Wie entstehen Wolken? Arten von Wolken

Wolken sind ein wichtiger Aspekt der täglichen Wetterbedingungen. Sie verleihen dem Himmel nicht nur Schönheit, sondern haben auch einen erheblichen Einfluss auf das Wetter. Eine Wolke kann viele Formen annehmen, von harmlosen Zuckerwattewolken bis hin zu einem todbringenden Monster, z.B. einem Tornado. In diesem Artikel werden wir besprechen, wie Wolken am Himmel entstehen und verschiedene Arten von Wolken und ihre Eigenschaften erkunden.

Wie Wolken entstehen

Eine Wolke besteht aus Wassertröpfchen, die warme Luft von der Erdoberfläche angehoben hat. Da die obere Atmosphäre viel kälter ist als die untere, kühlt die Luft dort ziemlich schnell ab. Der Dampf kondensiert und erzeugt winzige Wasser- und Eisteilchen, die weiße Wolken bilden. Daher können wir sagen, dass jede Wolke eine Art atmosphärischer Feuchtigkeitsgenerator ist, durch den Wasser hindurchgeht.

Wie Nebel bildet sich eine Wolke durch die Kondensation von Wasserdampf in flüssige und feste Zustände. Kondensation kann entweder durch eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit oder einen Temperaturabfall erfolgen. Die Lufttemperatur sinkt aufgrund der folgenden zwei Faktoren:

• das Aufsteigen von Luftmassen;
• die horizontale Bewegung von Luftmassen, bekannt als Advektion.

Ein Temperaturabfall während einer Aufwärtsbewegung führt also zur Wolkenbildung. Dieser Prozess unterscheidet sich offensichtlich von der Nebelbildung, da der Nebel nicht aufsteigt, sondern auf Bodenniveau bleibt.

Was lässt die Luft aufsteigen? Dafür gibt es vier Gründe.

Luftkonvektion

Quelle: Energy Education

Cumulus- und Cumulonimbus-Wolken haben oft einen konvektiven Ursprung. So funktioniert die Konvektion:

1. An einem heißen Tag erwärmen die Sonnenstrahlen die Erdoberfläche.
2. Die Erdoberfläche überträgt die Wärme auf die bodennahen Luftmassen, wodurch diese aufsteigen.
3. Wenn der Aufstieg der Luftmassen die Luft ausdehnt, beginnt die Wolkenbildung.
4. Die Luft steigt schnell auf, und ihr Volumen lässt keine Zeit für den Wärmeaustausch zwischen der aufsteigenden Luft und der Umgebung.
5. Ohne von außen Wärme zu erhalten, kühlt die Luft ab. Dieser Prozess ist als adiabatische Abkühlung bekannt.
6. Wenn die aufsteigende Luft auf den Taupunkt abkühlt, kondensiert der Wasserdampf und bildet eine Wolke. Die untere Grenze dieser Wolke, auch als Kondensationsniveau bekannt, wird durch die Höhe bestimmt, in der der Dampf kondensiert.
7. Die Luft, die weiterhin von unten strömt, überquert das Kondensationsniveau. Infolgedessen kondensiert der Wasserdampf bereits über diesem Niveau, und die Wolke beginnt in die Höhe zu wachsen.
8. Wenn die aufsteigende Luft abkühlt und nicht mehr warm genug ist, um weiter aufzusteigen, stoppt das vertikale Wachstum der Wolke. An diesem Punkt bildet sich eine verschwommene obere Grenze der Wolke.

Gelände

Der Wind, der entlang der Erdoberfläche weht, kann auf Berge oder andere natürliche Erhebungen stoßen. Beim Überwinden steigen die warmen, feuchten Luftmassen auf, während die trockenen, kalten Luftmassen absteigen. Dieser Prozess wird als orographisches Heben bezeichnet (vom griechischen Wort oros, was “Berg” bedeutet). Solche Wolken entwickeln sich nicht signifikant in die Höhe, da sie durch das Gelände begrenzt sind. In diesem Fall entstehen Stratus- und Nimbostratus-Wolken.

