Niederschläge
Lotta Kohlbürger 9a
0. Einleitung
Im Rahmen der Facharbeit zum Thema "Messen und Auswerten von Wetterdaten" beschäftige ich mich nachfolgend mit dem Bereich der Niederschläge. Hierbei betrachte ich sowohl die Niederschläge und Messverfahren im Allgemeinen als auch meine selbst durchgeführten Messungen, die ich abschließend in Zusammenhang mit der Großwetterlage auswerte.
1.Was ist Niederschlag
Niederschlag ist ein Begriff aus der Meteorologie, der das Ausscheiden von Wasser aus der Atmosphäre in Richtung Erdboden meint. Zu den unterschiedlichen Niederschlagsarten zählen Regen, Schnee, Graupel, Hagel, aber auch Tau, Reif und Nebelnässe. Die häufigste Form des Niederschlags ist der Regen, mit dem ich mich ausführlich in meiner Storymap auseinandersetze.
1.1 Wie entsteht Niederschlag?
Scheint die Sonne auf feuchte Erde, Seen, Flüsse und das Meer, erwärmt sie diese und es verdampft Wasser. Der Wasserdampf steigt in der warmen Luft in die Höhe, wo es kälter ist. Aus dem Dampf entstehen nun Wassertröpfchen und sammeln sich zu Wolken. So lange die Tropfen noch klein sind, werden die Wolken vom Wind getragen und es fällt noch kein Regen. Die Tröpfchen verbinden sich nach und nach jedoch zu immer größeren Tropfen. Irgendwann sind sie so schwer, dass sie nicht mehr in der Luft schweben können und als Niederschlag vom Himmel fallen. Liegt die Temperatur über 0°C, fällt der Niederschlag als Regen auf die Erde. (vgl. https://www.ardalpha.de/wissen/umwelt/klima/regen-niederschlag-regenschauer-regenbogen-wetter-meteorologie-100.html#:~:text=Niederschlag%20ist%20ein%20Begriff%20aus,aber%20auch%20Schnee%20zählt%20dazu. )
Ob es regnet, schneit oder graupelt, hängt von der vorherrschenden Temperatur ab. Sie bestimmt auch, ob der gefallene Regen kondensiert und zu Tau oder Nebel wird.
In den hohen Wolken gefrieren die Wassertröpfchen zu Eiskristallen. Wenn sie auf den Boden fallen, werden bei Temperaturen von 0°C oder kälter daraus Schneeflocken. Man spricht dann von festem Niederschlag . (vgl. https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html;jsessionid=7E27C3332F3C80DD01642F8AF6F310EB.live21071?lv2=102248&lv3=102470 )
Wenn sich Pflanzen, Bäume oder Autos so weit abkühlen, dass sie den Taupunkt der Luft, die sie umgibt, unterschreiten, dann entsteht Tau. Die abgekühlte Luft kann den Wasserdampf nicht mehr halten, daher bilden sich an den Gegenständen kleine Tropfen. Das passiert vor allem morgens. (vgl. https://www.ardalpha.de/wissen/umwelt/klima/regen-niederschlag-regenschauer-regenbogen-wetter-meteorologie-100.html#:~:text=Niederschlag%20ist%20ein%20Begriff%20aus,aber%20auch%20Schnee%20zählt%20dazu. )
1.2 Aus welcher Wolke kommt welcher Regen?
Regen entsteht hauptsächlich in Mischwolken. Das sind all die Wolken, die sich in einem Temperaturbereich zwischen -10°C und -35°C bilden. Dauerregen bringen in der Regel Nimbostratus und die grau-bläulichen Wolkenfelder der Altostratus. Für Regenschauer sind in der Regel Cumulus congestus und Cumulonimbus-Wolken verantwortlich. (vgl. https://www.ardalpha.de/wissen/umwelt/klima/regen-niederschlag-regenschauer-regenbogen-wetter-meteorologie-100.html#:~:text=Niederschlag%20ist%20ein%20Begriff%20aus,aber%20auch%20Schnee%20zählt%20dazu.
