Wassertropfen fallen vom Himmel - Regen

Regen bezeichnet die häufigste Form flüssigen Niederschlags aus Wolken. Er besteht aus Wasser. Zunächst kondensiert der Wasserdampf. Wegen der Schwerkraft fallen die Wassertropfen auf die Erde.

Regentropfen können nicht größer als 9 Millimeter im Durchmesser werden, da sie sonst instabil werden und durch den Luftwiderstand auseinanderreißen.

Regen kann sowohl aus warmen Wolken (das heißt aus reinen Wasserwolken) als auch aus kalten Wolken (das heißt aus reinen Eiswolken) oder aus Mischwolken (Wolken mit Wassertröpfchen und Eiskristallen) fallen. Im Falle kalter Wolken und Mischwolken sind Regentropfen das Produkt geschmolzener fester Niederschlagsteilchen wie Schneeflocken, Graupelkörnern und Hagelkörnern.

Die Schleusen des Himmels öffnen sich! Eimerweise stürzt Wasser zu Boden, wo vorher noch die Sonne schien. Jeder kennt diese Situation, insbesondere im Frühling und im Sommer. Dann kommt es auch in unseren Breiten häufig zu starken Schauern und Gewittern. Diese sind lokal eng begrenzt. Während es an einem Ort dann sintflutartigen Regen gibt, bleibt es nur wenige Meter entfernt komplett trocken.

Der Anfang von Regen ist immer eine Wolke. Die darin enthaltenen Wassertröpfchen sind noch viel zu klein, als dass sie zu Boden fallen würden. Große Regentropfen entstehen durch zwei unterschiedliche Prozesse: Bei der sogenannten Koaleszenz stoßen größere Wolkentropfen mit kleineren zusammen und vereinigen sich. Wenn sie dann groß und schwer genug sind, stürzen sie zu Boden.

In unseren Breiten entsteht Regen vornehmlich durch Eiskristalle. Oft ist es so, dass die Temperaturen in der Wolke deutlich unter 0 Grad liegen. Die Tropfen müssen aber nicht zwangsläufig gefrieren. Meteorologen sprechen hierbei von unterkühlten Tropfen.

In erster Linie spielen Gefrierkerne eine große Rolle: Dabei handelt es sich um Aerosole oder um Rußteilchen, die von einem Wasserfilm ummantelt sind. Dieser Wassermantel um den Eiskern gefriert und zieht die unterkühlten Tröpfchen in unmittelbarer Umgebung wie ein Magnet an. Die unterkühlten Tröpfchen gefrieren dann direkt. Dieser Prozess wird auch Koagulation genannt.

Das Eiskristall wächst immer weiter an und wird schließlich so schwer, dass es nach unten fällt. Auf seinem Weg nach unten lagern sich weitere unterkühlte Tropfen oder Eiskristalle an. Hierbei entstehen dann Schneeflocken. Diese gelangen anschließend in einen Bereich über 0 Grad und schmelzen wieder. Weiter unten regnet es. Wenn jedoch die Luftschicht in Bodennähe sehr kalt ist, also Frost herrscht, dann gefriert der Regen.

Irrtümlich vergleichen viele Menschen die Form eines Regentropfens mit einer Träne. Solch eine Form ist in der Natur jedoch nicht möglich. Denn wenn Regentropfen fallen, dann treten zwei physikalische Kräfte gegeneinander an: Die Oberflächenspannung des Wassers und der Luftdruck.

Bei Tropfen mit einem Radius bis zu 1 Millimeter behält die Oberflächenspannung die Kontrolle, die sie zu einer Kugel formt. Sobald die Tropfen größer werden, wird die Unterseite immer weiter deformiert. In der Mitte sind sie durch den Fahrtwind etwas eingedrückt. Die Regentropfen haben zunächst eine ovale beziehungsweise eirunde Form mit einer Kuhle an der Unterseite.

Bei 4,5 Millimetern hat der Regentropfen eher die Form eines Fallschirms. Wird er größer, dann nimmt die Wahrscheinlichkeit immer mehr zu, dass der Regentropfen in mehrere kleine Tropfen zerstäubt, denn die Oberflächenspannung kann ihn während des Fallens nicht mehr zusammenhalten.

