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Wie entstehen Wolken?

Eine Wolke ist eine Ansammlung von winzigen, flüssigen und/oder gefrorenen Wasserteilchen, welche in der Luft schweben oder fallen.

In einer Wolke können auch noch grössere Wasser- oder Eisteilchen enthalten sein und solche Teilchen, wie sie in Abgasen, Rauch (Russ) oder Staub vorkommen.

Wetter und damit auch die Winde und die Wolken entsteht durch den Einfluss der Sonne. Die Luft wird über dem Äquator starker erwärmt als die Luftmassen über den Polen. Der Wärmeunterschied zwischen den beiden unterschiedlich warmen Luftmassen ist der "Antriebsmotor" für eine globale Luftbewegung.

Die warme Luft fliesst von den Tropen in Richtung der beiden Pole.

Durch die Erdrotation und Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem Äquator zirkulieren die Luftmassen ständig in der Atmosphäre.

Die Wärmestrahlung der Sonne verdunstet die Wassermassen in den Ozeanen. Die erwärmte Luft kann viel Feuchtigkeit aufnehmen. Die feuchte, warme Luft steigt über den Ozeanen auf. Es bildet sich ein Tiefdruckgebiet. Der Luft- und Wasserkreislauf setzt sich in Bewegung.

Steigende Luft kühlt sich ab. Während der Abkühlung nimmt die relative Luftfeuchtigkeit zu.

Ein Kubikmeter Luft enthält immer mehr Feuchtigkeit. Nach Überschreiten der Sättigungsgsgrenze (100% relative Luftfeuchtigkeit = maximal möglicher Wassergehalt der Luft bei einer bestimmten Temperatur - die Luft kann keinen zusätzlichen Wasserdampf mehr aufnehmen) bilden sich aus dem überschüssigen Wasserdampf winzig kleine Wassertröpfchen (Durchmesser 0,001 bis 0,01 mm) mit der geringer Sinkgeschwindigkeit.

Die Wassertröpfchen werden bereits durch einen kaum merklichen Aufwind im Schwebezustand gehalten.

Eine Ansammlung der kleinen Wassertröpfchen wird als Wolke sichtbar. Bei tiefen Temperaturen gefrieren die Wassertröpfchen zu feinen Eisnadeln, Eisplättchen oder Schneekristallen.

Wolken besten in den erdnahen Schichten vorwiegend aus Wassertröpfchen und den höheren Schichten aus Eiskristallen.

Zu den «Homogenitus»-Wolken gehören Wolkengebilde, welche durch menschliche Aktivitäten erzeugt wurden.

Bei der Bildung von Regen, Nebel und Dunst spielen Festpartikel, sogenannte Kondensationskeime, eine wichtige Rolle. Als Kondensationskeime können u.a. Russ- und Staubpartikel wirken. Wasserdampf lagert sich an den Partikel an. Dabei entstehen kleine Wassertröpfchen. In den Wolken vereinigen sich die Wassertröpfchen zu grösseren Regentropfen. Ein Wassertropfen kann aus mehreren Millionen Wolkentröpfchen zusammensetzen. Die Regentropfen fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft dem Erdboden zu.

Nicht aus jeder Wolken fällt Niederschlag. Es müssen besondere Voraussetzungen erfüllt sein, damit Regen entstehen kann. Eine häufige Ursache für die Bildung von Regentropfen sind in einer Wolke enthaltene sehr kleine Eiskristalle. Diese Eiskristalle wachsen bei Verhältnissen unter 0 Grad Celsiusund fallen schliesslich der Erdoberfläche entgegen. Auf dem Weg zum Erdboden gelangen die Eiskristalle in wärmere Luftschichten, wo sie zu Regentropfen schmelzen.

Kühlt eine noch nicht mit Feuchtigkeit gesättigte Luftmasse so weit ab, dass die Sättigungsgrenze überschritten wird, kondensiert der Wasserdampf, einem Gas,in der Wolke zu Wassertröpfchen. Luftmassen können bei einer bestimmten Temperatur nur eine bestimmte Wasserdampfmenge enthalten. Die in der Luftmasse enthaltene Wärmeenergie vermag den Wasserdampf nicht im gasförmigen Aggregatszustand zu halten. Ein Teil des Wasserdampfs wechselt in den flüssigen Zustand.

Beim Verdunsten hat der Wasserdampf viel Energie aufgenommen, die er bei der Kondensation zu Tropfen wieder abgibt.

Die Luftfeuchtigkeit bezeichnet den Wasserdampfgehalt der Luft. Die Luftfeuchtigkeit kann als Dampfdruck, als absolute oder als relative Feuchtigkeit angegeben werden. Die relative Feuchtigkeit bezeichnet das Verhältnis in Prozent zwischen der effektiven und der maximal möglichen Menge Wasserdampf in einem Luftvolumen.

Warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als ein gleiches Volumen kalter Luft.
Gleiche Volumen unterschiedlich warmer Luft haben bei gleicher relativer Luftfeuchtigkeit unterschiedliche Dichten.
Ein Kubikmeter warme Luft enthält bei gleicher relativer Luftfeuchtigkeit mehr Wasserdampf als ein Kubikmeter kalte Luft.
Ein Kubikmeter kalte Luft ist bei gleicher relativer Luftfeuchtigkeit schwerer als ein Kubikmeter warme Luft.
Ohne den Einfluss von kräftigen Aufwinden sinkt kalte Luft.
Gewitter: Was geschieht in einer Cumulonimbus-Wolke?
Luftfeuchtigkeit

Die Werte für die Luftfeuchtigkeit bezeichnen den Wasserdampfgehalt einer Luftmasse.

Der Wasserdampfgehalt wird als relative Luftfeuchtigkeit in Prozent oder als absolute Feuchtigkeit in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter Luft angegeben. Für Meteorologen ist der Taupunkt einer Luftmasse wichtig. Der Taupunkt bezeichnet die Lufttemperatur in Grad Celsius, bei welcher der Wasserdampf zu Wassertröpfchen kondensiert.

Aus physikalischen Gründen kann eine Luftmasse bei einer bestimmten Temperatur nur eine gewisse Menge an gasförmigem Wasserdampf aufnehmen. Je höher die Lufttemperatur desto mehr Wasserdampf kann die Luft aufnehmen. Ist die Sättigungsgrenze (= 100% Luftfeuchtigkeit) erreicht, so scheidet die Luft den überschüssigen Wasserdampf in Form von Wassertröpfchen aus. Es bilden sich Wolken von Wassertröpfchen. Diesen Vorgang nennt man Kondensation (= den Übergang der Materie vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatszustand). Kühlt eine Luftmasse ab, so kondensiert weiterer überschüssiger, gasförmiger Wasserdampf zu flüssigem Wasser. Die Wolkenbildung verstärkt sich.

Taupunkt

Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kühlere Luft. Bei einer Lufterwärmung sinkt daher die relative Luftfeuchtigkeit. Die Luft trocknet aus. Je weniger Wasserdampf die Luft besitzt (also je trockener sie ist), desto tiefer liegt ihr Taupunkt.

Bei 15°C Lufttemperatur und 50% Luftfeuchtigkeit liegt der Taupunkt bei etwa 5°C. Die Luftmasse müsste auf 5°C abkühlen, bis der Kondensationsprozess einsetzen würde. Bei einer Lufttemperatur von 15°C und und einer Luftfeuchtigkeit von 80% liegt der Taupunkt bei etwa 12°C . Besitzt die 15°C warme Luft eine relativ Feuchtigkeit von 100%, so ist die Luft gesättigt. Ihr Taupunkt liegt in diesem Fall bei 15°C.

Meteorologen verwenden häufig die Taupunktdifferenz, um die Luftfeuchtigkeit zu umschreiben. Die Taupunktdifferenz bezeichnet den Unterschied zwischen der mit Thermometern gemessenen aktuellen Lufttemperatur und dem Taupunkt dieser Luft.

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Arten der Wolkenbildung

Wolken entstehen, wenn Luftmassen zum Aufsteigen gezwungen werden.Wir unterscheiden drei Ursachen für die Wolkenbildung:

Konvektionsbewölkung

Die Luftmassen befinden sich in einem Kreislauf. Die durch den Erboden oder eine Wasseroberfläche erwärmte Luft beginnt aufzusteigen. Während des Aufstiegs kühlt sich die Luft ab und es bilden sich Wolken (Gewitter - Wärmegewitter).

Staubewölkung

Sich horizontal bewegende Luftmassen müssen ein Gebirge überwinden und werden beim Hindernis zum Aufsteigen gezwungen. Vor der Gebirgsbarriere stauen sich die Luftmassen. Während des Aufstiegs an den Gebirgsflanken kühlt sich die Luft ab und es bilden sich Wolken (Föhn).

Frontalbewölkung

Warmfront

Sich horizontal bewegende warme Luftmassen (Warmfront) treffen auf eine träge kalte Luftmasse, wo sie zum Aufsteigen gezwungen wird. Während des Aufgleitens entlang der kalten Luftmassengrenze kühlt sich die Luft ab und es bilden sich Wolken. Die Wolkenart Altocumulus undulatus kündigt den Aufzug einer Warmfront an.

Kaltfront

Sich horizontal bewegende kalte Luftmassen (Kaltfront) treffen auf eine warme Luftmasse. Die schwerere kalte Luf drückt die leichteren warmen Luftmassen in grössere Höhen. Beim Aufsteigen kühlt sich die Luft ab und es bilden sich Wolken.

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