Cumulus
| Cumulus ⓘ | |
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 Kleine Cumulus-Humilis-Wolken, die eine deutliche vertikale Entwicklung und klar definierte Ränder aufweisen können. | |
| Abkürzung | Cu |
| Symbol |  |
| Gattung | Cumulus (Haufen) |
| Spezies |
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| Sorte |
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| Höhenlage | 200-2,000 m (1.000-7.000 ft) |
| Klassifizierung | Familie C (Niedrige Höhe) |
| Erscheinungsbild | Tief liegende, flauschige Wolkenhaufen mit baumwollartigem Aussehen. |
| Niederschlagswolke? | Ungewöhnlich Regen, Schnee oder Schneekugeln |
Cumuluswolken sind Wolken, die eine flache Basis haben und oft als "bauschig", "watteartig" oder "flauschig" beschrieben werden. Ihr Name leitet sich vom lateinischen cumulo- ab, was so viel wie Haufen oder Haufen bedeutet. Cumuluswolken sind tief liegende Wolken, die im Allgemeinen weniger als 2.000 m hoch sind, es sei denn, es handelt sich um die vertikalere Form des Cumulus congestus. Cumuluswolken können einzeln, in Linien oder in Haufen auftreten. ⓘ
Cumuluswolken sind oft Vorläufer anderer Wolkentypen, wie z. B. Cumulonimbuswolken, wenn sie von Wetterfaktoren wie Instabilität, Feuchtigkeit und Temperaturgefälle beeinflusst werden. Normalerweise produzieren Kumuluswolken wenig oder gar keinen Niederschlag, aber sie können zu niederschlagsträchtigen Stauwolken oder Cumulonimbuswolken heranwachsen. Kumuluswolken können sich je nach Umgebungstemperatur aus Wasserdampf, unterkühlten Wassertröpfchen oder Eiskristallen bilden. Sie treten in vielen verschiedenen Unterformen auf und kühlen im Allgemeinen die Erde, indem sie die einfallende Sonnenstrahlung reflektieren. Cumuluswolken sind Teil der größeren Kategorie der frei konvektiven kumuliformen Wolken, zu denen auch die Cumulonimbuswolken gehören. Die letztgenannte Gattung wird aufgrund ihrer komplexeren Struktur, die oft eine zirrusförmige oder ambossartige Spitze aufweist, manchmal separat als cumulonimbiform eingestuft. Es gibt auch cumuliforme Wolken mit begrenzter Konvektion, die Stratocumulus (niedrige Etage), Altocumulus (mittlere Etage) und Cirrocumulus (hohe Etage) umfassen. Die drei letztgenannten Gattungen werden manchmal getrennt als stratocumuliform klassifiziert. ⓘ
Cumulus (lat. Anhäufung, Abk.: Cu) oder auch Kumulus ist die Bezeichnung einer Wolkenform. Der gemeinsprachliche Begriff dazu ist Haufenwolke oder Quellwolke. Die klassische, unverwechselbare „Bilderbuchwolke“ mit ihrer flachen Unterseite und strahlend weißen Blumenkohlköpfen auf der Oberseite besteht aus Wassertröpfchen und ist in den unteren Wolkenstockwerken anzutreffen. ⓘ
Entstehung
Kumuluswolken entstehen durch atmosphärische Konvektion, wenn die von der Oberfläche erwärmte Luft aufzusteigen beginnt. Während die Luft aufsteigt, sinkt die Temperatur (entsprechend der Lapse-Rate), wodurch die relative Luftfeuchtigkeit (RH) ansteigt. Wenn die Konvektion ein bestimmtes Niveau erreicht, steigt die relative Luftfeuchtigkeit auf hundert Prozent, und die "feuchtadiabatische" Phase beginnt. An diesem Punkt kommt es zu einer positiven Rückkopplung: Da die relative Luftfeuchtigkeit über 100 % liegt, kondensiert Wasserdampf, wobei latente Wärme freigesetzt wird, die die Luft erwärmt und die Konvektion weiter antreibt. ⓘ