Fronten

Der dritte Grund für den Aufstieg von Luftmassen sind warme und kalte Wetterfronten. Wolken bilden sich über warmen Fronten, wenn warme Luft über kalte Luft zieht und entlang eines Keils zurückweichender kalter Luft aufsteigt. Die Aufwärtsbewegung der warmen Luft unterscheidet sich von der horizontalen Bewegung. Infolgedessen entwickelt sich die Bewölkung, die über dem kalten Keil entsteht, schwach in die Höhe, hat jedoch eine erhebliche horizontale Ausdehnung. Solche Wolken sind als Aufgleitwolken bekannt.

Eine Wolke bildet sich auch über einer kalten atmosphärischen Front, wenn eine vorrückende kalte Luftmasse unter eine warme Luftmasse zieht und diese somit anhebt. In diesem Fall können neben Aufgleitwolken auch Cumuluswolken entstehen.

Zyklone

Bildquelle: Wikipedia

Luftmassen, die sich entlang der Erdoberfläche bewegen, drehen sich in einem Zyklon zum Zentrum der Depression. Dort angesammelt, erzeugen sie einen vertikalen Druckabfall und strömen nach oben. Die schnelle Aufwärtsbewegung der Luft in die Troposphäre kann zur Bildung von zyklonalen Wolken führen. Es können Nimbostratus-, Altostratus- und Cumulonimbus-Wolken sein. Alle diese Wolken erzeugen Niederschlag und schaffen regnerische Wetterbedingungen, die für einen Zyklon charakteristisch sind.

Arten von Wolken

Bildquelle: Valentin de Bruyn / CotonDiese Illustration wurde für Coton, den Wolkenidentifikationsführer für Mobilgeräte, erstellt., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Der Wolkenentwicklungsprozess hängt auch von der Art der Wolke ab, daher lassen Sie uns nun die Arten von Wolken und ihre Eigenschaften besprechen.

Eine Wolke bildet sich in der Troposphäre, daher beobachten wir im Grunde troposphärische Wolken. Sie werden in hohe, mittlere, niedrige und vertikal entwickelte Wolken unterteilt. Fast alle von ihnen (außer dem letzten Typ) erscheinen, wenn feuchte, warme Luft aufsteigt.

Niedrige Wolken

Stratocumulus-Wolke. Quelle: Arun Kulshreshtha, CC BY 3.0 US, via Wikimedia Commons

Eine niedrige Wolke enthält Wassertröpfchen, die in der kalten Jahreszeit gefrieren und sich in Schnee- und Eisteilchen verwandeln. Sie befinden sich ziemlich niedrig - in einer Höhe von 50 bis 2000 m (164 bis 6561 ft) und sehen aus wie eine dichte, tief hängende, graue Decke.

Wissenschaftler kategorisieren niedrige Wolken in Cumulus, Stratus, Stratocumulus und Nimbostratus.

• Cumulus. Cumulus bedeutet “Haufen”, daher sehen diese Wolken aus wie Wolle. Sie sind leicht transparent, weiß oder grau und an einigen Stellen verdunkelt. Cumuluswolken können die Form einer Kuppel, eines Clusters oder eines Kreises haben. Wenn diese Wolken morgens oder abends auftauchen, können sie starke Winde und Niederschläge bringen. Wenn sie am Mittag entstehen und sich bis zum Abend auflösen, ändert sich das Wetter nicht.
• Stratus. „Stratus“ bedeutet „Schicht“. Diese Wolken sind neblig oder wellig und sehen aus wie ein Schleier, der allmählich den Himmel bedeckt. Die dicke graue Stratuswolke wird auch als “Hochnebel” bezeichnet und bringt normalerweise Regen. Stratuswolken enthalten viel Wasser und geben es manchmal als Nieselregen oder sogar Schnee ab.
• Stratocumulus. Dies sind graue und/oder weißliche Flecken, Flecken oder Schichten von Wolken, die aus mosaikartigen Klumpen, Bällen oder Rollen bestehen. Stratocumuluswolken können bei allen Wetterbedingungen auftreten.
• Nimbostratus. Diese graue Wolkenschicht ist so dicht, dass die Sonne nicht hindurchscheinen kann. Diese Art von Wolke erzeugt langanhaltenden Niederschlag.

