Wolke
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In der Meteorologie ist eine Wolke ein Aerosol, das aus einer sichtbaren Masse von winzigen Flüssigkeitströpfchen, gefrorenen Kristallen oder anderen Partikeln besteht, die in der Atmosphäre eines Planeten oder eines ähnlichen Raumes schweben. Die Tröpfchen und Kristalle können aus Wasser oder verschiedenen anderen Chemikalien bestehen. Auf der Erde entstehen Wolken durch die Sättigung der Luft, wenn sie auf ihren Taupunkt abgekühlt wird oder wenn sie genügend Feuchtigkeit (gewöhnlich in Form von Wasserdampf) aus einer benachbarten Quelle erhält, um den Taupunkt auf die Umgebungstemperatur anzuheben. Sie sind in der Homosphäre der Erde zu finden, die die Troposphäre, Stratosphäre und Mesosphäre umfasst. Die Nephologie ist die Wissenschaft von den Wolken, die im Bereich der Wolkenphysik der Meteorologie betrieben wird. Es gibt zwei Methoden zur Benennung von Wolken in ihren jeweiligen Schichten der Homosphäre: die lateinische und die allgemeine Bezeichnung. ⓘ
Die Gattungen in der Troposphäre, der der Erdoberfläche am nächsten gelegenen atmosphärischen Schicht, haben lateinische Namen, weil die 1802 formell vorgeschlagene Nomenklatur von Luke Howard allgemein anerkannt wurde. Sie wurde zur Grundlage eines modernen internationalen Systems, das die Wolken in fünf physikalische Formen unterteilt, die wiederum in Höhenstufen unterteilt oder klassifiziert werden können, um zehn grundlegende Gattungen abzuleiten. Die wichtigsten repräsentativen Wolkentypen für jede dieser Formen sind stratiform, cumuliform, stratocumuliform, cumulonimbiform und cirriform. Wolken in niedriger Höhe haben keine höhenbezogenen Präfixe. Die mittelhohen stratiformen und stratocumuliformen Typen erhalten jedoch die Vorsilbe alto-, während die hochhohen Varianten dieser beiden Formen die Vorsilbe cirro- tragen. In beiden Fällen entfällt das Strato- bei der letztgenannten Form, um eine doppelte Präfixierung zu vermeiden. Gattungen, deren vertikale Ausdehnung ausreicht, um mehr als eine Ebene einzunehmen, tragen keine höhenbezogenen Präfixe. Sie werden formell als niedrig oder mittelhoch klassifiziert, je nach der Höhe, in der sie sich ursprünglich gebildet haben, und werden auch informeller als mehrstufig oder vertikal bezeichnet. Die meisten der zehn Gattungen, die sich aus dieser Klassifizierungsmethode ergeben, können in Arten unterteilt werden, die wiederum in Varietäten unterteilt werden können. Sehr niedrige stratiforme Wolken, die sich bis zur Erdoberfläche erstrecken, werden gemeinhin als Nebel und Dunst bezeichnet, haben aber keine lateinischen Namen. ⓘ
In der Stratosphäre und Mesosphäre haben die Wolken für ihre Haupttypen gebräuchliche Namen. Sie können das Aussehen von stratiformen Schleiern oder Folien, zirrenförmigen Strähnen oder stratocumuliformen Bändern oder Wellen haben. Sie sind nur selten zu sehen, meist in den Polarregionen der Erde. Wolken wurden auch in den Atmosphären anderer Planeten und Monde im Sonnensystem und darüber hinaus beobachtet. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Temperatureigenschaften bestehen sie jedoch häufig aus anderen Stoffen wie Methan, Ammoniak und Schwefelsäure sowie aus Wasser. ⓘ
Troposphärische Wolken können sich direkt auf den Klimawandel auf der Erde auswirken. Sie können einfallende Sonnenstrahlen reflektieren, was dort, wo diese Wolken auftreten, zu einer Abkühlung beitragen kann, oder sie fangen längerwellige Strahlung ab, die von der Erdoberfläche zurückgeworfen wird, was zu einer Erwärmung führen kann. Die Höhe, Form und Dicke der Wolken sind die wichtigsten Faktoren, die die lokale Erwärmung oder Abkühlung der Erde und der Atmosphäre beeinflussen. Wolken, die sich oberhalb der Troposphäre bilden, sind zu selten und zu dünn, um irgendeinen Einfluss auf den Klimawandel zu haben. Wolken sind die größte Unsicherheit bei der Klimasensitivität. ⓘ
Eine Wolke (auf die indogermanische Wurzel u̯elg- „feucht, nass“ zurückgehend und daher mit dem Adjektiv welk und dem Flussnamen Wolga sprachlich verwandt) ist eine Ansammlung von sehr feinen Wassertröpfchen (Nebel) oder Eiskristallen in der Atmosphäre. ⓘ
Wolken sind deshalb sichtbar, weil Licht aufgrund der Mie-Streuung gestreut wird, wodurch der Tyndall-Effekt auftritt und die eigentlich farblosen Tröpfchen sichtbar werden. Sie entstehen, driften und vergehen in den Strömungen der irdischen Atmosphäre mit deren in verschiedener Höhe oft unterschiedlichen Stärke und Richtung (Windscherung). ⓘ