Die Niederschlagsmenge geben Meteorologinnen und Meteorologen und Wetterstationen meist in Millimeter (mm) an. Anschaulicher als diese Form ist die Angabe in Liter pro Quadratmeter. Die Umrechnung der beiden Einheiten ist einfach:

Die Einheit zeigt anschaulich, wie hoch die gefallene Wassersäule ist, vorausgesetzt, dass weder das Regenwasser abfließt noch verdunstet. Bei intensivem Regen kann man sich das direkt so vorstellen: Wenn in einem Behälter mit senkrechten Seiten nach einem Regen 20 Millimeter Wasser steht, hat es 20 Liter pro Quadratmeter geregnet. Für eine konkrete Aussage ist als weiterer Wert die Zeitspanne wichtig. Meist wird diese in Stunden, bei Starkregen während eines Gewitters oftmals auch in Minuten angegeben.

Übrigens kann auch stark nässender Nebel über längere Zeit Niederschlagsmengen von 0,1 bis 0,9 Millimetern hinterlassen.

Automatische Niederschlagsmesser, auch Ombrometer genannt, fangen den gefallenen Niederschlag in einem genau definierten Messbehälter auf. Diese Messbehälter müssen genormt sein, damit man die Regenmengen aus unterschiedlichen Regionen vergleichen kann. Ein Ombrometer läuft trichterförmig nach unten zu.

Bei Verdunstung können sonst die Messungen verfälscht werden. Der Trichter ist zudem mit einer Skala versehen, sodass sich die Regenmenge ablesen lässt. Die Auffangfläche ist exakt 200 Quadratzentimeter groß und kreisrund. Ferner befindet sich ein Ombrometer, wie auch andere Messapparaturen einer Wetterstation, in 2 Metern Höhe über dem Boden.

Hochgenaue Laser-Distrometer arbeiten nach dem Wägeprinzip. Die obere Deckfläche besteht aus einer Messmembran, auf die der zu messende Niederschlag fällt. Jeder einzelne auftreffende Regentropfen überträgt auf diese Membran einen bestimmten Impuls, der Laserstrahl wird hierbei unterbrochen und in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Der Impuls ist im Wesentlichen von der Masse des Regentropfens abhängig. Jede Unterbrechung des Laserstrahls wird schließlich gezählt und festgehalten. Ein Laser-Distrometer erfasst die Größe und Fallgeschwindigkeit des Niederschlags. Aus dem Verhältnis lässt sich bestimmen, um welche Niederschlagsart es sich handelt.

Niederschlagsmengen sind relativ. 20 Liter Regen pro Quadratmeter innerhalb von nur wenigen Stunden sind viel Wasser. Fällt die gleiche Menge über einen Zeitraum von einem Jahr, befindet man sich in der Wüste. Ein Gefühl für Niederschlagssummen bekommt man also nur, wenn man auch die Zeit betrachtet, in der der Regen fällt.

In Deutschland sind das etwa 750 Liter Regen und Schnee innerhalb eines Jahres auf den Quadratmeter. In den Wintermonaten fällt dabei sogar etwas mehr Niederschlag als im Sommer. Ganz andere Regensummen kennt man zum Beispiel in den Monsunregionen der Erde. In Indien werden dann über 1.000 Liter pro Quadratmeter in nur 24 Stunden registriert. Diese Mengen in Deutschland würden zu extremen Hochwasserkatastrophen führen.

Beide bestehen aus Eis und müssen vor dem Messen erst einmal geschmolzen werden. Die Höhe der daraus entstehenden Wasserschicht in Millimeter entspricht der Niederschlagsmenge, vorausgesetzt es verdunstet nichts beim Schmelzvorgang oder es entweicht keine Flüssigkeit aus der Messapparatur.

Bei Schnee gilt die Umrechnung nicht immer. Bei Neuschnee, der nicht zu feucht oder trocken ist, entspricht:

Wenn beim Schneefall Wind hinzukommt, braucht man im Regentrichter ein sogenanntes Schneekreuz. Die Schneeflocken werden dann nicht herausgeweht. Beim Schmelzen verdampft außerdem ein Teil des Schnees. Daher ist die gemessene Wassermenge ein wenig geringer.

