Regen

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Mit Regen bezeichnet man einen flüssigen Niederschlag mit einer Tropfengröße von meist 0,6–3 mm. Unterhalb von 0,5 mm spricht man von Sprühregen (auch Nieselregen). Regen ist außerhalb der Polargebiete die mengenmäßig bedeutendste Form des Niederschlages. Die Regenmenge wird in "mm Niederschlagshöhe" in einem genormten Auffangbehälter gemessen. 1 mm Niederschlag entspricht 1 Liter pro Quadratmeter, siehe dazu Regenhöhe.

22 Regen ubt.jpeg | Regentropfen auf einer Fensterscheibe.jpg

Entstehung und Formen

Regen entsteht aus Eiskristallen in der oberen Troposphäre, die als Kondensationskeime für die Ansammlung von weiteren Wassermengen dienen. Wenn sie dann aufgrund der Schwerkraft zur Erdoberfläche fallen, schmelzen sie aufgrund der Luftreibung und erhalten eine Tropfenform. Die Tropfengröße variiert. Der größte bisher fotografierte Tropfen hatte einen Durchmesser von 9 mm; dies ist aber sehr selten, da ein Tropfen in der Regel bereits ab 6 mm in kleinere Tropfen zerplatzt.

Unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen können Regentropfen auch verdampfen, bevor sie die Erdoberfläche erreichen (Geisterregen), bei tiefen Temperaturen in niedrigen Luftschichten hingegen auch gefrieren und als Eiskörner am Boden auftreffen (Eisregen, Hagel).

Ein Großteil des in der Erdatmosphäre enthaltenen Wasserdampfes verdunstet aus den Ozeanen. Daher sind Küstenlandstriche, an denen die vorherrschende Windrichtung landeinwärts und das Meer relativ warm ist, sehr niederschlagsreich.

Steigungsregen

Steigungsregen.jpg Steigungsregen, auch Stauregen genannt, ist eine Art der Regenentstehung. Wenn der Wind warme, feuchte Luft vom Meer oder Flachland an Gebirgszügen oder anderen orografischen Erhebungen aufsteigen lässt, wird die Luft mit zunehmender Höhe immer weiter abgekühlt. Dabei sinkt jedoch auch ihre Wasserdampfkapazität und die Lufttemperatur nähert sich immer weiter dem Taupunkt an. Zunächst kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der trockenadiabatischen Abkühlung um einen Grad Celsius pro 100 Höhenmeter ab. Sobald eine relative Luftfeuchtigkeit von 100 Prozent erreicht ist, kühlt sich die Luft nach dem Prinzip der feuchtadiabatischen Abkühlung nur noch um ungefähr 0,6 °C pro 100 Meter ab. Bei diesem Prozess kondensiert das gasförmige zu flüssigem Wasser, was latente Wärme freisetzt und zur Wolkenbildung führt. Je nach Stärke der Aufgleitbewegung und Luftfeuchtigkeit kommt es in der Folge zu oft heftigen Niederschlägen. Diese konzentrieren sich an den jeweiligen orografischen Hindernissen und erreichen daher oft hohe Niederschlagsintensitäten, was zu Überschwemmungen und Hangrutschen führen kann (in Mitteleuropa besonders bei Vb-Wetterlagen). Gebirge haben auf Grund dieser Vorgänge meist eine Regen- bzw. Wetter- und eine Regenschattenseite. Die Regenseite wird auch als Luv-Seite und die Regenschattenseite als Lee-Seite bezeichnet. Auf der Lee-Seite erwärmt sich die Luft nach der Abregnung trockenadiabatisch um ein Grad Celsius pro 100 Meter, was den meist regenarmen Föhn hervorruft.

Konvektionsregen

Konvektionsregen.jpg Der Konvektionsregen ist eine Art der Regenentstehung, die vor allem in den tropischen Gebieten am Äquator anzutreffen ist. Da es dort die ganze Zeit schwül warm ist, verdampft Oberflächenwasser in großen Mengen, kondensiert in der Höhe und es bilden sich Cumulus-Wolken, die häufig zu Gewittern führen. In diesen Gebieten kommt es deswegen am Nachmittag sehr häufig zu Niederschlägen.