In dieser Phase kondensiert der Wasserdampf an verschiedenen in der Luft vorhandenen Kernen und bildet die Kumuluswolke. Dadurch entsteht die für Kumuluswolken charakteristische flache, bauschige Form. Die Höhe der Wolke (vom Boden bis zur Spitze) hängt vom Temperaturprofil der Atmosphäre und vom Vorhandensein von Inversionen ab. Während der Konvektion wird Umgebungsluft mit der Thermik mitgerissen (vermischt) und die Gesamtmasse der aufsteigenden Luft nimmt zu. Regen bildet sich in einer Kumuluswolke durch einen Prozess, der zwei nicht diskrete Phasen umfasst. Die erste Phase findet statt, nachdem die Tröpfchen auf den verschiedenen Kernen zusammengewachsen sind. Langmuir schreibt, dass die Oberflächenspannung der Wassertröpfchen einen leicht erhöhten Druck auf die Tröpfchen ausübt, wodurch sich der Dampfdruck um einen kleinen Betrag erhöht. Der erhöhte Druck führt dazu, dass diese Tröpfchen verdampfen und der entstehende Wasserdampf an den größeren Tröpfchen kondensiert. Aufgrund der extrem geringen Größe der verdampfenden Wassertröpfchen wird dieser Prozess weitgehend bedeutungslos, nachdem die größeren Tröpfchen auf etwa 20 bis 30 Mikrometer angewachsen sind, und die zweite Phase tritt ein. In der Akkretionsphase beginnt der Regentropfen zu fallen, und andere Tröpfchen kollidieren und verbinden sich mit ihm, um die Größe des Regentropfens zu vergrößern. Langmuir konnte eine Formel entwickeln, die vorhersagte, dass der Radius des Tropfens innerhalb eines bestimmten Zeitraums unbegrenzt wachsen würde. ⓘ
Cumuluswolken treten meist bei sonnigem Wetter auf, wenn die Luft etwas feuchter ist. Sie entstehen durch lokal begrenzten Aufwind, wie Thermik oder orografisch bedingten Hangaufwind: Luftmassen steigen auf, dehnen sich aus und kühlen dabei ab. Ab einer bestimmten Höhe, wenn der Taupunkt erreicht ist, kondensiert die mitgeführte Feuchtigkeit. Aus diesem Grund ist die Unterseite der Cumuluswolken flach und auch die Unterseiten der Wolken in der Umgebung befinden sich – gleiche Wetterverhältnisse bzw. Luftschichtung vorausgesetzt – etwa in der gleichen Höhe. ⓘ
Für Segelflieger, Gleitschirm- und Hängegleiterpiloten sind Cumuluswolken Anzeiger von Aufwinden. ⓘ
Am frühen Morgen können sie als Indiz gewertet werden, dass sich Gewitter bilden werden. Meistens entstehen Cumuluswolken erst im Tagesverlauf, wenn die Sonne den Boden genügend aufgeheizt hat. Bei genügend großer Luftfeuchtigkeit und Konvektion entwickeln sich aus dem Cumulus Cumulonimbuswolken. Anzeichen dafür ist eine turmartige Form der Wolken. Sind die Wolken eher kugelig, ist nicht genügend Luftfeuchtigkeit für die Gewitterbildung vorhanden oder Sperrschichten verhindern ihre weitere vertikale Ausdehnung. Aus mächtigen Cumuluswolken (Cumulus congestus) kann es auch regnen, allerdings nur in geringen Mengen und nicht anhaltend. Es kommen dabei weder Blitz noch Donner vor. ⓘ
Häufig lösen sich Cumuluswolken in der zweiten Nachthälfte wieder auf. ⓘ
Beschreibung
Es wurde festgestellt, dass sich die Dichte des flüssigen Wassers in einer Kumuluswolke mit der Höhe über der Wolkenbasis ändert, anstatt in der gesamten Wolke annähernd konstant zu sein. In einer bestimmten Studie wurde festgestellt, dass die Konzentration an der Wolkenbasis gleich Null ist. Mit zunehmender Höhe stieg die Konzentration rasch an, bis sie in der Mitte der Wolke ihr Maximum erreichte. Die maximale Konzentration lag bei bis zu 1,25 Gramm Wasser pro Kilogramm Luft. Die Konzentration nahm mit zunehmender Höhe langsam ab, bis sie die Höhe des Wolkenoberteils erreichte, wo sie sofort wieder auf Null sank. ⓘ
Kumuluswolken können sich in Linien von über 480 Kilometern Länge, den so genannten Wolkenstraßen, bilden. Diese Wolkenstraßen bedecken weite Gebiete und können unterbrochen oder durchgehend sein. Sie bilden sich, wenn die Windscherung eine horizontale Zirkulation in der Atmosphäre verursacht, wodurch die langen, röhrenförmigen Wolkenstraßen entstehen. Sie bilden sich in der Regel während Hochdruckgebieten, z. B. nach einer Kaltfront. ⓘ
