturellen Unterschied darin, dass sich die obersten Ebenen des Cumulonimbus in Eis verwandelt haben und faserig aussehen, während Cumuluswolken vollständig aus Wassertröpfchen bestehen. Dieser eisige Abschnitt an der Spitze kann sich zu einer Ambossform abflachen, wenn die Wolke vollständig entwickelt ist. Wenn es dieses Stadium erreicht, ist die Basis normalerweise dunkel und es gibt Regenschauer oder manchmal Hagel. Im Winter können die Schauer Graupel oder Schnee sein. Die Schauer sind oft ziemlich heftig und können von Blitz und Donner begleitet sein.

Manchmal ist Cumulonimbus ‘eingebettet’ oder halb versteckt unter anderen Wolken. Bei anderen Gelegenheiten werden sie gut getrennt sein und der ‘Amboss’ kann viele Meilen entfernt sichtbar sein. Cumulonimbuswolken können zu jeder Tageszeit gesehen werden, sind aber im Frühjahr und Sommer am Nachmittag im Landesinneren am häufigsten und treten häufig in den Tropen auf. Sie entwickeln sich dort, wo die Konvektion am stärksten und am besten organisiert ist.

Die Lebensdauer eines Cumulonimbus beträgt in der Regel weniger als eine Stunde.

Es gibt jedoch Ausnahmen. Der ‘Hampstead Storm’ vom 14.August 1975 war ein Beispiel für eine Cumulonimbus-Wolke, die es schaffte, sich über einem kleinen Gebiet Londons zu regenerieren. In drei Stunden fielen etwa 170 mm Regen, was zu schweren Überschwemmungen führte.

Stratus

© Jim Glavin	© A. Bushell

Stratus ist eine Low-Level-Schichtwolke (nicht zu verwechseln mit Altostratus und Cirrostratus, die viel höher sind). Im Aussehen ist es normalerweise eine gesichtslose graue Schicht. Manchmal, wenn ein Schichtblatt ein Gebiet beeinflusst, ist die Wolkenbasis bis zum Boden und verursacht Nebel. Die übliche Basis befindet sich jedoch zwischen dem Boden und 300 Metern (1.000 Fuß), was bedeutet, dass Hügel durch Wolken verdeckt werden können. Manchmal produziert Stratus Nieselregen oder leichten Schnee, besonders über Hügeln.

Der vielleicht wichtigste Hinweis auf seine geringe Höhe ist seine scheinbare schnelle Bewegung über den Himmel bei jedem Wind, der stärker ist als eine flache Ruhe. Zum Beispiel scheint sich eine Stratuswolke bei 500 Fuß (150 Meter), die sich mit 20 Meilen pro Stunde bewegt, viel schneller zu bewegen als Altostratus mit seiner Basis bei 10.000 Fuß (3.000 Meter), die sich mit 60 Meilen pro Stunde bewegt.

Eine ungefähre Richtschnur für die Höhe des Stratus kann durch Messen der relativen Luftfeuchtigkeit und Subtraktion von 100 gewonnen werden. Die resultierende Zahl gibt eine Vorstellung von der Höhe der niedrigen Wolke in Hunderten von Fuß. Zum Beispiel würde eine relative Luftfeuchtigkeit von 94% anzeigen, dass sich der Stratus etwa 180 Meter (600 Fuß) über dem Boden befindet.

Stratus bildet sich als Folge von Kondensation in feuchter Luft bei niedrigen Werten aufgrund von Abkühlung. Die Abkühlung kann auf verschiedene Arten verursacht werden:

1. anheben von Luft über Land aufgrund von Hügeln oder ‘Stoßen’ über unebenem Boden;
2. warme Luft, die sich über ein kaltes Meer bewegt. Wenn sich die Wolke über das Land bewegt, bedeckt sie leicht jeden relativ hohen Boden. In einigen Fällen fällt die Basis der Wolke auf die Meeresoberfläche und verursacht Nebel. Dies kann über die Küste eindriften und wird Seenebel genannt, obwohl es im Norden und Osten Schottlands Haar und im Osten Englands Fret heißt;
3. Temperatur, die nachts über Land fällt. Die Luft kann während des Tages durch eine Meeresbrise ins Landesinnere gebracht worden sein. Es muss etwas Wind sein, sonst kann die Kühlung zu Strahlungsnebel führen.

Stratocumulus

© Jim Galvin

Stratocumuluswolken bilden sich normalerweise zwischen 1.000 und 6.500 Fuß (300 und 2.000 Meter).

Stratocumulus ergibt oft eine fast vollständige Wolkendecke mit vielleicht ein oder zwei Brüchen. Die Wolkenelemente sind abgerundet und fügen sich fast zusammen. Gelegentlich besteht das Blatt aus einer Reihe von mehr oder weniger parallelen Rollen, die oft, aber nicht immer, ‘über dem Wind’ liegen. Stratocumulus erzeugt manchmal leichte Regen- oder Schneefälle.

Stratocumulus wird durch schwache Konvektionsströme gebildet, die möglicherweise durch turbulente Luftströmungen ausgelöst werden. Die Konvektion wirkt sich auf eine flache Zone aus, da trockene, stabile Luft über dem Wolkenblatt eine weitere Aufwärtsentwicklung verhindert.