Frontregen

Frontregen.jpg Frontregen, auch Platzregen genannt, ist eine Regenart, welche nach ihrer Entstehung an einer Front benannt ist.

Frontregen tritt dann auf, wenn warme, feuchte Luftmassen aus tropischen Gebieten auf kalte polare Luftmassen treffen. Dabei schiebt sich nun die Warmluft über die Kaltluft. Weiter oben und zwischen den Fronten kühlt sich die warme Luft ab. Es bilden sich Wolken und es beginnt zu regnen. Diese Art von Regen ist in Europa häufig anzutreffen. Er ist zeitlich nur von kurzer Dauer und auch örtlich sehr begrenzt. Es kann durchaus gelingen, einem solchen Regen alleine durch einen geringfügigen Ortswechsel auszuweichen.

Fallgeschwindigkeit

Der kondensierende Wasserdampf bildet zunächst Feinsttröpfchen, die mit zunehmender Größe immer schwerer werden. Wenn die Gewichtskraft der Tropfen größer als deren Auftriebskraft geworden ist beginnt es zu Regnen und die Regentropfen fallen mit zunehmender Geschwindigkeit zur Erde. Der Luftwiderstand der Tropfen nimmt mit dem Quadrat der Fallgeschwindigkeit so lange zu bis Gewichtskraft und Widerstandskraft gleich groß geworden; dann fällt der Regentropfen mit konstanter Fallgeschwindigkeit weiter. Dieses Kräftegleichgewicht bei konstanter Fallgeschwindigkeit ist Ansatzpunkt für die folgende annähernde Berechnung:

$\begin{matrix}
\mbox{Gewichtskraft } &=& \mbox{Luftwiderstandskraft } \\
F_G &=& F_L \\
m\cdot g &=& c_w\cdot A\cdot \frac{\rho_L }{2} \cdot {v_E}^2
\end{matrix}$

Diese Beziehung kann nach der Fallgeschwindigkeit aufgelöst werden: $v_E = \sqrt\frac{8\cdot r\cdot g\cdot \rho_W}{3\cdot c_W\cdot \rho_L}$ = 6,73 m/s = 24,23 km/h

Dabei haben die einzelnen Variablen folgende Bedeutung:

$m$ : Masse des Tropfens
$g$ : Erdbeschleunigung
$cW$ : Widerstandsbeiwert des Tropfens
$A$ : Kreisfläche des Tropfens als Widerstandsfläche
$\rho_L$ : Dichte der Luft
$v_{E}$ : max. Fallgeschwindigkeit
$r$ : Tropfenradius
$\rho_W$ : Dichte des Wassers

Wirkung

Regen wäscht die Luft aus. Neben dem Staub löst er auch Sauerstoff, Stickstoff, Kohlensäure, Schwefelsäure und Salpetersäure. Dadurch fördert er die Verwitterung von Gesteinen und wirkt als Dünger. Diese Beimengungen können so hoch konzentriert sein, dass er sich färbt (gelber Schwefelregen, roter Blutregen). Nach dem Regen ist auch die Pollenkonzentration der Luft reduziert.

Starker Regen führt zu Regenerosion des Bodens, aber auch an Maschinen (z. B. Flugzeugflügel), langanhaltender Regen kann zu Vernässung führen.

Siehe auch

spezielle Regenformen: Dauerregen, Gefrierender Regen, Saurer Regen, Sprühregen, Starkregen, Zenitalregen
Gewitter
Regenbekleidung
Regenradar
Regensensor - wird in Fahrzeugen zur automatischen Scheibenwischersteuerung eingesetzt
Regentropfen
Regenwasser
Regenzeit
Wasserdampf
Wetterkontrolle
Wolke

Weblinks

Herleitung der Fallgeschwindigkeit eines Regentropfens

Niederschlag

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