2. Grundlagen zum Messwert
2.1 Wie wird Niederschlag gemessen?
An Messstationen wird die Menge des auf einen Quadratmeter gefallenen Niederschlags gemessen.Wenn ein Liter Wasser gleichmäßig auf einen Quadratmeter verteilt wird, entsteht eine Wasserschicht, die eine Höhe von einem Millimeter bzw. 1L/m2 gleich 1mm hat, deshalb wird die Niederschlagsmenge in der Regel in mm angegeben. Wie viel Niederschlag pro Fläche gefallen ist, ist im Prinzip einfach zu bestimmen, indem man den Niederschlag auffängt und anschließend sein Volumen bestimmt. Dies kann man mit einem beliebigen Gefäß machen, professioneller geht es mit unterschiedlichen Niederschlagsmessern, von denen ich nachfolgend einige exemplarisch vorstelle:
Niederschlagsmesser (nach Hellmann):
Er fängt den Niederschlag auf und sammelt ihn in einer Messschale/-zylinder, der gleich eine Skala in mm hat, so dass der Wert direkt abgelesen werden kann. Meistens wird der Auffangbehälter einmal täglich geleert. Diese Methode benutzt man in der Regel für den Regen. Auch Hagel und Graupel kann hiermit in geschmolzenem Zustand gemessen werden.
Niederschlagswaage:
Es wird durchgängig das Gewicht des Auffangbehälters gemessen und Gewichtsänderungen in Niederschlagsmengen umgerechnet.
Drosometer:
Mit Hilfe einer feinen Zeigerwaage, an der sich eine Platte befindet, die mit flockiger Wolle bedeckt ist, wird die Menge des Taus bestimmt, die sich in der Nacht darauf legt. An Hand der Gewichtszunahme kann die Taumenge bestimmt werden. (vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Tau_(Niederschlag)
Schneemessstäbe/ Schneewaagen:
In Schneegebieten benutz man häufig Schneemessstäbe oder -waagen.
Ombrometer
Ombrometer:
Sie sehen aus wie zu groß geratene Thermoskannen und registrieren die gefallenen Niederschalgsmengen in einem Becher, der Regen, aber auch Schnee, Graupel oder Hagel auffängt. Mit Hilfe einer elektronischen Waage wird das Gewicht des eingesammelten Wassers gemessen. Anschließend ermittelt der Rechner aus der Wassermenge die jeweilige Niederschlagshöhe. Diese werden jedoch zunehmend von Laserniederschlagsmonitoren ersetzt, bei deinen kein menschlicher Beobachter mehr nötig ist.
Wie wird der Niederschlag beim deutschen Wetterdienst gemessen?
Der DWD betreibt eine Vielzahl von Messstationen ( ca. 1900), die über ganz Deutschland verteilt sind. Hier werden z.Bsp. die oben genanten Ombrometer verwendet. Hinzu kommen weitere Messungen von konventionellen Niederschlagsstationen (ca. 1650). Hierbei handelt es sich um ehrenamtliche Wetterbeaobachter, die mit Hellmann-Niederschlagsmessern (s.o.) ausgestattet sind. (vgl . https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2018/11/28.html )
2.2 Mögliche Fehler bei Messungen
Bei Niederschlagsmessungen können je nach Wettersituation mehr oder weniger große Fehler auftreten:
- Starker Wind verursacht große Abweichungen im Auffangbereich.
- Hohe Sonneneinstrahlung und hohe Temperaturen können dafür sorgen, dass große Teile des gesammelten Niederschlags verloren gehen. (vgl. https://www.tagesschau.de/wetter/wetterthema/2024-02-07-regenmessung-102.html )
Auch die Wahl des Aufstellortes ist wichtig! Ein Standort neben steilen Hängen wäre ungünstig, weil sie die Windverhältnisse und Temepraturmessungen verfälschen können. Hindernisse, Gebäude, Bäume,... müssen sollten ebenfalls doppelt so weit entfernt sein wie sie hoch sind.