Das Regenradar (Radio Detection and Ranging) ist ein wichtiges Werkzeug für Meteorologinnen und Meteorologen. Es erlaubt eine flächendeckende Wetterüberwachung im regionalen Bereich und wird zum Messen von Niederschlag benutzt. Das Radar sendet vom Boden aus regelmäßige Signale Richtung Himmel aus, die die Regentropfen, Schneeflocken oder Hagelkörner danach teilweise reflektieren.

Je mehr reflektierte Signale die Radaranlage und weitere Empfänger wie zum Beispiel Antennen registrieren, desto stärker ist der Niederschlag. Nachfolgend werden die Radardaten in einem Radarbild zusammengefügt. Die Messungen werden hierbei in Farben dargestellt. Bei WetterOnline entsprechen blaue Farben Regen, violette Farben Starkregen oder Hagel, rosa Farben Schnee. Je dunkler die Farbtöne, desto stärker fallen in der Regel die Niederschläge aus.

Der große Vorteil von Radarbildern ist die hohe räumliche und zeitliche Auflösung, besonders dann, wenn mehrere Radarbilder zu einem sogenannten Komposit zusammengefügt werden.

Außerdem lässt sich durch die sogenannte Dopplerfunktion des Radars bestimmen, in welche Richtung und wie schnell der Niederschlag zieht.

Die Regenmengen fallen von Klimazone zu Klimazone unterschiedlich stark aus. In warm-feuchten tropischen Regionen kommen zwischen 2.000 und 4.000 Liter pro Quadratmeter und Jahr zusammen. Das entspricht knapp 30 durchschnittlichen Badewannenfüllungen.

In Deutschland fallen im langjährigen Schnitt zwischen 500 und 1500 Liter pro Quadratmeter im Jahr. Im Osten ist es dabei trockener als im Westen und Süden. Den meisten Niederschlag bekommen bei uns die Mittelgebirgsregionen und die Alpen ab.

Weltweit fällt der meiste Niederschlag an der dem Wind zugewandten Luv-Seite tropischer Berghänge. Besonders nass ist es im Nordosten Indiens in den „Khasi Hills“.

In der dortigen Ortschaft Cherrapunji wurde mit 26.470 Litern pro Quadratmeter die bisher höchste Niederschlagsmenge in einem 12-Monats-Zeitraum registriert. Das benachbarte Mawsynram hält mit 12.440 Litern pro Quadratmeter den aktuellen Rekord für den höchsten durchschnittlichen Jahresniederschlag (gemittelt über einen Zeitraum von 30 Jahren).

Verena Leyendecker war auf einer Wetterweltreise zu Besuch in den nassesten Orten der Erde, die alles andere als nass aussahen:

Ursache für die hohen Regenmengen ist der jährliche Monsun. Südwestwinde treiben die feuchte Luft vom Golf von Bengalen Hunderte Kilometer über die Tiefebene Bangladeschs nach Norden. Auf der Hochebene der „Khasi Hills“ stauen sie sich.

Hier kann die Luft nur noch aufsteigen, wobei sie abkühlt und es schließlich regnet. Dabei fallen 90 Prozent der Niederschläge in nur sechs Monaten, nämlich während des Monsuns.

Die Wüste Atacama ist neben der Antarktis der trockenste Fleck der Erde. In Arica im Norden Chiles hat es zum Beispiel mehr als 14 Jahre (1903 bis 1918) gar nicht geregnet.

Auch in den vergangenen Jahrzehnten haben dort die Wetterstationen immer wieder den geringsten Niederschlag überhaupt gemessen. Verena Leyendecker berichtet während ihrer Wetterweltreise ebenfalls vom trockensten Ort der Erde.

Der Geruch von Frühlings- oder Sommerregen ist wahrnehmbar. Verantwortlich hierfür sind sogenannte Aromabläschen. Das Wasser der fallenden Regentropfen ist zunächst geruchlos. Sobald diese aufprallen, bilden sich kleine Luftbläschen, die sich mit Partikeln der Bodenoberfläche auffüllen. Sie sind gleichzeitig auch Träger der Duftaromen. Die Aromabläschen steigen aus dem dünnen Wasserfilm auf und bersten dabei. Dadurch werden die Aerosole, also das Gemisch aus Schwebeteilchen in den Bläschen, explosionsartig in der Umgebung verteilt.