Die Höhe, in der sich die Wolke bildet, hängt von der Menge an Feuchtigkeit in der Thermik ab, die die Wolke bildet. Feuchte Luft führt im Allgemeinen zu einer niedrigeren Wolkenbasis. In gemäßigten Klimazonen liegt die Basis der Kumuluswolken in der Regel unter 550 Metern über dem Boden, kann aber auch bis zu 2.400 Meter hoch sein. In trockenen und gebirgigen Gebieten kann die Wolkenbasis mehr als 6.100 Meter hoch sein. ⓘ
Cumuluswolken können aus Eiskristallen, Wassertröpfchen, unterkühlten Wassertröpfchen oder einer Mischung aus beidem bestehen. Die Wassertröpfchen bilden sich, wenn Wasserdampf an den Kernen kondensiert, und können dann zu immer größeren Tröpfchen zusammenwachsen. ⓘ
Eine Studie ergab, dass in gemäßigten Regionen die untersuchten Wolkenbasen zwischen 500 und 1.500 Metern über dem Boden lagen. Diese Wolken hatten in der Regel eine Temperatur von über 25 °C, und die Tröpfchenkonzentration lag zwischen 23 und 1.300 Tröpfchen pro Kubikzentimeter (380 bis 21.300 pro Kubikzoll). Diese Daten stammen von wachsenden, isolierten Kumuluswolken, die sich nicht abregneten. Die Tröpfchen waren sehr klein und hatten einen Durchmesser von bis zu 5 Mikrometern. Obwohl kleinere Tröpfchen vorhanden gewesen sein könnten, waren die Messungen nicht empfindlich genug, um sie zu erkennen. Die kleinsten Tröpfchen befanden sich in den unteren Teilen der Wolken, während der Anteil der großen Tröpfchen (etwa 20 bis 30 Mikrometer) in den oberen Regionen der Wolke drastisch anstieg. Die Verteilung der Tröpfchengröße war leicht bimodal, mit Spitzen bei den kleinen und großen Tröpfchengrößen und einem leichten Tiefpunkt im mittleren Größenbereich. Die Schiefe war ungefähr neutral. Außerdem ist die Größe der großen Tröpfchen in etwa umgekehrt proportional zur Konzentration der Tröpfchen pro Luftvolumeneinheit. ⓘ
An manchen Stellen können Kumuluswolken "Löcher" aufweisen, in denen sich keine Wassertröpfchen befinden. Diese können entstehen, wenn Winde die Wolke aufreißen und die Umgebungsluft einschließen oder wenn starke Fallwinde das Wasser verdampfen. ⓘ
Unterformen
Es gibt vier verschiedene Arten von Kumuluswolken: cumulus humilis, mediocris, congestus und fractus. Diese Arten können in der Varietät cumulus radiatus zusammengefasst werden und können von bis zu sieben zusätzlichen Merkmalen begleitet werden: cumulus pileus, velum, virga, praecipitatio, arcus, pannus und tuba. ⓘ
Die Art Cumulus fractus hat ein zerklüftetes Aussehen und kann sich in klarer Luft als Vorläufer von Cumulus humilis und größeren Cumulus-Arten bilden; oder sie kann sich bei Niederschlägen als Zusatzmerkmal pannus (auch scud genannt) bilden, zu dem auch Stratus fractus bei schlechtem Wetter gehören kann. Cumulus humilis-Wolken sehen wie bauschige, abgeflachte Formen aus. Cumulus-mediocris-Wolken sehen ähnlich aus, nur dass sie eine gewisse vertikale Entwicklung aufweisen. Cumulus congestus-Wolken haben eine blumenkohlartige Struktur und ragen hoch in die Atmosphäre, daher ihr alternativer Name "towering cumulus". Die Sorte Cumulus radiatus bildet radiale Bänder, die Wolkenstraßen genannt werden, und kann aus allen vier Cumulus-Arten bestehen. ⓘ
Zusätzliche Cumulus-Merkmale sind am häufigsten bei der Art congestus zu sehen. Cumulus virga sind Kumuluswolken, die virga (Niederschlag, der in der Luft verdunstet) produzieren, und Cumulus praecipitatio produzieren Niederschlag, der die Erdoberfläche erreicht. Cumulus pannus sind zerkleinerte Wolken, die normalerweise während des Niederschlags unter der übergeordneten Kumuluswolke erscheinen. Cumulus arcus-Wolken haben eine Böenfront, und Cumulus tuba-Wolken haben Trichterwolken oder Tornados. Cumulus-Pileus-Wolken bezeichnen Cumuluswolken, die so schnell gewachsen sind, dass sie die Bildung von Pileus über der Wolkendecke erzwingen. Cumulus-Velum-Wolken haben einen Eiskristallschleier über der wachsenden Wolkenspitze. Es gibt auch Cumulus cataractagenitus. Diese werden durch Wasserfälle gebildet. ⓘ