Bei Niederschlagsmessungen an festen Orten handelt es sich um Punktmessungen, mit denen man nicht immer auf die Niederschlagsmengen in der Fläche schließen kann. Z.Bsp. lokale Schauern oder Gewitter, die zwischen den einzelnen Stationen auftreten, werden nicht erfasst. (vgl. https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2018/11/28.html )
2.3 Bau, Verwendung und Erklärung eines einfachen Messgerätes
Um ein einfaches Messgerät für Niederschlagsmessungen selbst zu bauen, braucht man lediglich folgende Gegenstände aus dem Haushalt:
Ein ausreichend großes Gefäß zum Auffangen des Niederschlags (sollte nicht überlaufen!); Öffnung und Boden sollten gleich groß sein!
Ein Lineal oder Geodreieck, mit dem der Niederschlag gemessen wird.
Die Messungen werden über einen festgelegten Zeitraum immer im Abstand von 24 Stunden durchgeführt, um gleich große Messzeiträume zu haben.
Zunächst stellt man das Gefäß nach draußen und notiert die Uhrzeit. Am nächsten Tag misst man zur selben Uhrzeit den Niederschlag mit Hilfe des Lineals (oder Geodreicks) ab. Hierfür stellt man das Lineal gerade in das Gefäß und liest die Niederschlagsmenge ab. Danach muss man nur noch die gemessenen cm in mm umrechnen und in eine Tabelle eintragen.
1cm gleich 10mm
Über den zuvor festgelegten Zeitraum wiederholt man die Messung täglich und vergleicht die Ergebnisse schließlich. Wichtig ist es, dass die Messung immer um dieselbe Uhrzeit passiert, damit der Zeitraum der Messung immer gleich lang ist. Nur so können die Niederschlagsmengen mit einander verglichen werden.
Orte der Messung
2.3.1 Durchführung meiner Messung
Ich habe diese Messungen an drei verschiedenen Orten, die in der Karte markiert sind, durchgeführt und die Ergebnisse dann in einer Tabelle notiert.
Zur leichteren Auswertung habe ich die Ergebnisse in einem Diagramm zusammengefasst.
Die folgenden Ergebnisse sind im Zeitraum vom 10.3. bis 14.3.2024 täglich um 22 Uhr gemessen worden.
2.4 Auswirkungen der aktuellen Wetterlage auf die Niederschläge
Abhängigkeit von Luftfeuchtigkeit und Niederschlag:
Regen bzw. Niederschlag entstehen, wenn feuchte Luft aufsteigt und kondensiert. Die Luft enthält immer einen unsichtbaren Anteil an Wasserdampf. Ist die Luft wärmer kann sie auch mehr Wasserdampf aufnehmen. Ist die Luft gesättigt (gesättigt bedeutet, dass sie keinen Wasserdampf mehr aufnehmen kann) kondensiert der Wasserdampf. Den kondensierten Wasserdampf sehen wir dann als Nebel oder Wolken. Genauso kommt es zu Wolken und damit auch zur Regenbildung. Werden die Tropfen immer größer, sind sie irgendwann so schwer, dass sie nicht mehr in der Luft schweben können und als Niederschlag zur Erde fallen. (vgl. Siemens Stiftung 2016, Inhalt lizensiert unter CC BY-SA 4.0 international)
Abhängigkeit von Temperatur und Niederschlag:
Damit das Wasser kondensiert muss der Wasserdampf ansteigen und abkühlen. Durch die Abkühlung entstehen Wolkentröpfchen, die dann in eine Form von Niederschlag umgewandelt werden. Liegt die Temperatur über 0°C, fällt der Niederschlag als Regen auf die Erde. Ist die Temperatur unter 0°C, gefrieren die Tropfen zu Eiskristallen. Der Niederschlag fällt dann als Schnee.