Die Wassertröpfchen bilden sich um Kondensationskerne herum, wenn die relative Feuchtigkeit der Luft 100 % geringfügig (um höchstens 1 %) übersteigt. Dies kann entweder durch Abkühlung der Luft beim Aufsteigen (Thermik, Aufgleiten an anderen Luftschichten, am Berghang) oder beim Durchmischen zweier Luftmassen geschehen (Richard Mollier). Beim Kondensieren wird die Kondensationsenthalpie des Wassers frei, welche das Abkühlen bei weiterem Aufsteigen der Luft abschwächt. Dadurch kann die Luft in größere Höhen steigen. Bei ruhiger Luft und wenigen Kondensationskernen kann es zu einer Übersättigung der Luft mit Wasserdampf kommen. Obwohl der relative Wassergehalt dann deutlich mehr als 100 % beträgt, kommt es noch zu keiner Kondensation. Der Wassergehalt muss erst weiter zunehmen, bevor er kondensiert. Bei einer Lufttemperatur unter −10 °C können sich an den Kondensationskernen Eiskristalle (winzige Schneeflocken) durch Resublimation bilden. Kondensationskerne sind elektrostatisch aufgeladen und haben eine Größe von 1 nm bis 1000 nm. Sie entstehen durch Pilzsporen, Blütenpollen windblütiger Pflanzen, feine Ascheteilchen von den weltweit häufigen Wald- und Steppenbränden, Salzkriställchen der Meeresgischt, private Haushalte, Industrie, Autoabgase, Landwirtschaft und kosmische Strahlung (Beispiel Nebelkammer). Nach Beginn der Kondensation kondensiert immer mehr Wasserdampf an dieser Stelle, bis er zu sichtbaren Nebeltröpfchen wird. In der meteorologischen Systematik werden die Wolken den Hydrometeoren zugerechnet. ⓘ
Wolken finden sich hauptsächlich in der Troposphäre – bei oft unterschiedlicher Bewegungsrichtung in deren verschiedenen „Etagen“; zum Teil auch in der Stratosphäre und Mesosphäre (leuchtende Nachtwolken). Sie unterscheiden sich in ihrer Entstehung, in den Eigenschaften und sind leicht beobachtbare Merkmale der Wetterlage. Durch die richtige Deutung von Form, Aussehen und Höhe sowie die zeitliche Veränderung der Merkmale lassen sich Aussagen zur lokalen Wetterentwicklung treffen. Um Beobachtungen übertragen zu können, werden Wolken klassifiziert. In der Praxis ist vor allem die Einteilung in Wolkengattungen und Wolkenarten von Bedeutung. In den meisten Gebieten treten bestimmte Wolkenarten gehäuft auf, besonders bei gleichartigen Wetterlagen. Dennoch können nahezu an allen Stellen der Erde sämtliche Wolkenformen vorkommen. Die Klassifikation der Wolken regelt die Weltorganisation für Meteorologie, deshalb ist diese international einheitlich. ⓘ
Neben ihren optischen Eigenschaften, ihrer Entwicklung und Schönheit (die schon immer die Phantasie der Menschen angeregt hat) sind Wolken bei zahlreichen Fragen in der Wissenschaft wichtig. Dies gilt insbesondere für den Strahlungshaushalt der Erde, die Niederschlagsverteilung und die Atmosphärenchemie. Die Nephologie (Wolkenkunde) ist ein selten als eigenständige Fachrichtung angesehener Teilbereich der Meteorologie; als ihr Begründer gilt Luke Howard. ⓘ
Tabellarischer Überblick
Die folgende Tabelle ist sehr breit angelegt, ebenso wie die darauf folgende Wolkenvorlage. Beide stützen sich auf verschiedene formelle und informelle Methoden der Wolkenklassifizierung, die in verschiedenen Ebenen der Erdhomosphäre von einer Reihe von zitierten Autoritäten verwendet werden, insbesondere im Hinblick auf Formen, Höhenstufen, Formen und Stufen, hoch aufragende vertikale Wolken und Wolken über der Troposphäre. Zwischen der Troposphäre und den höheren Ebenen der Homosphäre gibt es einige Unterschiede in der Art der Nomenklatur (lateinisch und allgemein), der Organisation und dem Schwerpunkt. Die in diesem Artikel vorgestellten Klassifizierungsschemata können jedoch durch eine informelle Kreuzklassifizierung der physikalischen Formen und Höhenstufen harmonisiert werden, um die 10 Gattungen der Troposphäre, die Nebel und Dunst, die sich an der Oberfläche bilden, und mehrere zusätzliche Haupttypen oberhalb der Troposphäre zu bestimmen. Die Gattung Cumulus umfasst vier Arten, die die vertikale Größe angeben, was sich auf die Höhenstufen auswirken kann. Diese Tabelle ist nicht als strenge oder einzigartige Klassifizierung zu verstehen, die über die in der Vorlage enthaltene Klassifizierung hinausgeht, sondern soll vielmehr veranschaulichen, wie die verschiedenen Hauptwolkentypen miteinander in Beziehung stehen und durch eine ganze Reihe von Höhenstufen von der Erdoberfläche bis zum "Rand des Weltraums" definiert sind. ⓘ
| Formen und Höhenstufen | Stratiform nicht-konvektiv |
Zirrenförmig meist nicht-konvektiv |
Stratokumuliform begrenzt konvektiv |
Kumuliform frei-konvektiv |
Cumulonimbiform stark konvektiv ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|
| Extreme Ebene | PMC: Nachtleuchtende Schleier | Nachtleuchtende Schwaden oder Wirbel | Nachtleuchtende Bänder | ||
| Sehr hochgradig | Salpetersäure und Wasser PSC | Zirrenförmige perlmuttartige PSC | Perlmuttartige, linsenförmige PSC | ||
