Niederschlag

Unter Niederschlag versteht man in der Meteorologie Wasser inklusive dessen Verunreinigungen, das aus Wolken, Nebel oder Dunst (beides Wolken in Kontakt mit dem Boden) oder wasserdampfhaltiger Luft (Luftfeuchtigkeit) stammt und das

infolge der Schwerkraft in flüssiger oder fester Form auf die Erde fällt
oder vom Wind aufgewirbelt wird
oder sich auf der Erdoberfläche ablagert oder abfließt
oder sich in fester Form aus (unterkühltem) Wasser als Vereisung an Oberflächen anlagert
oder sich als Beschlag[1][2] direkt durch Kondensation oder Resublimation an Objekten absetzt.[3]

Entstehung

Durch Verdunstung und Sublimation gelangt Wasserdampf in die Atmosphäre. Wolken entstehen von Kondensationskeimen ausgehend durch Kondensation der Feuchtigkeit in der Luft. Um wieder als Niederschlag auf die Erdoberfläche fallen zu können, muss die Größe (bzw. Masse) der kondensierten Teilchen einen bestimmten Wert überschreiten. Durch den Niederschlag wird der Wasserkreislauf geschlossen.

Auswirkung

Die Häufigkeit und die durchschnittliche Menge des Niederschlages sind charakteristisch für die entsprechenden geographischen Gebiete. Der Niederschlag ist dabei ein hygrischer Faktor, der das lokale Klima mitbestimmt. Besonders für die Landwirtschaft ist er relevant, da erst ab einer bestimmten Niederschlagsmenge erfolgreicher Regenfeldbau möglich ist. Aus einer angetroffenen Ökozone kann daher meist grob auf eine mittlere Niederschlagsmenge gefolgert werden.

Bei der Kondensation aus feuchter Luft geht Kondensationswärme, beim Resublimieren geht Resublimationswärme aus dem Wasserdampf, beim Gefrieren geht Gefrierwärme aus dem Wasser in die Umgebung (Luft, Wasser, Bewuchs, sonstige Oberflächen) über. Gefriert unterkühlter Nebel oder unterkühlter Regen, so ist der Wärmeübergang gering. Beim Verdunsten und Sublimieren von Niederschlag wird Wärme der Umgebung entzogen, dies wirkt abkühlend auch auf die Erdoberfläche und reguliert teilweise das (Mikro-)Klima.

Beispiele für Niederschlag

Flüssiger Niederschlag

fallend	aufgeweht	abgelagert oder abfließend	angelagert	kondensiert
Regen Eisregen Tropfen	Schlagregen	Regenpfütze Regenwasser Schneeschmelze	Nebeltraufe Nebeltau	Tau Kondenswasser

Fester Niederschlag

fallend	aufgeweht	abgelagert	angelagert (Vereisung)	resublimiert
Schnee Graupel Hagel Schneegriesel Eiskorn	Schneegestöber Schneesturm Blizzard Schneetreiben Schneefegen Triebschnee Flugschnee	Schneedecke Schneeverwehung Schwimmschnee Wechte Schneematsch	Raureif Raufrost Raueis Eisblume Eis Klareis Eisglätte Eiszapfen	Reif Flimmerschnee

Spezifikationen

Regen

Schnee

Hagel

Raureifregen – tauender Raureif regnet von Bäumen

Bezeichnung	Art	Endzustand	Beschreibung
Regen	fallend	flüssig	Wasser in Tropfenform, andere Typen: Nieselregen, Eisregen (unterkühltes Wasser, das schlagartig bei Auftreffen gefriert)
Nebelnässen	fallend	flüssig	Wasser in sehr kleiner Tropfenform, deswegen sehr kleine Niederschlagsmenge
Schnee	fallend	fest	lockere, feste Form (ab etwa −12 °C kondensiert der Wasserdampf direkt zu kleinen Eiskristallen (sog. Resublimation – die aber bei Meteorologen oftmals nur Sublimation genannt wird), die sich dann zu Schneeflocken zusammenballen).
Graupel	fallend	fest	Unregelmäßige, feste, sehr leichte (lufthaltige) Form (gefrorene Körnchen von 2–5 mm Größe, die durch kräftige Aufwinde etwa an Kaltfronten entstehen können).
Hagel	fallend	fest	Gefrorene Regentropfen (Eis), > 5 mm Durchmesser, die aus einem Kondensationskern und mehreren gefrorenen Schichten bestehen. Es gibt auch unregelmäßig geformte bzw. aus mehreren Einzelkörnern zusammengesetzte Hagelkörner. Die Entstehung erfolgt in Schauern und Gewittern mit sehr starken Aufwinden.
Polarschnee	fallend	fest	Eisnadeln, die bei starkem Frost unmittelbar aus dem Wasserdampf der bodennahen Luft resublimieren und dann zu Boden fallen.
Tau	abgesetzt	flüssig	Wasserdampf, der an Objekten zu feinen Wassertröpfchen kondensiert
Reif	abgesetzt	fest	Wasserdampf, der an Objekten zu feinen, und auf ausgedehnten kalten Flächen (Schnee- bzw. Eisfeldern) bis zu 5 cm großen Eiskristallen resublimiert.

