Manchmal schlägt das Wetter bekanntlich hart zu: Hagel oder Graupel-Schauer sowie Schlagregenfälle prasseln vom Himmel. Diese extremen Formen des Niederschlags können für schwere Schäden in der Landwirtschaft sorgen und vor allem Hagelkörner gefährden Gebäude und Fahrzeuge sowie Mensch und Tier. Wie sich bereits abzeichnet, ist mit einer Zunahme dieser Bedrohungen im Zuge des Klimawandels zu rechnen. Deshalb ist es wichtig, die Prozesse bei der Entstehung der extremen Formen des Niederschlags zu erforschen. So lassen sich Risiken besser einschätzen und Wettermodelle entwickeln, um das Auftreten und das Ausmaß bestmöglich vorhersagen zu können.
Was grundlegend abläuft, ist bekannt: Hagel und Graupel entstehen, wenn Wassertropfen in den sehr hoch in die Atmosphäre reichenden Gewitterwolken gefrieren. Je nach den jeweiligen Bedingungen in der Wolke erhalten die gefrorenen Teilchen ihre charakteristische Form, Größe und Masse. Erreichen sie beim Herunterfallen dann wärmere Schichten, können sie komplett schmelzen. So entstehen die großen, kalten Regentropfen, die als Schlagregen niedergehen. Reicht die Fallzeit der Eisteilchen bis zum Boden hingegen nicht aus, um sie vollständig zu schmelzen, fallen Graupel- oder Hagelkörner. Über die genaueren Prozessen sowie über die wolkenphysikalischen Umstände bestehen jedoch Unklarheiten.
Einblicke in die Niederschlags-Physik
Wie die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) nun berichtet, steht in Deutschland eine weltweit einzigartige Versuchsanlage für die Erforschung von Hagel und Co zur Verfügung: der vertikale Windkanal am Institut für Physik der Atmosphäre an der JGU. In der sechs Meter hohen Anlage wird ein Luftstrom erzeugt, der dem Gegenwind beim Fall von Hagel- und Graupelkörnern entspricht. Dabei können verschiedene Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen eingestellt werden, wie sie unter realen Bedingungen auftreten können. Während sich die Versuchsobjekte in dem vertikalen Luftstrom bewegen, können sie die Wissenschaftler mithilfe von Hochgeschwindigkeits- und Infrarotkameras sowie einem speziell entwickelten holografischen Bildaufzeichnungssystem genau beobachten, berichtet die JGU.
Für die Experimente hat das Team aus Forschern der JGU und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz Hagel- und Graupelkörner aus Eis im Labor hergestellt. Wie diese Gebilde fallen beziehungsweise schmelzen, konnten sie dann in der Anlage genau untersuchen. Zusätzlich stellen sie nach Vorlagen realer Versionen künstliche Hagel- und Graupelgebilde aus Kunststoff her, bei denen sogar die Materialdichte mit den eisigen Vorbildern übereinstimmt. Diese Gebilde konnten der Untersuchung der Strömungseigenschaften der fallenden Objekte sowie ihrer Zerstörungskraft dienen.