Vorhersage
Cumulus humilis-Wolken zeigen normalerweise schönes Wetter an. Cumulus mediocris-Wolken sind ähnlich, nur dass sie eine gewisse vertikale Entwicklung aufweisen, was bedeutet, dass sie zu Cumulus congestus- oder sogar Cumulonimbus-Wolken heranwachsen können, die Starkregen, Blitze, starke Winde, Hagel und sogar Tornados verursachen können. Cumulus-Congestus-Wolken, die als Türme erscheinen, wachsen oft zu Cumulonimbus-Sturmwolken heran. Sie können Niederschlag erzeugen. Segelflieger achten häufig auf Kumuluswolken, da sie auf aufsteigende Luftzüge oder Thermik darunter hinweisen können, die das Flugzeug hoch in den Himmel saugen können - ein Phänomen, das als Wolkensog bekannt ist. ⓘ
Auswirkungen auf das Klima
Aufgrund ihres Reflexionsvermögens kühlen Wolken die Erde um etwa 12 °C ab, ein Effekt, der vor allem durch Stratocumulus-Wolken verursacht wird. Gleichzeitig erwärmen sie die Erde jedoch um etwa 7 °C, indem sie die emittierte Strahlung reflektieren, ein Effekt, der hauptsächlich von Zirruswolken verursacht wird. Dies ergibt im Durchschnitt einen Nettoverlust von 5 °C. Kumuluswolken hingegen haben eine unterschiedliche Wirkung auf die Erwärmung der Erdoberfläche. Die vertikaleren Cumulus congestus- und Cumulonimbus-Wolkenarten wachsen hoch in die Atmosphäre und tragen Feuchtigkeit mit sich, was zur Bildung von Zirruswolken führen kann. Die Forscher spekulierten, dass dies sogar zu einer positiven Rückkopplung führen könnte, bei der die zunehmende Feuchtigkeit in der oberen Atmosphäre die Erde weiter erwärmt, was zu einer zunehmenden Anzahl von Cumulus congestus-Wolken führt, die mehr Feuchtigkeit in die obere Atmosphäre tragen. ⓘ
Beziehung zu anderen Wolken
Cumuluswolken sind eine Gattung frei konvektiver Wolken in niedriger Höhe, zusammen mit der verwandten begrenzt konvektiven Wolke Stratocumulus. Diese Wolken bilden sich in allen Breitengraden vom Boden bis zu einer Höhe von 2.000 Metern (6.600 Fuß). Stratuswolken sind ebenfalls tief liegend. In der mittleren Ebene befinden sich die Altwolken, die aus der begrenzt konvektiven stratocumuliformen Wolke Altocumulus und der stratiformen Wolke Altostratus bestehen. Mittelhohe Wolken bilden sich zwischen 2.000 m und 7.000 m in den Polargebieten, 7.000 m in den gemäßigten Zonen und 7.600 m in den Tropen. Die hoch gelegene Wolke, Cirrocumulus, ist eine stratocumuliforme Wolke mit begrenzter Konvektion. Die anderen Wolken dieser Stufe sind Cirren und Cirrostratus. Hohe Wolken bilden sich in hohen Breiten in einer Höhe von 3.000 bis 7.600 Metern, in gemäßigten Breiten in einer Höhe von 5.000 bis 12.000 Metern und in niedrigen, tropischen Breiten in einer Höhe von 6.100 bis 18.000 Metern. Cumulonimbuswolken dehnen sich wie Cumulus congestus vertikal aus und bleiben nicht auf eine Ebene beschränkt. ⓘ
Cirrocumulus-Wolken
Cirrocumuluswolken bilden sich in Flecken und können keinen Schatten werfen. Sie treten häufig in regelmäßigen, kräuselnden Mustern oder in Wolkenreihen mit klaren Bereichen dazwischen auf. Cirrocumuluswolken entstehen, wie andere Vertreter der Kategorien cumuliform und stratocumuliform, durch konvektive Prozesse. Ein deutliches Wachstum dieser Flecken deutet auf eine Instabilität in großer Höhe hin und kann das Herannahen schlechteren Wetters anzeigen. Die Eiskristalle am Boden von Cirrocumulus-Wolken haben meist die Form von sechseckigen Zylindern. Sie sind nicht fest, sondern weisen an den Enden meist abgestufte Trichter auf. Zum oberen Ende der Wolke hin neigen diese Kristalle dazu, sich zu verklumpen. Diese Wolken halten sich nicht lange und gehen meist in Zirruswolken über, da sich der Wasserdampf weiter an den Eiskristallen ablagert und diese schließlich zu fallen beginnen, wodurch die Aufwärtskonvektion zerstört wird. Die Wolke löst sich dann in Zirrus auf. Es gibt vier Arten von Cirrocumulus-Wolken, die allen drei Gattungen gemeinsam sind, die begrenzt konvektive oder stratocumuliforme Eigenschaften haben: stratiformis, lenticularis, castellanus und floccus. Sie sind irisierend, wenn die unterkühlten Wassertröpfchen, aus denen sie bestehen, alle etwa gleich groß sind. ⓘ