| Hochgradig | Zirrostratus | Zirrus | Zirrokumulus | ||
| Mittlere Höhe | Altostratus | Altokumulus | |||
| Niedrige Ebene | Stratus | Stratokumulus | Cumulus humilis oder fractus | ||
| Mehrstufig oder mäßig vertikal | Nimbostratus | Cumulus mediocris | |||
| Hoch aufragende Vertikale | Cumulus congestus | Cumulonimbus | |||
| Oberflächennah | Nebel oder Dunst |
Etymologie und Geschichte der Wolkenwissenschaft und Nomenklatur
Etymologie
Der Ursprung des Begriffs "Wolke" liegt in den altenglischen Wörtern clud oder clod, die einen Hügel oder eine Steinmasse bedeuten. Zu Beginn des 13. Jahrhunderts wurde das Wort als Metapher für Regenwolken verwendet, da eine Steinmasse und eine Kumuluswolke ähnlich aussehen. Im Laufe der Zeit verdrängte die metaphorische Verwendung des Wortes das altenglische weolcan, das die wörtliche Bezeichnung für Wolken im Allgemeinen war. ⓘ
Aristoteles
In der Antike wurden Wolken nicht isoliert betrachtet, sondern in Kombination mit anderen Wetterelementen und sogar anderen Naturwissenschaften. Um 340 v. Chr. schrieb der griechische Philosoph Aristoteles die Meteorologica, ein Werk, das die Summe des damaligen Wissens über die Naturwissenschaften, einschließlich Wetter und Klima, darstellte. Zum ersten Mal wurden die Niederschläge und die Wolken, aus denen die Niederschläge fielen, als Meteore bezeichnet, was auf das griechische Wort meteoros zurückgeht, das "hoch am Himmel" bedeutet. Von diesem Wort leitet sich der moderne Begriff Meteorologie ab, die Lehre von den Wolken und dem Wetter. Meteorologica beruhte auf Intuition und einfacher Beobachtung, nicht aber auf dem, was man heute als wissenschaftliche Methode bezeichnet. Dennoch war es das erste bekannte Werk, in dem versucht wurde, ein breites Spektrum meteorologischer Themen systematisch zu behandeln, insbesondere den Wasserkreislauf. ⓘ
Erste umfassende Klassifizierung
Nach Jahrhunderten spekulativer Theorien über die Entstehung und das Verhalten von Wolken wurden die ersten wirklich wissenschaftlichen Studien von Luke Howard in England und Jean-Baptiste Lamarck in Frankreich durchgeführt. Howard war ein methodischer Beobachter mit fundierten Kenntnissen der lateinischen Sprache und nutzte seinen Hintergrund, um 1802 die verschiedenen Wolkentypen der Troposphäre formell zu klassifizieren. Er glaubte, dass wissenschaftliche Beobachtungen der sich verändernden Wolkenformen am Himmel den Schlüssel zur Wettervorhersage liefern könnten. ⓘ
Lamarck hatte sich im selben Jahr unabhängig davon mit der Klassifizierung von Wolken befasst und ein anderes Benennungsschema entwickelt, das selbst in seinem Heimatland Frankreich keinen Eindruck hinterließ, weil es ungewöhnlich anschauliche und informelle französische Namen und Ausdrücke für Wolkentypen verwendete. Sein Nomenklatursystem umfasste 12 Wolkenkategorien mit Namen wie (aus dem Französischen übersetzt) dunstige Wolken, gesprenkelte Wolken und besenartige Wolken. Im Gegensatz dazu verwendete Howard die allgemein anerkannte lateinische Sprache, die sich nach ihrer Veröffentlichung im Jahr 1803 schnell durchsetzte. Als Zeichen für die Beliebtheit des Namensschemas verfasste der deutsche Dramatiker und Dichter Johann Wolfgang von Goethe vier Gedichte über Wolken und widmete sie Howard. ⓘ
Eine Weiterentwicklung von Howards System wurde schließlich 1891 von der Internationalen Meteorologischen Konferenz formell angenommen. Dieses System umfasste nur die troposphärischen Wolkentypen. Die Entdeckung von Wolken oberhalb der Troposphäre im späten 19. Jahrhundert führte jedoch zur Schaffung separater Klassifizierungsschemata, die auf die Verwendung beschreibender gebräuchlicher Namen und Ausdrücke zurückgriffen, die in gewisser Weise an die Klassifizierungsmethoden von Lamarck erinnerten. Diese sehr hohen Wolken werden zwar nach diesen unterschiedlichen Methoden klassifiziert, ähneln aber dennoch weitgehend einigen Wolkenformen, die in der Troposphäre mit lateinischen Namen bezeichnet werden. ⓘ
Vor Beginn des 19. Jahrhunderts nahm man an, Wolken seien zu vielgestaltig, komplex und vor allem kurzlebig, um sie begrifflich zu kategorisieren. Es war nicht üblich, ihnen Bezeichnungen zuzuweisen; man begnügte sich vielmehr, die Wolken rein subjektiv anhand von Form und Farbgebung zu beschreiben. Es gab zwar einige wenige Versuche, sie zur Wettervorhersage zu nutzen, doch beschränkte man sich meist auf den Grad ihrer Dunkelheit. Da jedoch die normierte Unterscheidung verschiedener Wolkentypen eine Voraussetzung zu ihrer Untersuchung, Beschreibung und damit dem Verständnis der Wolken ist, konnte man jenes durch eine lediglich grob beschreibende und zudem sehr uneinheitliche Herangehensweise gerade nicht erlangen. Eine wissenschaftliche Annäherung war ohne eine solche Basis kaum möglich. Daher wurden Wolken, wenn überhaupt, nur symbolisch gedeutet oder in der Kunst als ästhetisches Motiv wahrgenommen. ⓘ
