Forschende entdecken verborgene Strukturen in Regenwolken
Forschende des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) haben in flachen Wolken bislang unsichtbare Strukturen entdeckt, die erklären könnten, wie Regen ohne Eiskristalle entsteht. Möglich wurde der Fund durch die eigens entwickelte Messplattform CloudKite. Die Ergebnisse sind im Fachjournal PNAS erschienen.
Bild: Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Der Frage nach der Regenbildung auf der Spur
Wie Regen in Wolken ohne Eiskristalle entsteht, gilt als eines der großen ungelösten Rätsel der Atmosphärenwissenschaft. Flache Cumulus-Wolken machen weltweit einen wesentlichen Anteil aller Wolkentypen über Land und Meer aus und bestehen ausschließlich aus winzigen flüssigen Wassertröpfchen. Damit Regen entstehen kann, müssen sich diese Tröpfchen zunächst zu größeren Tropfen verbinden. Was diese ersten Zusammenstöße auslöst, war bislang nicht geklärt, obwohl solche Wolken innerhalb weniger Minuten Niederschlag erzeugen können. Ein Verständnis dieses Vorgangs gilt als wichtige Voraussetzung für bessere Niederschlagsvorhersagen.
Um die Struktur einer Wolke mit hoher Auflösung zu untersuchen, entwickelte ein Team um Gruppenleiter Mohsen Bagheri und Institutsdirektor Eberhard Bodenschatz die CloudKite-Plattform. Sie besteht aus einem Helikite-Ballon, einer Mischung aus Heißluftballon und Drachen, der zwei speziell angefertigte optische Messsysteme trägt. Ein System rekonstruiert mithilfe von Lasern und Hochgeschwindigkeitskameras 75 Mal pro Sekunde die dreidimensionale Position und Größe einzelner Wolkentröpfchen, ein zweites misst die Turbulenz innerhalb der Wolke. Da sich der Ballon mit nur etwa zehn Metern pro Sekunde bewegt, deutlich langsamer als ein Forschungsflugzeug, sind Messungen im Abstand von 12 Zentimetern möglich, nach Angaben der Forschenden rund 250 Mal häufiger als bei bisherigen Beobachtungen aus der Luft.
Verborgene Hotspots stellen bisherige Annahmen infrage
Mit den Daten des CloudKite rekonstruierte das Team die innere Struktur eines 55 Meter langen Abschnitts einer flachen Cumulus-Wolke. Dabei zeigte sich, dass die Wolkentröpfchen nicht gleichmäßig verteilt waren, sondern sich in stark lokal begrenzten Bereichen von etwa einem Meter Durchmesser oder weniger sammelten. In diesen sogenannten Hotspots liegen die Tröpfchen deutlich näher beieinander als im Rest der Wolke, wodurch Zusammenstöße wahrscheinlicher werden. Erstautorin Birte Thiede sieht in diesen Hotspots mögliche Ausgangspunkte für einsetzenden Regen.
Die Beobachtungen stellen die bisherige Annahme infrage, dass sich Wolkentröpfchen nur schwach und gleichmäßig verteilt zusammenballen. Stattdessen deuten die Ergebnisse auf eine bislang unentdeckte innere Struktur von Wolken hin. Das Team untersucht nun, wie Turbulenz mit den beobachteten Hotspots zusammenhängt. Weitere Feldkampagnen mit dem CloudKite-Observatorium sind in Amazonien, an der Ostsee und in Nordfinnland geplant. Da warme Wolken, besonders in den Tropen, für einen Großteil des weltweiten Niederschlags verantwortlich sind, könnten die Erkenntnisse langfristig zu genaueren Wetter- und Klimavorhersagen beitragen.
Quelle: https://www.ds.mpg.de/4136129/260806_anatomy_clouds