Manchmal gibt es riesige Schichten von Stratocumulus, die Tausende von Quadratkilometern um die Flanken eines Hochdrucksystems bedecken, insbesondere über den Ozeanen. Das Wetter unter solchen Blättern neigt dazu, trocken zu sein, aber es kann ziemlich langweilig sein, wenn die Wolke zwei- oder dreitausend Fuß dick ist.

Altocumulus

© Steve Jebson

Altocumuluswolken bilden sich normalerweise zwischen 6.500 und 17.000 Fuß (2.000 und 5.000 Meter) und werden als mittlere Wolken bezeichnet.

In den meisten Fällen gibt es kaum Unterschiede zwischen den Eigenschaften von Stratocumulus und Altocumulus, da beide aus Wassertröpfchen bestehen und normalerweise in vertikaler Ausdehnung begrenzt sind. Der entscheidende Faktor zwischen Stratocumulus und Altocumulus ist normalerweise die Höhe, da beide Typen auf die gleiche Weise gebildet werden.

Altocumulus bietet auch eine Art gesprenkeltes Muster, aber da es sich in größerer Höhe befindet, sehen die Wolkenelemente kleiner aus. Eine deutlich andere Form ist Altocumulus castellanus, Das ist wie ein kräftiger mittlerer Cumulus , manchmal mit Regen von ihrer Basis fallen, bekannt als Trailing Virga. Diese Art von Wolke ist manchmal ein Hinweis darauf, dass Gewitter folgen werden.

Altostratus

Altostratus-Wolken haben normalerweise eine Basis zwischen 8.000 und 17.000 Fuß (2.500 und 5.000 Meter). Altostratus erscheint als einheitliches Blatt, das den Himmel ganz oder teilweise bedeckt. Manchmal ist es dünn genug, um nur die Sonne oder den Mond zu enthüllen. Die Sonne scheint wie durch gemahlenes Glas, aber Schatten sind auf dem Boden nicht sichtbar. Manchmal, wenn die Basis unter 10.000 Fuß (3.000 Meter) ist, kann es leichten Regen oder Schnee geben.

© C. S. Broomfield

Nimbostratus

Nimbostratus Wolken sind zwischen 1.500 und 10.000 ft (450 und 3.000 Meter) gefunden. Nimbostratus bildet eine dicke, diffuse Schicht aus dunkelgrauen Wolken, die den gesamten oder den größten Teil des Himmels bedeckt und immer die Sonne oder den Mond verdeckt. Es wird von mäßigem oder starkem Regen oder Schnee begleitet, gelegentlich Eispellets. Obwohl es sich um eine mittlere Wolke handelt, fällt seine Basis häufig auf niedrige Wolkenniveaus ab. Nimbostratus kann teilweise oder sogar vollständig durch Stratus verdeckt werden, der sich im Niederschlag darunter bildet.

© C. S. Broomfield

Zirriforme Wolken

Alle © R.K. Pilsbury

Zirriforme Wolken (d.h. wolken aus der Cirrus-Familie) sind in großer Höhe gefunden, in der Regel über 20.000 Fuß (6.000 Meter). Sie bestehen aus Eiskristallen. Drei Arten von Wolken bilden die Gruppe: Cirrus, Cirrostratus und Cirrocumulus.

Cirrus selbst ist auf den britischen Inseln und in den meisten Teilen der Welt sehr verbreitet. Es ist dünn, wispy und weiß im Aussehen, und sein Name, kommt aus dem lateinischen Wort für ‘Haarbüschel’, gibt eine gute Beschreibung der Wolke. Ein anderer Name für die Wolke, ‘Mares Tails’, zaubert ebenfalls ein genaues Bild. Cirrus kann abhängig vom Luftstrom in der Höhe eingehakt oder gerade sein. Manchmal kommt es als ein sehr dichter Fleck, der von der Ambosswolke eines Cumulonimbus übrig bleibt, der verschwunden ist. Bei anderen Gelegenheiten kann Cirrus ziemlich umfangreich sein, wenn es mit einem Jetstream in Verbindung gebracht wird – die Wolke kann dann gesehen werden, wie sie sich trotz ihrer großen Höhe über den Himmel bewegt. Flugzeugkondensationsspuren sind eine Form von künstlichen Cirrus. Sie sind manchmal in ‘historischen’ Filmen zu sehen, zur Freude von Filmfans, die gerne technische Ungenauigkeiten erkennen.

Cirrostratus ist eine ziemlich gleichmäßige Schicht dünner Wolken, durch die die Sonne oder der Mond gesehen werden kann. Manchmal, wenn die Wolke dünn ist, umgibt ein heller Lichtring (Halo genannt) die Sonne oder den Mond. Eine Schicht Cirrostratus ist oft ein Hinweis auf eine Verschlechterung des Wetters.

Cirrocumulus ist oft in kleinen Mengen zusammen mit Cirrus vorhanden, aber selten dominiert es den Himmel. Bei solchen Gelegenheiten, wenn es weit verbreitet ist, entsteht ein schönes Schauspiel, besonders bei Sonnenuntergang. Die einzelnen Wolken erscheinen sehr klein – oft winzige Reihen von etwa kugelförmigen birnenartigen Wolkenelementen. Manchmal treten sie in wellenförmigen Mustern wie winzigen Wellen auf.

Dieses Informationsblatt basiert auf einer Reihe von Artikeln von Dick File, die im Guardian erschienen sind. Webseite mit freundlicher Genehmigung des Met Office reproduziert