Der Wandel hin zur heutigen Wolkenklassifikation – und damit der wissenschaftlichen Zugänglichkeit der Wolken überhaupt – geht auf Luke Howard und seine Schrift On The Modification of Clouds aus dem Jahr 1802 zurück. Einen anderen Ansatz verfolgte Jean-Baptiste de Lamarck im gleichen Jahr, unabhängig von Howard und sogar etwas früher als er. Seine Veröffentlichung in der dritten Ausgabe der Annuaire Méteorologique fand jedoch keine Beachtung in der damaligen Fachwelt, sofern man schon von einer solchen sprechen kann. ⓘ
In Anlehnung an die Taxonomie der Lebewesen durch Carl von Linné und im Gegensatz zu Lamarck verwendete Howard lateinische Bezeichnungen, die dem damaligen Status des Lateins als Sprache der Wissenschaften entsprechend weltweit eingesetzt werden konnten. Er teilte Wolken in die drei Grundformen Stratus (Schichtwolken), Cumulus (Haufenwolken) und Cirrus (Schleierwolken) ein. Zusätzlich differenzierte er die zwei Zwischenformen Cirrostratus und Cirrocumulus sowie die zwei zusammengesetzten Formen Cumulustratus und Cumulo-cirro-stratus bzw. Nimbus (Regenwolken). Die Gattung Cumulustratus wurde 1840 mit Zustimmung von Howard durch Ludwig Friedrich Kämtz in Stratocumulus umbenannt, 1855 ergänzte Émilien Renou die zwei Gattungen Altocumulus und Altostratus. ⓘ
Entstehung in der Homosphäre: Wie die Luft gesättigt wird
Terrestrische Wolken sind im größten Teil der Homosphäre zu finden, die die Troposphäre, Stratosphäre und Mesosphäre umfasst. Innerhalb dieser Atmosphärenschichten kann die Luft gesättigt werden, indem sie auf ihren Taupunkt abgekühlt wird oder indem ihr Feuchtigkeit aus einer benachbarten Quelle zugeführt wird. Im letzteren Fall tritt die Sättigung ein, wenn der Taupunkt auf die Temperatur der Umgebungsluft angehoben wird. ⓘ
Adiabatische Abkühlung
Adiabatische Abkühlung tritt auf, wenn eine oder mehrere der drei möglichen Auftriebskräfte - konvektiv, zyklonal/frontal oder orografisch - ein Luftpaket, das unsichtbaren Wasserdampf enthält, aufsteigen und bis zu seinem Taupunkt abkühlen lassen, der Temperatur, bei der die Luft gesättigt wird. Der wichtigste Mechanismus hinter diesem Prozess ist die adiabatische Abkühlung. Wenn die Luft auf ihren Taupunkt abgekühlt und gesättigt ist, kondensiert der Wasserdampf normalerweise und bildet Wolkentropfen. Diese Kondensation erfolgt normalerweise an Wolkenkondensationskernen wie Salz- oder Staubpartikeln, die klein genug sind, um von der normalen Luftzirkulation in der Luft gehalten zu werden. ⓘ
Ein Faktor ist die konvektive Aufwärtsbewegung der Luft, die durch die Sonnenerwärmung am Tag an der Oberfläche verursacht wird. Die Luftmasseninstabilität ermöglicht die Bildung von Kumuluswolken, die bei ausreichend feuchter Luft Schauer erzeugen können. In relativ seltenen Fällen kann der konvektive Auftrieb stark genug sein, um die Tropopause zu durchdringen und die Wolkenspitze in die Stratosphäre zu drücken. ⓘ
Frontaler und zyklonaler Auftrieb entsteht, wenn stabile Luft an Wetterfronten und in der Nähe von Tiefdruckgebieten durch einen Prozess namens Konvergenz in die Höhe gedrückt wird. Warmfronten, die mit außertropischen Wirbelstürmen einhergehen, neigen dazu, über einem weiten Gebiet hauptsächlich zirrus- und stratiforme Wolken zu erzeugen, es sei denn, die herannahende warme Luftmasse ist instabil; in diesem Fall sind Cumulus- oder Cumulonimbuswolken gewöhnlich in die Hauptniederschlagsschicht eingebettet. Kaltfronten bewegen sich in der Regel schneller und erzeugen eine schmalere Wolkenlinie, die meist stratocumuliform, cumuliform oder cumulonimbiform ist, je nach Stabilität der warmen Luftmasse unmittelbar vor der Front. ⓘ
Eine dritte Quelle des Auftriebs ist die Windzirkulation, die die Luft über eine physische Barriere wie ein Gebirge drückt (orographischer Auftrieb). Wenn die Luft im Allgemeinen stabil ist, bilden sich lediglich linsenförmige Wolkenkappen. Wenn die Luft jedoch ausreichend feucht und instabil ist, können orografische Schauer oder Gewitter entstehen. ⓘ
Nicht-adiabatische Abkühlung
Neben der adiabatischen Abkühlung, die ein Auftriebsmittel erfordert, gibt es drei wichtige nicht-adiabatische Mechanismen, um die Temperatur der Luft auf ihren Taupunkt zu senken. Konduktive Kühlung, Strahlungskühlung und Verdunstungskühlung erfordern keinen Hebemechanismus und können zur Kondensation an der Oberfläche und damit zur Bildung von Nebel führen. ⓘ
Zufuhr von Feuchtigkeit in die Luft
