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Neue Formel von Physikern des Weizmann Instituts koennte Niederschlagsvorhersagen verbessern
Physiker vom Weizmann Institut entdeckten, dass Turbulenzen in Wolken die Regenbildung beschleunigen koennen. In einer Studie, die in der Zeitschrift Nature veroeffentlicht wird, entwickelten sie eine Formel, die mit der sich berechnen laesst, wie schnell sich die winzigen Troepfchen einer Wolke in schwere Regentropfen verwandeln. Die Studie koennte ein wirksames Mittel zur Vorhersage von Niederschlaegen darstellen.
Wolken entstehen, wenn warmer Wasserdampf in die Atmosphaere aufsteigt. Beim Abkuehlen einer Wolke kondensiert der Wasserdampf zu immer groesser werdenden Troepfchen. Wenn sie schliesslich von der Anziehungskraft der Erde wieder zurueck auf den Boden geholt werden, nennt man das Regen. So einfach das klingen mag, so schwer laesst sich voraussagen, wann und wo genau es regnen wird. Niederschlaege werden von unzaehligen meteorologischen Faktoren wie Wind, Luftdruck, Warm- und Kaltfronten und - wie die neue Studie enthuellt - Luftturbulenzen innerhalb der Wolke beeinflusst.
Die Entstehung von Regentropfen erfolgt in zwei Stufen. Zuerst kondensieren winzige Feuchtigkeitstroepfchen und wachsen langsam, bis sie einen Durchmesser von 20 Mikrometern, also etwa 20 Tausendstel Millimeter haben. Bei dieser Groesse fangen die Troepfchen an, miteinander zu kollidieren und sich zu groesseren Tropfen von etwa einem Millimeter zusammenzufuegen. Die Kollisionen werden hauptsaechlich durch turbulente Luftstroeme verursacht, die Wirbel in der Wolke hervorrufen.
Das Weizmann-Team - Prof. Gregory Falkovich von der Abteilung Physik komplexer Systeme, der Student Alexander Fouxon und Gastforscher Michael Stepanov - entwickelte eine mathematische Formel, welche die Kollisionsrate der Troepfchen in einer turbulenten Wolke vorhersagt. Damit laesst sich wiederum eine Aussage darueber machen, wann es aus der Wolke regnen wird.
Im Rahmen der Studie entdeckten die Forscher den so genannten "Schleudereffekt", einem Mechanismus, der den Zusammenhang zwischen Turbulenz und Niederschlag erklaert. Der Schleudereffekt zeigt, dass Wirbelstroeme innerhalb einer Wolke wie kleine Zentrifugen wirken, die die schweren Troepfchen nach aussen schleudern, aehnlich wie eine Steinschleuder den Stein mit Hilfe der Fliehkraft beschleunigt. Die Troepfchen, die von einem Wirbel erfasst und nach aussen geschleudert werden, kollidieren mit groesserer Wahrscheinlichkeit mit anderen Troepfchen als jene, die friedlich in der Wolke umher schweben.
Nach den Berechnungen mit der Formel konnten die Forscher sagen: "Luft-Turbulenzen koennen das Auftreten von Regen ausloesenden Troepfchen beschleunigen." Mit anderen Worten: Regen bildet sich schneller in turbulenter Luft als bei Windstille oder ruhiger Luftstroemung.
Offensichtlich hat jede Wolke ein turbulentes Innenleben: Turbulente Stroeme unterschiedlicher Staerke existieren in allen Wolken. Die Formel des Weizmann Instituts, die Variablen wie Temperatur, Feuchtigkeit und Windgeschwindigkeit beruecksichtigt, koennte daher bei der Praezisierung verschiedener meteorologischer Vorhersagen sehr nuetzlich sein.
Die Forschung von Prof. Gregory Falkovich wird vom Asher und Jeannette Alhadeff Research Award gefordert.
Das Weizmann-Institut ist ein bedeutendes Zentrum fur wissenschaftliche Forschung und Hochschulstudien in Rehovot, Israel. Die 2,500 Wissenschaftler, Studenten und anderen Mitarbeiter des Instituts betreiben uber 1,000 Forschungsprojekte, die das gesamte Spektrum der heutigen Wissenschaft abdecken.
Die Nachrichten des Weizmann-Instituts sind im World Wide Web
unter http://www.weizmann.ac.il hinterlegt und ebenfalls unter http://www.eurekalert.org abrufbar.
Criteria of this press release:
Biology, Environment / ecology, Mathematics, Oceanology / climate, Physics / astronomy, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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