Künstlicher Niederschlag

Niederschlag kann unter bestimmten meteorologischen Konstellationen künstlich erzeugt werden, indem eine große Menge an künstlichen Eiskeimen, also Kondensationskernen (z. B. Silberiodid) in unterkühlte Wolken ausgebracht wird; siehe Hagelflieger. Aus großtechnischen Wasserdampfemissionen stammender Industrieschnee ist ebenso künstlicher Niederschlag, der zivilisatorisch bedingt entstehen kann.

Abgrenzung

Kunstschnee von Beschneiungsanlagen, Kunsteis und Schwarzeis (gefrorenes See- und Meerwasser) werden nicht zu den Niederschlägen gezählt, weil das Wasser nicht direkt und hauptsächlich aus Wolken, Nebel oder Luftfeuchtigkeit stammt. Ortsverlagerter Niederschlag (beispielsweise vom Schneepflug versetzter Schnee, Sprühfahnen, Dachlawinen, Regenwasser in Fließgewässern) bleibt trotzdem Niederschlag.

„Regen“ aus Beregnungsanlagen wird i. A. nicht dem Niederschlag zugerechnet, kann jedoch durch die dadurch erhöhte Verdunstung zu vermehrter Wolkenbildung und erhöhtem „allgemeinem Niederschlag“ führen.

Gesetzmäßigkeiten der räumlichen Verbreitung der Niederschläge

In den Gebirgen hängen die Niederschlagsmengen von der Streichrichtung zum herrschenden Luftstrom ab (siehe Luv und Lee).
Festlandgebiete erhalten geringere Niederschläge als Meeresgebiete auf gleicher geographischer Breite (siehe Seeklima, Kontinentalklima).
Hohe Niederschlagssummen in Äquatornähe und gemäßigten Breiten wechseln sich mit niedrigen Niederschlagssummen in den außeräquatorialen Tropen und Polargebieten ab (siehe Tropen, Subtropen, Gemäßigte Zone, Polarklima).
In den Tropen sind die Ostteile der tropischen Meere ganzjährig feucht, dagegen sind die Westteile nur im Sommer und im Herbst feucht.

Niederschlagsmessung

Messgeräte, Maßeinheiten und Messmethoden

Regenmesser

Gemessen wird mit zwei verschiedenen Arten von Messgeräten:

nichtregistrierende Niederschlagsmesser (Regenmesser)
registrierende Niederschlagsmesser (Niederschlagsschreiber, Pluviographen)

Die meisten Niederschlagsmesser sammeln den Niederschlag als punktuelle Niederschlagsmessung in einem Messgefäß. Ein Millimeter (Maßeinheit) entspricht der Wasserhöhe (Niederschlagshöhe) von 1 mm, die sich ergäbe, wenn kein Wasser abflösse oder verdunstete. Alternativ wird oft auch die Wassermenge (Niederschlagsmenge) in $\mathrm {l} /\mathrm {m} ^{2}$ (ebene Fläche) angegeben. Ein Millimeter ist gleich einem Liter pro Quadratmeter. Jene Anteile, die nicht in Form flüssigen Wassers vorkommen, werden entweder in die entsprechende Menge desselben umgerechnet (sofern die Dichte bekannt ist), oder bei Schnee und Hagel durch leichte Erwärmung, um die Verdampfung und den Messfehler zu verringern, in Wasser umgewandelt.

Neben der direkten Berechnung vor Ort können Niederschlagsintensitäten auch durch Radarmessungen bestimmt werden. Dazu zieht man die von der Stärke des Regens abhängige Radarreflektivität heran. Über Niederschlagsradare können die gefallenen Mengen inzwischen auch flächendeckend geschätzt werden. Vor allem im Bereich des Hochwassermanagements ist dies von Bedeutung (punktuelle Messwerte verifizieren bzw. kalibrieren). Neben der reinen Niederschlags-Höhe bzw. Menge sind dabei vor allem auch die Niederschlagsintensität und die Niederschlagsdauer wichtig.

