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15.06.09 · 16:50 Uhr

Geschwindigkeitsübertretung bei Regentropfen

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 7

Wolkenbildung und wie Regentropfen entstehen, sind noch nicht so toll verstandene Prozesse (fein sagt man übrigens "Hydrometeore", aber wir sind ja hier unter uns). Da gibt es aber auch eine unverschämte Zahl an Zwischenschritte und Übergangsmöglichkeiten zwischen Eis, Wassertropfen, kollidierenden Tropfen, aufbrechenden Tropfen, anfrierenden Tropfen, Aufwärts- und Abwärtsströmungen etc. Die Massenspektren und Größenspektren, also wieviele Tropfen es von einer Größenordnung gibt, erstrecken sich über viele Ordnungen - und die ganzen Größensprünge muss man erstmal erklären.
Folglich ist Niederschlag noch eine der am schlechtesten verstandenen Komponenten von Wettervorhersage, aber gerade auch bei Messungen (z.B. durch Regenradar) stecken Annahmen aus den Größenspektren drin. Aber dennoch habe ich mich ein bißchen gewundert über die folgende Sache - dass die erst jetzt so bestimmt wurde, wo doch die Schlussfolgerung die drin steckt eigentlich einfach ist.

Es geht um die Geschwindigkeit, die ein Regentropfen erreichen kann. Diese ist stark von der Größe des Tropfens abhängig. Denn wir sind ja nicht im Vakuum, wo alles gleich schnell fällt - vielmehr löst sich das Problem als Kräftegleichgewicht zwischen Gravitationskraft und Reibungskraft. Dabei geht der Radius des Tropfens (bis ~1 mm Durchmesser) als dritte Potenz ein - sodass ein großer Tropfen um viele Ordnungen schneller fallen kann. Das, wie gesagt, die Größenverteilung sehr weit ist, kann man sich also vorstellen dass so ein großer Tropfen die kleineren beim Fallen überholt - oder manchmal trifft. Dabei kann es zum Aufbrechen eines großen Tropfens kommen, oder ein großer Tropfen kann auch einfach hydrodynamisch instabil werden.

In einer aktuellen Veröffentlichung in den Geophysical Research Letters lösen die Autoren aus Houghton und Mexico City jetzt ein Problem, das bislang entweder als Mess- oder Instrumentenfehler erklärt wurde: Nämlich dass es Tropfen gibt, die schneller fallen als sie nach dem Kräftegleichgewicht eigentlich dürften. Die Lösung liegt in den aufbrechenden großen Tropfen - wenn sich dort ein kleiner Tropfen abspaltet dann bewegt er sich natürlich zunächst mit der gleichen Geschwindigkeit weiter wie der große Tropfen - so kommen diese "superterminal drops" (also Tropfen die schneller sind als die eigentliche Endgeschwindigkeit im Fall) zustande.

Die Forscher konnten jetzt zwei DInge zeigen - einmal ergab der Einsatz spezieller Sensoren, dass diese Tropfen wirklich existieren. So kann ein Tropfen mit 100 µm Durchmesser, der normalerweise mit 30 cm/s fallen würde, mit 3 bis 4 m/s auf den Boden treffen. Und noch etwas konnte gezeigt werden - dass bei stärkerem Regen die Anzahl großer Tropfen ab- und die an überschnellen kleinen Tropfen zunimmt. Eine Beobachtung, die konsistent mit der Annahme ist, dass große Tropfen durch Kollisionen mit kleineren aufgebrochen werden.

(via ScienceNOW)

Referenz: Montero-Martínez, G., A. B. Kostinski, R. A. Shaw, and F. García-García (2009),
Do all raindrops fall at terminal speed?,
Geophys. Res. Lett., 36, L11818, doi:10.1029/2008GL037111

 

Autor: Jörg· 7 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: atmosphäre· forschung· geophysik· meteorologie· regen· umweltphysik· wetter· wettervorhersage