Schon leichter Wind genügt, um die Aromastoffe nun noch weiter in der Luft zu verbreiten. Je langsamer leichte Tropfen bei einsetzendem Landregen auf den Boden fallen, desto mehr Zeit haben die Bläschen Aromapartikel aufzunehmen. Umgekehrt gibt es bei einem starken Gewitterschauer mit hoher Aufprallgeschwindigkeit der großen Tropfen nur wenig Zeit, die Duftaromen zu verteilen. Denn die Wasserschicht ist schnell zu dick und die Aromabläschen gelangen nicht mehr in die Umgebungsluft.

Nicht nur die Stärke des Niederschlags, sondern auch die Trockenheit und die Durchlässigkeit des Bodens bestimmen die Intensität des Duftes. Von trockenen Böden lösen sich die Aromapartikel leichter. Je trockener ein Boden ist, desto mehr Luftbläschen können demnach aus den Hohlräumen des Bodens aufsteigen. Dies trifft besonders auf Waldböden zu, die sehr intensiven Regengeruch verströmen.

Die hauptsächlichen Duftstoffe, die die Aromabläschen transportieren, sind Geosmin, Öle und Ozon. Als Geosmin wird ein Alkohol bezeichnet, der von Mikroorganismen produziert wird und erdig-muffig riecht. Öle werden von Pflanzen produziert und können die Luft ebenfalls aromatisieren. Dies gilt bei entsprechenden Konzentrationen auch für das farblose Gas Ozon, das aus dem Griechischen übersetzt sogar "Das Riechende" heißt.

Je nach Zusammensetzung von Geosmin, Ölen und Ozon können so die unterschiedlichsten Gerüche entstehen. Ein Regenschauer auf einem geteerten Parkplatz duftet anders als der Regen im Wald oder am Strand. Dass man den nahenden Sommerregen schon im Voraus wittern kann, liegt daran, dass der Wind die gelösten Aerosole aus einem ferneren Niederschlagsgebiet zu uns herüberweht.

Allerdings kann Regenwasser auch einen unangenehmen Gestank verursachen. In der Kanalisation und in Abwasserrohren sammeln sich Gase, die durch die Zersetzung von Essensresten, Fetten, Ölen und anderen organischen Resten entstehen. Weil diese Gase schwerer als normale Atemluft sind, verbleiben sie bei trockenem Wetter zunächst in den Rohren und in der Kanalisation. Sobald aber das Regenwasser einfließt, drückt es die Gase aus den Rohren und Gullys heraus. Dann beginnt es immer mehr zu stinken.

Regenwetter ist eigentlich ideal für Allergiker: Längerer Regen wäscht die Pollen aus der Luft und Betroffene können wieder frei durchatmen. Dann ist auch die richtige Zeit für einen ausgiebigen Spaziergang. Doch Pollenallergiker sollten erst einmal warten, denn in der Anfangszeit wirbelt Regen den Blütenstaub zunächst auf. Außerdem kann zu Beginn des Regens die pollenhaltige Luft bei geöffneten Fenstern in die Räume hereingedrückt werden, besonders wenn es stark windet oder sich der Luftdruck ändert.

Ein kurzer Schauer reicht dagegen nicht aus, die Pollen aus der Luft zu waschen. Im Gegenteil: Die Situation kann sich sogar verschlimmern. Die Pollenkörner können aufquellen, da sie mit den Regentropfen auf den Boden gedrückt werden. Die Pollen platzen auf und setzen schließlich eine hohe Konzentration an Allergenen frei. Schlimmstenfalls können sich diese Allergene mit Feinstaub verbinden, die dann besonders bei Wind leicht in die Atemwegsorgane eindringen. Allergiker sollten deshalb bei einem aufziehenden Regenschauer möglichst im Haus bleiben und die Fenster für eine gewisse Zeit schließen. Erst nach etwa einer halben Stunde sind Luft und Boden von Pollen gereinigt.

Die beste Wetterlage für Allergiker sind tagelange Regenfälle verbunden mit niedrigen Temperaturen. Denn diese nass-kalte Wetterlage verhindert, dass die Blüten überhaupt Pollen freisetzen.