Es gibt mehrere Hauptquellen für Wasserdampf, die der Luft zugeführt werden können, um eine Sättigung ohne Kühlung zu erreichen: Verdunstung von Oberflächenwasser oder feuchtem Boden, Niederschlag oder Virga und Transpiration von Pflanzen. ⓘ
Klassifizierung: Wie Wolken in der Troposphäre identifiziert werden
Die Klassifizierung der Troposphäre basiert auf einer Hierarchie von Kategorien mit physikalischen Formen und Höhenstufen an der Spitze. Diese werden in insgesamt zehn Gattungen eingeteilt, von denen die meisten in Arten unterteilt werden können, die wiederum in Varietäten unterteilt werden, die am unteren Ende der Hierarchie stehen. ⓘ
Physikalische Formen
Wolken in der Troposphäre nehmen aufgrund ihrer Struktur und ihres Entstehungsprozesses fünf physikalische Formen an. Diese Formen werden in der Regel für die Satellitenanalyse verwendet. Sie werden im Folgenden in ungefährer aufsteigender Reihenfolge der Instabilität oder konvektiven Aktivität aufgeführt. ⓘ
Stratiform
Nicht-konvektive stratiforme Wolken treten bei stabilen Luftmassenbedingungen auf und haben im Allgemeinen flache, flächenartige Strukturen, die sich in jeder Höhe der Troposphäre bilden können. Die Gruppe der stratiformen Wolken wird nach Höhenlage in die Gattungen cirrostratus (hoch), altostratus (mittelhoch), stratus (tief) und nimbostratus (mehrstufig) unterteilt. Nebel wird im Allgemeinen als oberflächennahe Wolkenschicht betrachtet. Der Nebel kann sich an der Oberfläche in klarer Luft bilden oder er kann das Ergebnis einer sehr niedrigen Stratuswolke sein, die auf den Boden oder das Meer sinkt. Umgekehrt entstehen niedrige stratiforme Wolken, wenn Advektionsnebel bei windigen Bedingungen über die Oberfläche gehoben wird. ⓘ
Zirrenförmig
Zirruswolken in der Troposphäre gehören zur Gattung der Zirruswolken und haben das Aussehen losgelöster oder halbverzweigter Fäden. Sie bilden sich in großen Höhen der Troposphäre in größtenteils stabiler Luft mit geringer oder gar keiner konvektiven Aktivität, auch wenn sich in dichteren Gebieten gelegentlich Anhäufungen bilden können, die durch begrenzte Konvektion in großer Höhe verursacht werden, wenn die Luft teilweise instabil ist. Wolken, die Zirrus-, Zirrostratus- und Zirrokumuluswolken ähneln, sind über der Troposphäre zu finden, werden aber mit Hilfe der gebräuchlichen Namen getrennt klassifiziert. ⓘ
Stratokumuliform
Wolken dieser Struktur weisen sowohl kumuliforme als auch schichtförmige Merkmale in Form von Rollen, Wellen oder Elementen auf. Sie bilden sich im Allgemeinen als Ergebnis begrenzter Konvektion in einer ansonsten weitgehend stabilen Luftmasse, die von einer Inversionsschicht überlagert wird. Ist die Inversionsschicht nicht vorhanden oder liegt sie höher in der Troposphäre, kann eine erhöhte Instabilität der Luftmasse dazu führen, dass die Wolkenschichten Spitzen in Form von Türmen ausbilden, die aus eingebetteten cumuliformen Anhäufungen bestehen. Die Gruppe der stratocumuliformen Wolken wird unterteilt in Cirrocumulus (hoch gelegen, ohne Strato-Präfix), Altocumulus (mittlere Höhe, ohne Strato-Präfix) und Stratocumulus (niedrig gelegen). ⓘ
Kumuliform
Kumuluswolken treten im Allgemeinen in einzelnen Haufen oder Büscheln auf. Sie sind das Ergebnis eines lokal begrenzten, aber im Allgemeinen frei konvektiven Auftriebs, bei dem in der Troposphäre keine Inversionsschichten vorhanden sind, die das vertikale Wachstum begrenzen. Im Allgemeinen deuten kleine cumuliforme Wolken auf eine vergleichsweise schwache Instabilität hin. Größere Kumuluswolken sind ein Zeichen für größere atmosphärische Instabilität und konvektive Aktivität. Je nach ihrer vertikalen Größe können Wolken der Gattung Cumulus niedrig oder mehrstöckig sein und eine mäßige bis hohe vertikale Ausdehnung haben. ⓘ
Cumulonimbiform
Die größten frei konvektiven Wolken sind die Cumulonimbuswolken, die eine große vertikale Ausdehnung haben. Sie treten in sehr instabiler Luft auf und haben oft unscharfe Umrisse an den oberen Teilen der Wolken, die manchmal Amboss-Spitzen enthalten. Diese Wolken sind das Ergebnis einer sehr starken Konvektion, die bis in die untere Stratosphäre vordringen kann. ⓘ
Ebenen und Gattungen
Troposphärische Wolken bilden sich in drei Ebenen (früher étages genannt), die sich nach der Höhe über der Erdoberfläche richten. Die Einteilung der Wolken in Ebenen wird üblicherweise für Wolkenatlanten, Oberflächenwetterbeobachtungen und Wetterkarten vorgenommen. Der Bereich der Basishöhe für jede Ebene variiert je nach geografischer Breitengradzone. Jede Höhenstufe umfasst zwei oder drei Gattungsarten, die sich hauptsächlich durch ihre physikalische Form unterscheiden. ⓘ
