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22.04.2014

Quellwolken, Schauer und Gewitter

Quellwolken, Schauer und Gewitter gehören sicher zu den interessantesten Wetterphänomenen. Doch wie entstehen sie und unter welchen Bedingungen?

Luft enthält stets eine gewisse Menge an Wasserdampft, das heißt gasförmigen Wassers. Die Menge des Wasserdampfes ist nach oben hin begrenzt, wobei die Lufttemperatur hierbei den kontrollierenden Faktor darstellt. Bei hohen Temperaturen ist der Gehalt an Feuchtigkeit größer als bei niedrigen. Kühlt Luft ab, so sinkt die Menge an Wasserdampf, die sie maximal enthalten kann. Bei anhaltender Abkühlung wird daher irgendwann eine Temperatur erreicht, bei welcher der maximal mögliche Gehalt an Wasserdampf gerade noch dem aktuellen Gehalt entspricht. Die Lufttemperatur hat dann den sogenannten Taupunkt erreicht. Kühlt sie weiter ab, wird in der Folge der überschüssige Teil des vorhandenen Wasserdampfs kondensieren. Es bilden sich je nach Temperaturverhältnissen Wassertröpfchen oder Eiskristalle.

Genau dies geschieht prinzipiell auch, wenn Quellwolken entstehen. Sie haben ihren Ursprung in Warmluftblasen, die vom Boden bis in größere Höhen aufsteigen und hierbei abkühlen. Heizt die Sonne den Erdboden tagsüber auf, erwärmen sich auch die bodennahen Luftschichten. Je nach Beschaffenheit des Untergrundes fällt diese Erwärmung unterschiedlich stark aus. Über einer Wiese bleibt es bspw. kühler als über einer Ackerfläche.
Da warme Luft eine geringere Dichte als kältere Luft besitzt, erfährt die Luft über den stärker aufgeheizten Zonen einen Auftrieb. Hier können sich Luftpakete in Form von Warmluftblasen vom Boden lösen und schließlich in die Höhe steigen.

Mit zunehmender Höhe wird der Luftdruck kleiner. Daher dehnt sich ein aufsteigendes Luftpaket aus und kühlt dabei aus thermodynamischen Gründen ab. Diese Abkühlung beträgt pro 100 Metern Aufstiegshöhe etwa 1 Grad. Erreicht das Luftpaket eine Höhe, bei der seine Temperatur bis auf den Taupunkt gesunken ist, setzt schließlich Kondensation ein, und eine Quellwolke beginnt ihren Lebenszyklus.

Wie hoch das Luftpaket weiter aufsteigt, hängt davon ab, wie lange es seinen Auftrieb behält, das heißt, wie lange es wärmer bleibt als seine Umgebung. Erreicht das Luftpaket ein Höhenniveau, auf welchem seine Temperatur gleich der Umgebungstemperatur ist, so endet sein Aufstieg. Wie mächtig die Quellwolken werden und, ob sie sich überhaupt bilden können, ist daher neben dem Feuchtegehalt der Luftmasse vor allem eine Frage der Temperaturschichtung der Atmosphäre. Beides variiert je nach Jahreszeit und Wetterlage stark. Man spricht von stabilen oder labilen Verhältnissen. Günstig für die Ausbildung hochreichender Quellwolken ist dabei eine hohe Luftfeuchtigkeit in den bodennahen Luftschichten sowie eine über viele Kilometer hinweg ausreichend große Temperaturabnahme mit der Höhe.

Je länger der Auftrieb nach dem Erreichen des Taupunktes anhält, nicht nur umso mächtiger wird die Quellwolke, sondern desto wahrscheinlicher werden auch ihre typischen Begleiterscheinungen. Sinkt die Temperatur der Luftpakete beim Aufsteigen in der Wolke unter rund -15 °C, bringt die Wolke in den meisten Fällen auch einen Schauer hervor. Ein schweres Gewitter mit Hagel kann man bei Temperaturen an der Wolkenobergrenze von -45°C oder darunter erwarten.


22. April 2014

Dipl.-Met. Rainer Behrendt

ARD-Wetterredaktion