Mittlere Wolken

Meteorologen verlassen sich auf mittlere Wolken, um Wettervorhersagen zu treffen. Diese Wolken können wichtige Hinweise auf Wetterbedingungen geben. Wenn mittlere Wolken beispielsweise dicker und dunkler werden, kann dies darauf hindeuten, dass ein Sturm naht. Andererseits, wenn diese Wolken dünner werden und sich auflösen, könnte dies darauf hindeuten, dass das Wetter milder wird.

In gemäßigten und polaren Breiten befinden sich mittlere Wolken in einer Entfernung von 2 bis 7 km (1 bis 4 mi) über der Erde. In tropischen Breiten können sie etwas höher steigen - bis zu 8 km (5 mi). Alle bestehen aus Wassertröpfchen, die mit Eiskristallen vermischt sind. Aufgrund ihrer geringen Höhe bestehen sie hauptsächlich aus Wassertröpfchen während der warmen Jahreszeit und Eiskristallen während der kalten Jahreszeit. Aber Niederschläge von ihnen erreichen aufgrund der Verdunstung nicht die Oberfläche unseres Planeten.

Eine mittlere Wolke bildet sich hauptsächlich, wenn eine Kaltfront eine Warmfront nach oben drückt. Und obwohl Niederschläge nicht den Boden erreichen, bedeuten mittlere Wolken eine Wetteränderung (zum Beispiel ein Gewitter oder Schneefall). Dies liegt daran, dass kalte Luft viel schwerer ist als warme Luft. Beim Bewegen entlang der Erdoberfläche verdrängt sie schnell erwärmte Luftmassen nach oben. Daher bildet ein scharfer vertikaler Anstieg warmer Luft mittlere Wolken und dann Regenwolken.

Meteorologen unterscheiden zwischen den folgenden Untertypen von mittleren Wolken: Altocumulus und Altostratus.

• Altocumulus. Diese Art von Wolke hat die Form von schuppenartigen Teilen, Bällen oder Rollen. Altocumulus kann auch in Form von Linsen (Lenticularis) erscheinen, die man oft in der Nähe von Bergen beobachten kann.
• Altostratus. Der Altostratus ist eine geschichtete Wolke von meist einheitlichem Aussehen, die den gesamten oder einen Teil des Himmels bedeckt. Die Basis dieser Wolke ist bis zu 5 km (3 mi) breit und kann leichten Regen erzeugen.

Altocumulus-Wolke. Quelle: Bidgee, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Altostratus-Wolke. Quelle: Famartin, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Hohe Wolken

Hohe Wolken werden in Cirrus, Cirrocumulus und Cirrostratus unterteilt. Am Himmel sehen solche Wolken aus wie Federn, Wellen oder ein Schleier. Alle sind durchscheinend und lassen die Sonnenstrahlen hindurch.

In mittleren Breiten erreichen hohe Wolken 6-13 km (4-8 mi), und in tropischen Breiten erreichen sie 18 km (11 mi). Die Bewegung der oberen Wolkenschicht variiert mit der Windgeschwindigkeit von 10 bis 200 km/h (6 bis 124 mph).