Die Standardebenen und Gattungsarten werden im Folgenden in ungefährer absteigender Reihenfolge der Höhe, in der sie normalerweise liegen, zusammengefasst. Mehrstufige Wolken mit signifikanter vertikaler Ausdehnung werden separat aufgeführt und in ungefährer aufsteigender Reihenfolge der Instabilität oder konvektiven Aktivität zusammengefasst. ⓘ
Hochgradig
Hohe Wolken bilden sich in Höhen von 3.000 bis 7.600 m (10.000 bis 25.000 ft) in den Polarregionen, 5.000 bis 12.200 m (16.500 bis 40.000 ft) in den gemäßigten Regionen und 6.100 bis 18.300 m (20.000 bis 60.000 ft) in den Tropen. Alle zirrusförmigen Wolken werden als hoch eingestuft und bilden somit eine einzige Gattung Cirrus (Ci). Stratocumuliforme und stratiforme Wolken im Höhenbereich tragen die Vorsilbe cirro-, woraus sich die jeweiligen Gattungsnamen cirrocumulus (Cc) und cirrostratus (Cs) ergeben. Werden Satellitenbilder von Hochwolken mit begrenzter Auflösung ohne Daten aus direkten menschlichen Beobachtungen analysiert, ist eine Unterscheidung zwischen den einzelnen Formen oder Gattungen nicht mehr möglich, und sie werden gemeinsam als Hochwolken-Typ bezeichnet (oder informell als Zirrus-Typ, obwohl nicht alle Hochwolken zur Zirrusform oder -gattung gehören). ⓘ
- Gattung Zirrus (Ci):
- Dies sind meist faserige Strähnen zarter, weißer, zirrenförmiger Eiskristallwolken, die sich deutlich vom blauen Himmel abheben. Zirruswolken sind im Allgemeinen nicht konvektiv, mit Ausnahme der Castellanus- und Floccus-Subtypen, die eine begrenzte Konvektion aufweisen. Sie bilden sich oft entlang eines Höhenstrahls und an der vordersten Kante einer Front- oder Tiefdruckstörung, wo sie in Cirrostratus übergehen können. Diese hoch liegende Wolkengattung erzeugt keinen Niederschlag. ⓘ
- Gattung cirrocumulus (Cc):
- Hierbei handelt es sich um eine rein weiße, hohe stratocumuliforme Schicht mit begrenzter Konvektion. Sie besteht aus Eiskristallen oder unterkühlten Wassertröpfchen, die als kleine, schattenlose, runde Massen oder Flocken in Gruppen oder Linien mit Wellen wie Sand am Strand auftreten. Cirrocumulus bildet sich gelegentlich neben Cirrus und kann von Cirrostratuswolken begleitet oder in der Nähe der Spitze eines aktiven Wettersystems durch diese ersetzt werden. Diese Gattung produziert gelegentlich Virga, Niederschlag, der unterhalb der Wolkenbasis verdunstet. ⓘ
- Gattung cirrostratus (Cs):
- Cirrostratus ist ein dünner, nicht konvektiver, schichtförmiger Eiskristallschleier, der typischerweise Halos erzeugt, die durch Brechung der Sonnenstrahlen entstehen. Sonne und Mond sind in klaren Umrissen sichtbar. Cirrostratus erzeugt keinen Niederschlag, verdichtet sich aber oft vor einer Warmfront oder einem Tiefdruckgebiet zu Altostratus, was manchmal der Fall ist. ⓘ
Mittlere Höhe
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Nicht-vertikale Wolken der mittleren Stufe werden mit dem Präfix alto- bezeichnet, was die Gattungsnamen altocumulus (Ac) für stratocumuliforme Typen und altostratus (As) für stratiforme Typen ergibt. Diese Wolken können sich in allen Breitengraden bis zu einer Höhe von 2.000 m über der Erdoberfläche bilden, in der Nähe der Pole jedoch bis zu 4.000 m, in mittleren Breiten bis zu 7.000 m und in den Tropen bis zu 7.600 m. Wie bei den hohen Wolken sind die wichtigsten Gattungen mit dem menschlichen Auge leicht zu erkennen, aber eine Unterscheidung zwischen ihnen ist mit Satellitenaufnahmen allein nicht möglich. Wenn die unterstützenden Daten menschlicher Beobachtungen nicht zur Verfügung stehen, werden diese Wolken auf Satellitenbildern in der Regel als mittlerer Typ bezeichnet. ⓘ
- Gattung Altocumulus (Ac):
- Hierbei handelt es sich um eine mittelhohe Wolkenschicht mit begrenzter Konvektion, die normalerweise in Form von unregelmäßigen Flecken oder ausgedehnteren, in Gruppen, Linien oder Wellen angeordneten Blättern auftritt. Altocumulus kann gelegentlich Cirrocumulus ähneln, ist aber in der Regel dicker und besteht aus einer Mischung aus Wassertröpfchen und Eiskristallen, so dass die Basen zumindest eine hellgraue Schattierung aufweisen. Altocumulus kann Virga erzeugen, sehr leichte Niederschläge, die verdunsten, bevor sie den Boden erreichen. ⓘ
- Gattung Altostratus (As):
- Altostratus ist ein undurchsichtiger oder durchscheinender, nicht konvektiver Schleier aus grauen/blaugrauen Wolken in mittlerer Höhe, der sich häufig entlang von Warmfronten und um Tiefdruckgebiete bildet. Altostratus besteht in der Regel aus Wassertröpfchen, kann aber in höheren Lagen auch mit Eiskristallen vermischt sein. Weit verbreiteter undurchsichtiger Altostratus kann leichten kontinuierlichen oder intermittierenden Niederschlag erzeugen. ⓘ
Niedrige Ebene
| ⓘ | ||||
|
Hohe Wolken (Cirro) | Wolken großer vertikaler Ausdehnung | ||