Langfristige (klimatologische) Niederschlagsmessungen lassen statistische Berechnungen zu, um die mittlere Häufigkeit von unterschiedlichen Niederschlagsereignissen (v. a. Starkregenereignisse) anzugeben, die Intensität und Dauer zueinander in Bezug setzen.

Niederschlagshöhe

Die Niederschlagshöhe wird in der Meteorologie für Regen üblicherweise in Millimeter (Wasserhöhe) angegeben und für gefrorene Niederschläge in Zentimeter. Sie gibt wiederum Aufschluss über die Niederschlagsmenge.

Mit „kleiner 0,1 mm“ wird eine Niederschlagshöhe, bzw. die daraus resultierende Niederschlagsmenge angegeben, wenn sie nicht messbar ist.

Bei Schneefall, Hagel oder Graupel wird sie in $\mathrm {cm}$ (Zentimeter) angegeben. Eine Umrechnung in die Niederschlagsmenge in Liter bzw. in die wasseräquivalente Niederschlagshöhe pro Quadratmeter kann nur nach Bestimmung der Dichte erfolgen, da bei gefrorenen Niederschlägen große Unterschiede bestehen können:

Für Schnee liegt die Dichte zum Beispiel zwischen $30\,\mathrm {kg} /\mathrm {m} ^{3}$ (trockener, lockerer Neuschnee) und $200\,\mathrm {kg} /\mathrm {m} ^{3}$ (stark gebundener Neuschnee): Neuschnee hat also etwa ¹⁄₁₀ (bis ¹⁄₁₅ – ¹⁄₃₀) der Dichte von Wasser, setzt sich aber recht schnell (innerhalb von Stunden, insbesondere durch das Gewicht der darübergeschneiten Schichten) auf grob ¹⁄₃, so dass 1 Meter Neuschnee und 30 cm gesetzter Schnee etwa 100 mm Regen entsprechen.
Bei Hagel bezieht sich die Angabe der Niederschlagshöhe nur auf die Dauer eines Ereignisses und meist nur auf die Höhe der Hagelschicht am Boden (Der Niederschlag in Form von Regen wird extra angegeben). Sie wird entsprechend den Umrechnungen für lose Schüttungen in Wassermenge umgerechnet.

Niederschlagsmenge

Man betrachtet das flüssige Wasser (Niederschlagswasser), das sich bei Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Nebel usw.) in einer definierten Zeitspanne (siehe auch Niederschlagsintensität) in einem nur nach oben offenen Gefäß mit definierter horizontaler Öffnung sammelt. Als Niederschlagsmenge bezeichnet man das Volumen der Flüssigkeit bezogen auf die Fläche der Öffnung und gibt sie an in Litern pro Quadratmeter (1 Liter ist 1 Kubikdezimeter). Mit der Umrechnung

1\,{\frac {\mathrm {l} }{\mathrm {m} ^{2}}}=1\,{\frac {\mathrm {dm} ^{3}}{\mathrm {m} ^{2}}}={\frac {(0{,}1\,\mathrm {m} )^{3}}{\mathrm {m} ^{2}}}=0{,}001{\frac {\mathrm {m} ^{3}}{\mathrm {m} ^{2}}}=0{,}001\,\mathrm {m} =1\,\mathrm {mm}

kann sie auch in der Einheit Millimeter angegeben werden. Möchte man aus der Millimeter-Angabe (bzw. der Angabe in Litern pro Quadratmeter) die tatsächliche Niederschlagsmenge in Litern bezogen auf eine bekannte Sammelfläche berechnen, so muss die genannte Größe mit der waagrecht projizierten Sammelfläche in Quadratmetern multipliziert werden:

\mathrm {mm} \cdot \mathrm {m} ^{2}={\frac {\mathrm {l} }{\mathrm {m} ^{2}}}\cdot \mathrm {m} ^{2}=\mathrm {l}

Das übliche Messintervall (es ist immer mit anzugeben) sind 24 Stunden (1 Tag), aber auch 48 oder 72 h und so fort für länger dauernde Starkregen-Ereignisse, für Schlagregen auch 1 Stunde und entsprechend mehr, aber auch bis hin zu 5 Minuten (etwa als Bemessung für Abflusseinrichtungen an Gebäuden) sowie ein Monat, eine Jahreszeit und das ganze Jahr für klimatologische Betrachtungen. In den Fällen, in denen man mehrere Standardintervalle addiert, spricht man auch von Niederschlagssumme.

Faktoren wie Verdunstung, Bodenversickerung oder Abfluss werden bei der Messung nicht berücksichtigt.