Altocumulus-Wolken
Altocumuluswolken sind mittelhohe Wolken, die sich in Höhen von 2.000 bis 4.000 Metern in den Polargebieten, 7.000 Metern in den gemäßigten Zonen und 7.600 Metern in den tropischen Zonen bilden. Sie können Niederschlag haben und bestehen in der Regel aus einer Mischung aus Eiskristallen, unterkühlten Wassertröpfchen und Wassertröpfchen in gemäßigten Breiten. Die Konzentration von flüssigem Wasser war jedoch fast immer deutlich höher als die Konzentration von Eiskristallen, und die maximale Konzentration von flüssigem Wasser befand sich tendenziell an der Spitze der Wolke, während sich das Eis am Boden konzentrierte. Bei den Eiskristallen an der Basis der Altocumuluswolken und in den Virga handelte es sich um Dendriten oder Dendritenkonglomerate, während Nadeln und Plättchen eher in den oberen Bereichen zu finden waren. Altocumuluswolken können durch Konvektion oder durch die erzwungene Hebung durch eine Warmfront entstehen. ⓘ
Stratokumuluswolken
Eine Stratocumulus-Wolke ist eine weitere Art von schichtförmiger Wolke. Wie Kumuluswolken bilden sie sich in niedrigen Höhen und durch Konvektion. Im Gegensatz zu Kumuluswolken wird ihr Wachstum jedoch durch eine starke Inversion fast vollständig gebremst. Infolgedessen flachen sie wie Stratuswolken ab, was ihnen ein geschichtetes Aussehen verleiht. Diese Wolken sind sehr häufig und bedecken im Durchschnitt etwa dreiundzwanzig Prozent der Ozeane und zwölf Prozent der Kontinente der Erde. In tropischen Gebieten sind sie weniger verbreitet und bilden sich häufig nach Kaltfronten. Außerdem reflektieren Stratocumulus-Wolken einen großen Teil des einfallenden Sonnenlichts, was einen kühlenden Nettoeffekt bewirkt. Stratocumuluswolken können Nieselregen erzeugen, der die Wolke stabilisiert, indem er sie erwärmt und die turbulente Vermischung verringert. ⓘ
Cumulonimbuswolken
Cumulonimbuswolken sind die letzte Form der wachsenden Kumuluswolken. Sie entstehen, wenn Kumuluswolken einen starken Aufwind entwickeln, der ihre Spitzen immer höher in die Atmosphäre treibt, bis sie die Tropopause in 18.000 Metern Höhe erreichen. Cumulonimbuswolken, auch Gewitterwolken genannt, können starke Winde, sintflutartige Regenfälle, Blitze, Böenfronten, Wasserfontänen, Trichterwolken und Tornados erzeugen. Sie haben häufig Ambosswolken. ⓘ
Hufeisenwolken
Eine kurzlebige Hufeisenwolke kann entstehen, wenn ein Hufeisenwirbel eine Kumuluswolke verformt. ⓘ
Extraterrestrisch
Einige cumuliforme und stratocumuliforme Wolken wurden auf den meisten anderen Planeten des Sonnensystems entdeckt. Auf dem Mars entdeckte der Viking Orbiter Cirrocumulus- und Stratocumulus-Wolken, die sich durch Konvektion vor allem in der Nähe der Polkappen bilden. Die Raumsonde Galileo entdeckte massive Kumulonimbuswolken in der Nähe des Großen Roten Flecks auf dem Jupiter. Auch auf dem Saturn wurden Kumuluswolken entdeckt. Im Jahr 2008 stellte die Raumsonde Cassini fest, dass die Kumuluswolken in der Nähe des Saturn-Südpols Teil eines Wirbelsturms mit einem Durchmesser von über 4.000 Kilometern waren. Das Keck-Observatorium entdeckte weißliche Kumuluswolken auf dem Uranus. Wie Uranus hat auch Neptun Methanhaufenwolken. Die Venus hingegen scheint keine Kumuluswolken zu haben. ⓘ