| Mittelhohe Wolken (Alto) | ||||
| Tiefe Wolken (ohne Präfix) |
| Wolkenfamilie | Polargebiete | Gemäßigte Breiten | Tropen ⓘ |
|---|---|---|---|
| Hohe Wolken | 3 bis 8 km | 5 bis 13 km | 6 bis 18 km |
| Mittelhohe Wolken | 2 bis 4 km | 2 bis 7 km | 2 bis 8 km |
| Tiefe Wolken | 0 bis 2 km | 0 bis 2 km | 0 bis 2 km |
| Vertikale Wolken | 0 bis 8 km | 0 bis 13 km | 0 bis 18 km |
Nach der heute offiziellen Klassifizierung der World Meteorological Organization, festgehalten im Internationalen Wolkenatlas, werden Wolken nach der Höhe ihrer Untergrenze in vier Wolkenfamilien eingeteilt – hohe, mittelhohe, niedrige und solche, die sich über mehrere Stockwerke erstrecken (vertikale Wolken). Diese vier Familien umfassen zehn Gattungen, die mit ihren 14 Arttypen (mit Kombinationen 27 Arten), 9 Unterarttypen und 9 Sonderformen/Begleitwolken in einer Übersicht dargestellt sind. Eine Wolke kann dabei die Merkmale von einer Art und mehreren Unterarten besitzen. ⓘ
Von zentraler Bedeutung ist, dass es sich bei den Wolken um eine Klassifikation nach dem Erscheinungsbild handelt. Dies steht im Gegensatz zu den in den Naturwissenschaften üblicherweise an Herkunft, Entstehung oder Verwandtschaft orientierten (genetischen) Klassifikationssystemen. Wie eine Wolke zu einem bestimmten Erscheinungsbild gekommen ist, spielt für deren Namensgebung folglich keine Rolle, auch wenn viele Erscheinungsbilder auf ihre Entstehungsumstände hin gedeutet werden können. ⓘ
Die Höhenlagen der Wolkenstockwerke variieren mit der geographischen Breite, da die unterste Schicht der Atmosphäre – die Troposphäre – am Äquator rund doppelt so hoch reicht wie an den Polen. Im Winter sind die Wolkenstockwerke aufgrund der niedrigeren Temperatur und damit höheren Luftdichte niedriger als im Sommer. Die Höhen orientieren sich an der Lage der Tropopause, die örtlich wie zeitlich variabel ist und nicht gleichförmig von den Polen zum Äquator ansteigt. Die folgenden Höhenangaben stellen daher nur Orientierungswerte dar. ⓘ
Wolken werden verschieden benannt, zum Beispiel der Cirrus und die Cirruswolke bzw. die Cirren und die Cirruswolken. ⓘ
Häufig sind mehrere Wolkenformen gleichzeitig vorhanden, die sich gegenseitig überdecken können. ⓘ
- Gattung Stratocumulus (Sc):
- Bei dieser Gattung handelt es sich um eine stratocumuliforme Wolkenschicht mit begrenzter Konvektion, die in der Regel in Form von unregelmäßigen Flecken oder ausgedehnteren Blättern ähnlich wie Altocumulus auftritt, jedoch größere Elemente mit tieferen grauen Schattierungen aufweist. Stratocumulus tritt häufig bei feuchtem Wetter auf, das von anderen Regenwolken ausgeht, kann aber selbst nur sehr leichten Niederschlag erzeugen.
- Gattung Cumulus (Cu); Art humilis - geringe vertikale Ausdehnung:
- Es handelt sich um kleine, freistehende Schönwetter-Kumuluswolken mit fast waagerechter Basis und abgeflachter Spitze, die keine Regenschauer erzeugen.
- Gattung Stratus (St):
Mehrstufig oder mäßig vertikal
Diese Wolken haben eine niedrige bis mittlere Basis, die sich in der Nähe der Oberfläche bis zu einer Höhe von etwa 2 400 m bildet, und Gipfel, die sich bis in mittlere Höhenlagen erstrecken können, im Fall von Nimbostratus manchmal auch höher.
- Gattung nimbostratus (Ns); mehrstufig:
Es handelt sich um eine diffuse, dunkelgraue, mehrstufige Schicht mit großer horizontaler Ausdehnung und meist mäßiger bis tiefer vertikaler Entwicklung, die von innen schwach beleuchtet aussieht. Nimbostratus bildet sich normalerweise aus Altostratus in mittlerer Höhe und entwickelt zumindest eine mäßige vertikale Ausdehnung, wenn die Basis bei Niederschlägen, die eine mittlere bis starke Intensität erreichen können, in die untere Ebene absinkt. Eine noch größere vertikale Ausdehnung erreicht er, wenn er durch eine großräumige Front oder einen zyklonalen Auftrieb gleichzeitig bis in die Höhe wächst. Die Vorsilbe Nimbo- bezieht sich auf ihre Fähigkeit, vor allem vor einer Warmfront über einem großen Gebiet anhaltenden Regen oder Schnee zu produzieren. Diese dichte Wolkenschicht hat keine eigene Struktur, kann aber von eingebetteten hoch aufragenden cumuliformen oder cumulonimbiformen Typen begleitet werden. Meteorologen, die der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) angehören, stufen Nimbostratus für synoptische Zwecke offiziell als mittelhoch ein, während sie ihn informell als mehrstufig bezeichnen. Unabhängige Meteorologen und Pädagogen scheinen gespalten zu sein zwischen denjenigen, die weitgehend dem WMO-Modell folgen, und denjenigen, die Nimbostratus trotz seiner beträchtlichen vertikalen Ausdehnung und seiner üblichen anfänglichen Bildung im mittleren Höhenbereich als Tiefdruckgebiet einstufen.