Niederschlagsdauer

Der Begriff Niederschlagsdauer steht für die Zeitdauer eines einzelnen Niederschlagsereignisses. Auf Basis der Niederschlagsdauer unterscheidet man zwischen Dauerniederschlägen und Schauern. Zudem ist sie für die Festlegung von Wiederkehrsintervallen von Starkregenereignissen und Überschwemmungsszenarien notwendig.

Niederschlagsintensität

Als Niederschlagsintensität bezeichnet man den Quotienten aus Niederschlagshöhe bzw. -menge und Zeit. Sie wird für Regen in der Regel in Millimeter pro Stunde beziehungsweise Liter je Quadratmeter (und Stunde, was oft unerwähnt bleibt), bei Schnee in Zentimeter pro Stunde angegeben.

Regen: 1 Liter pro Quadratmeter und Stunde ergibt 1 mm Regenhöhe/-menge in einer Stunde (mm/h)
Schnee: durchschnittliche Schneehöhe in Zentimeter pro Stunde (cm/h)

Andere Angaben für statistische Zwecke können noch Millimeter (bei Schnee Zentimeter) pro Tag, Woche, Monat oder Jahr sein.

Ein mittelstarker Regenschauer in Mitteleuropa hat eine Intensität um 5 mm/h, ein Starkregen um 30 mm/h oder als Platzregen 5 mm/5 min. Bei einem heftigen Unwetter kann die Regenmenge auf 50 mm/h und mehr anwachsen.[4] Niederschlagsmengen von wenigen 100 mm in einigen Tagen (etwa 300 mm/4 d) führen schon, wenn sie großflächig sind, zu schweren Hochwasserereignissen an den großen Flüssen, aber auch an kleineren Flüssen, s.: Hochwasser in West- und Mitteleuropa 2021. Tropenstürme erreichen Werte von 130 mm/h und weit darüber.

Langfristige Niederschlagsmengen (mittlerer Niederschlag, kumulierter Niederschlag)

Für die durchschnittliche Höhe des Niederschlags im Laufe einer bestimmten Periode an einem definierten Ort oder in einer bestimmten Region existieren folgende meteorologisch-klimatologischen Ausdrücke.

Monatsniederschlag, oder auch Monatsmittel des Niederschlags, ist die gesamte Niederschlagshöhe eines bestimmten Monats gemittelt über eine bestimmte Anzahl von Jahren (meist 30 Jahre), wobei immer über diesen bestimmten Monat gemittelt wird. Die Angabe erfolgt in Millimeter pro Monat und findet Verwendung in diversen Klimadiagrammen. Bezieht man sich nur auf einen ganz bestimmten Monat, so erfolgt die Angabe inkl. des Jahres.
Jahresniederschlag, oder auch Jahresmittel des Niederschlags, ist die gesamte Niederschlagshöhe eines Jahres gemittelt über eine bestimmte Anzahl von Jahren (meist 30 Jahre). Die Angabe erfolgt in Millimeter pro Jahr und findet Verwendung in diversen Klimadiagrammen. Bezieht man sich nur auf ein ganz bestimmtes Jahr, so wird das extra angegeben.

Für die Charakteristika eines speziellen Jahres werden die gemessenen Niederschläge aufsummiert (kumuliert), und dann mit den mittleren Niederschlägen desselben Bemessungszeitraumes verglichen: So kann eine Aussage gemacht werden, ob ein Monat oder Jahr „zu nass“ oder „zu trocken“, ein Winter „schneereich“ ist, oder dass bei einem Starkregenereignis „der Normalniederschlag eines Monats in drei Tagen gefallen“ ist. Ebenso können Klimata und Jahreszeitcharakteristika verglichen werden, also etwa „wintertrocken“, „Niederschlagsmaximum im Spätsommer“.

Niederschlagsrekorde

Regen, Positivrekorde[5]

Zeitintervall	Menge (mm)	Ort	Jahr
1 Minute	38	Barot, Guadeloupe	1970
1 Stunde	401	Shangdi, Volksrepublik China	1947
12 Stunden	1.144	Foc-Foc, Réunion	1966
24 Stunden	1.825	Foc-Foc, Réunion	1966
1 Woche	5.003	Commerson-Krater, Réunion	1980
1 Monat	9.300	Cherrapunji, Meghalaya (Indien)	07/1861
12 Monate	26.461[6][7]	Cherrapunji, Indien	08/1860–07/1861