• Cirrus. „Cirrus“ bedeutet eine Haarlocke oder Faser. Cirruswolken sehen aus wie Fäden aus Zuckerwatte, die den Himmel überqueren. Dies sind die höchsten Wolken am Himmel, die zwischen 5 und 10 km (3 und 6 mi) über dem Boden schweben und aus Eis bestehen. Sie sind oft Vorboten von schlechtem Wetter, aber es regnet nicht aus ihnen.
• Cirrocumulus. Cirrocumulus (Lat. cirrus “Haarlocke “ + cumulus “Haufen”) ist eine Art hoher Wolke, die in Höhen zwischen 6 und 11 km (4 und 7 mi) schwebt. Diese Wolken ähneln dünnen, weißen Flecken, Federn oder Schichten.
• Cirrostratus. Diese Art von Wolke sieht aus wie eine dünne, weißliche Decke. Ihr Name wird aus dem Lateinischen als „Haarlocke“ + „Schicht“ übersetzt. Manchmal sind Cirrostratuswolken fast unmerklich und verleihen dem Himmel nur einen weißlichen Schimmer, und manchmal sehen sie aus wie Fäden. Sie können sowohl extrem dünn als auch ziemlich dicht sein, was bedeutet, dass es schwieriger ist, dass Licht durch sie hindurchbricht. In einer Höhe von 5 bis 13 km (3 bis 8 mi) verursachen Cirrostratuswolken die Bildung von Halos um die Sonne (Parhelion) und den Mond (Parselena).

Wolken mit vertikaler Entwicklung

Dies sind Cumulus- und Cumulonimbus-Wolken, die sich in einer ziemlich hohen Höhe - bis zu 14 km (9 mi) - bilden können. Ihre unteren Schichten enthalten Wasser, während die oberen Eiskristalle enthalten. Je dunkler sie sind, desto mehr Feuchtigkeit enthalten sie, da die Sonnenstrahlen nicht durch das Wasserhindernis hindurchscheinen können. Wassertropfen aus dem unteren Teil der Wolke steigen in die obere Schicht auf, wo sie zu Eis werden und dann absteigen. Die Eisteilchen werden von Wasser umhüllt und steigen auf, wo sie erneut gefrieren. So entsteht Hagel.

Im Gegensatz zu anderen Wolken bildet sich eine Cumulonimbus-Wolke nur bei einem sehr schnellen vertikalen Anstieg feuchter Luft:

1. Feuchte warme Luft steigt intensiv auf.
2. Oben gefrieren die Wassertropfen.
3. Der obere Teil der Wolke wird schwerer, sinkt ab und streckt sich in Richtung des Windes.

Wie lange leben Wolken?

Das Leben einer Wolke hängt direkt von der Luftfeuchtigkeit ab. Ist sie niedrig, verdunstet sie ziemlich schnell. Einige Wolken leben beispielsweise nicht länger als 10-15 Minuten. Hohe Luftfeuchtigkeit kann die Lebensdauer einer Wolke verlängern, bis sie auf bestimmte Bedingungen trifft und Niederschlag fällt.

Egal wie lange eine Wolke lebt, ihr Zustand ändert sich ständig. Die Partikel, aus denen sie besteht, verdunsten und erscheinen ständig wieder. Selbst wenn die Wolke auf den ersten Blick ihre Höhe nicht ändert, bewegt sie sich ständig. Dies liegt daran, dass die Tropfen in ihr absinken, in die Luft unter der Wolke übergehen und verdunsten.

Zusammenfassung

Wolken sind ein kritischer Bestandteil der Meteorologie, da sie Wetterbedingungen, Temperatur und Niederschlagsmengen beeinflussen. Meteorologen nutzen Wolkenbeobachtungen, um Wetterbedingungen vorherzusagen, da verschiedene Arten von Wolken auf unterschiedliche atmosphärische Bedingungen hinweisen können. Zum Beispiel sind niedrige, dicke Wolken oft ein Zeichen für regnerisches oder stürmisches Wetter, während hohe, dünne Wolken auf milde Wetterbedingungen hinweisen können.

Die Wolkendecke kann auch die Temperatur beeinflussen, indem sie Sonnenlicht blockiert oder reflektiert, was wiederum Windmuster und Niederschläge beeinflussen kann. Das Verständnis der Wolkenbildung und ihres Verhaltens ist entscheidend für die Vorhersage von Wetter- und Klimaveränderungen.