Abhängigkeit von Wetter und Luftdruck:
Der Luftdruck ist nicht überall gleich, sondern ständig wechseln die Gebiete mit hohem und tiefem Luftdruck. Gebiete in denen der Luftdruck groß ist, nennt man Hochdruckgebiete H, dort ist das Wetter meist schön. Wenn der Luftdruck niedrig ist, spricht man von einem Tiefdruckgebiet T. Dort ist es meist wolkig. ( https://wetterkanal.kachelmannwetter.com/welche-bedingungen-spielen-fuer-starkregen-eine-rolle/ )
2.5 Auswertung der Messergebnisse im Bezug zur aktuellen Wetterlage
Westfälische Rundschau Nr. 59, Samstag 9.März 2024
Für meinen Messzeitraum habe ich zunächst die Großwetterlage (siehe oberes Bild) betrachtet sowie zusätzlich den Wetterbericht von drei exemplarischen Tagen aufgeführt, um meine Messergebnisse in Bezug zur Wetterlage zu setzen. Die ausgewählten Tage zeigen jeweils eine Wetteränderung auf, die auch zu meinen Messergebnissen in dem obigen Diagramm passen. Zu Beginn meiner Messungen lag noch ein Hochdruckgebiet über NRW und auch über dem Ennepe-Ruhr-Kreis, was in der Regel sonniges Wetter mit sich bringt und somit kein Niederschlag gemessen werden konnte. Die Temperaturen waren mild und der Wind war nur mäßig. Vom 11.3 bis zum 13.3.2024 lag ein Tiefdruckgebiet über nahezu ganz NRW und somit auch über meinen Messpunkten im Ennepe-Ruhr Kreis. Es war überwiegend stark bewölkt mit anhaltenden Schauern und teilweise mit Dauerregen. Die Temperaturen waren mit 8°C bis 14°C mild und lagen deutlich über dem Gefrierpunkt von 0°C, so dass der Niederschlag als Regen gefallen ist. Die größte Niederschlagsmenge konnte, wie schon im Wetterbericht vorhergesagt, am 13.3.2024 notiert werden. Der Wind zeigte sich schwach bis mäßig, so dass ich von nur minimalen Abweichungen meiner gemessenen Regenmenge ausgehe.
Exemplarisch Wetterkarte vom 10., 11. und 14.3.2024 (vgl. https://14-tage-wettervorhersage.de/wetter/wetterbericht/nordrhein-westfalen/?val=2024-03-10
3. Fazit
Schluss endlich kann man sagen, dass die Messungen der Niederschlagsmenge häufig relativ genau waren, auch wenn man sie zuhause gemacht hat. Die Großwetterlage in meinem Messzeitraum sorgte für milde, nicht zu heiße Temperaturen, so dass es nicht zu Verdunsstungen der Niederschläge gekommen ist. Auch der überwiegend nur schwache bis mäßige Wind hat vermutlich zu keinen Verfälschungen meiner Messergebnisse geführt. Da ich allerdings nur an drei Messpunkten gemessen habe, handelt es sich um Punktmessungen und so kann es zu größeren Abweichungen unter den einzelnen Messpunkten und somit zu ungenauen Messungen führen. So sind am 11.3.2024 relativ große Abweichungen zu sehen, die zum einen an ungenauen Messungen zum anderen aber auch an den Punktmessungen liegen kann. Es kann zu örtliche Schauern an einzelnen meiner Messpunkte gekommen sein, die an den anderen Punkten nicht zu messen waren. Ein Nachteil meines gewählten Messverfahrens ist jedoch, dass nur Informationen über die insgesamt gefallene Regenmenge erfasst werden konnte, nicht jedoch über den Zeitpunkt oder die Art der Niederschläge.
Insgesamt bin ich erstaunt, dass ein einfaches Messverfahren, so genaue Messwerte ermitteln kann.
Quellenverzeichnis
Siemens Stiftung 2016, Inhalt lizensiert unter CC BY-SA 4.0 international)