Deutschland:
- Beim Elbhochwasser im August 2002 fielen binnen 24 Stunden im Erzgebirge in Zinnwald-Georgenfeld (Sachsen) 312 Millimeter. Die Wiederkehrperiode für solche 24-stündigen Niederschläge liegt bei rund 500 Jahren; das Elbhochwasser war ein „Jahrhunderthochwasser“.[8]
- Bis dahin galten 260 Millimeter innerhalb von 24 Stunden als deutscher Rekord: vom 6. bis 7. Juli 1906 (jeweils 7 Uhr MEZ) in Zeithain, Kreis Riesa (Sachsen) und vom 7. bis 8. Juli 1954 (jeweils 7 Uhr MEZ) in Stein, Kreis Rosenheim (Oberbayern).[9]

Regional begrenzte Extremniederschläge können auch deutlich höher liegen. So wurde für das Regenereignis am 2. Juni 2008 im baden-württembergischen Killer- und Starzeltal ein Niederschlag von rund 240 Millimeter in einer Stunde ermittelt.[10]

Regen, Negativrekorde[5]

Zeitintervall	Menge (mm)	Ort	Jahr
14,4 Jahre (173 Monate)	0	Arica, Chile	10/1903–01/1918
19 Jahre (228 Monate)	0	Wadi Halfa, Sudan

Siehe auch

Literatur

Peter Bauer, Peter Schlüssel: Globale Niederschlagserfassung mit Satellitendaten. In: Die Geowissenschaften. 11. Jg., Nr. 12, 1993, S. 413–418. doi:10.2312/geowissenschaften.1993.11.413.

Weblinks

Wiktionary: Niederschlag – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Literatur von und über Niederschlag im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek

Einzelnachweise

Ernst Erhard Schmid (Herausgeber): Grundriss der Meteorologie. Verlag von Leopold Voss, Leipzig 1862 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde. Eine Einführung in die Meteorologie. 3. Auflage. Springer, Berlin Heidelberg/New York 2004, ISBN 3-540-20656-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Wetterlexikon des Deutschen Wetterdienstes (Memento vom 16. Dezember 2012 im Internet Archive).
So viel Regen wie noch nie. In: Hamburger Abendblatt. 3. August 2002.
WMO – World Meteorological Organization: Annual Report of the World Meteorological Organization 1994. 1995, ISBN 92-63-10824-2.
Niederschlag. (Nicht mehr online verfügbar.) Universität Freiburg, archiviert vom Original am 18. Februar 2009; abgerufen am 25. August 2019.
Wetterrekorde. (Nicht mehr online verfügbar.) Wupperverband, archiviert vom Original am 8. November 2009; abgerufen am 29. Januar 2009.
Jürg Luterbacher: Flutkatastrophen in Zentraleuropa – Erlebte Geschichte und Szenarien für die Zukunft. (Memento vom 14. Dezember 2012 im Internet Archive) (PDF; 435 kB) 2003.
Klimadaten Ostwestfalen-Lippe (Stand 2000).
Bewertung des Hochwasserrisikos und Bestimmung der Gebiete mit signifikantem Hochwasserrisiko in Baden-Württemberg, 2011 Archivierte Kopie (Memento vom 22. Februar 2014 im Internet Archive) (PDF; 2,5 MB).

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[1] Ernst Erhard Schmid (Herausgeber): Grundriss der Meteorologie. Verlag von Leopold Voss, Leipzig 1862 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[2] Helmut Kraus: Die Atmosphäre der Erde. Eine Einführung in die Meteorologie. 3. Auflage. Springer, Berlin Heidelberg/New York 2004, ISBN 3-540-20656-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

[3] Wetterlexikon des Deutschen Wetterdienstes (Memento vom 16. Dezember 2012 im Internet Archive).

[4] So viel Regen wie noch nie. In: Hamburger Abendblatt. 3. August 2002.

[wmo-5] WMO – World Meteorological Organization: Annual Report of the World Meteorological Organization 1994. 1995, ISBN 92-63-10824-2.

[6] Niederschlag. (Nicht mehr online verfügbar.) Universität Freiburg, archiviert vom Original am 18. Februar 2009; abgerufen am 25. August 2019.

[7] Wetterrekorde. (Nicht mehr online verfügbar.) Wupperverband, archiviert vom Original am 8. November 2009; abgerufen am 29. Januar 2009.

[fiz-8] Jürg Luterbacher: Flutkatastrophen in Zentraleuropa – Erlebte Geschichte und Szenarien für die Zukunft. (Memento vom 14. Dezember 2012 im Internet Archive) (PDF; 435 kB) 2003.

[9] Klimadaten Ostwestfalen-Lippe (Stand 2000).

[10] Bewertung des Hochwasserrisikos und Bestimmung der Gebiete mit signifikantem Hochwasserrisiko in Baden-Württemberg, 2011 Archivierte Kopie (Memento vom 22. Februar 2014 im Internet Archive) (PDF; 2,5 MB).