- Gattung cumulus (Cu); Art mediocris - mäßige vertikale Ausdehnung:
- Diese kumuliformen Wolken mit freier Konvektion haben eine klare, mittelgraue, flache Basis und weiße, gewölbte Spitzen in Form von kleinen Ausläufern und produzieren im Allgemeinen keinen Niederschlag. Sie bilden sich in der Regel im unteren Bereich der Troposphäre, außer bei sehr niedriger relativer Luftfeuchtigkeit, wenn die Wolkenbasen bis in den mittleren Höhenbereich aufsteigen können. Cumulus mediocris wird offiziell als niedrig eingestuft und eher informell als Wolken mit mäßiger vertikaler Ausdehnung beschrieben, die mehr als eine Höhenstufe umfassen können. ⓘ
Hoch aufragende Vertikale
Diese sehr großen cumuliformen und cumulonimbiformen Typen haben Wolkenbasen im gleichen niedrigen bis mittleren Höhenbereich wie die mehrstufigen und mäßig vertikalen Typen, aber die Spitzen reichen fast immer bis in die hohen Lagen. Im Gegensatz zu weniger vertikal entwickelten Wolken müssen sie in allen Luftfahrtbeobachtungen (METARS) und -vorhersagen (TAFS) mit ihren Standardnamen oder Abkürzungen gekennzeichnet werden, um Piloten vor möglichen Unwettern und Turbulenzen zu warnen. ⓘ
- Gattung Cumulus (Cu); Art congestus - große vertikale Ausdehnung:
- Mit zunehmender Instabilität der Luftmasse können frei konvektive Cumuluswolken so groß werden, dass die vertikale Höhe von der Basis bis zur Spitze größer ist als die Basisbreite der Wolke. Die Wolkenbasis nimmt eine dunklere graue Färbung an, und die Spitze ähnelt häufig einem Blumenkohl. Dieser Wolkentyp kann mäßige bis starke Schauer erzeugen und wird von der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) als Towering cumulus (Tcu) bezeichnet.
- Gattung Cumulonimbus (Cb):
- Bei dieser Gattung handelt es sich um eine schwere, hoch aufragende, kumulonimbiforme Masse frei konvektiver Wolken mit einer dunkelgrauen bis fast schwarzen Basis und einer sehr hohen Spitze in Form eines Berges oder riesigen Turms. Cumulonimbuswolken können Gewitter, örtlich sehr heftige Regengüsse, die Sturzfluten verursachen können, und verschiedene Arten von Blitzen hervorrufen, darunter auch Wolkenblitze, die Waldbrände verursachen können. Andere konvektive Unwetter können mit Gewittern verbunden sein, müssen es aber nicht. Dazu gehören schwere Schneeschauer, Hagel, starke Windböen, Sturmböen und Tornados. Von all diesen möglichen Ereignissen im Zusammenhang mit Cumulonimbuswolken ist der Blitz das einzige, das ein Gewitter voraussetzt, da der Blitz den Donner erzeugt. Cumulonimbuswolken können sich bei instabilen Luftmassen bilden, sind aber in der Regel konzentrierter und intensiver, wenn sie mit instabilen Kaltfronten verbunden sind. ⓘ
Gattungen
Die Gattungsarten werden üblicherweise in Unterarten unterteilt, die als Spezies bezeichnet werden und spezifische strukturelle Details aufweisen, die je nach Stabilität und Windscherung der Atmosphäre zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einem bestimmten Ort variieren können. Trotz dieser Hierarchie kann eine bestimmte Art eine Unterart von mehr als einer Gattung sein, insbesondere wenn die Gattungen dieselbe physikalische Form aufweisen und sich hauptsächlich durch die Höhe oder das Niveau voneinander unterscheiden. Es gibt einige wenige Arten, die jeweils mit Gattungen von mehr als einer physischen Form in Verbindung gebracht werden können. Die Arten werden im Folgenden nach den physischen Formen und Gattungen gruppiert, mit denen sie normalerweise verbunden sind. Die Formen, Gattungen und Arten sind von links nach rechts in ungefährer aufsteigender Reihenfolge der Instabilität oder konvektiven Aktivität aufgeführt. ⓘ
| Formen und Höhenstufen | Stratiform nicht-konvektiv |
Zirrenförmig meist nicht-konvektiv |
Stratokumuliform begrenzt konvektiv |
Kumuliform frei-konvektiv |
Cumulonimbiform stark konvektiv ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|
| Hochgradig | Zirrostratus * nebulosus * fibratus |
Zirrus nicht-konvektiv * uncinus * fibratus * spissatus begrenzt konvektiv * castellanus * floccus |
Zirrokumulus * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus |
||
| Mittlere Höhe | Altostratus * keine differenzierten Arten (immer nebulös) |
Altokumulus * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus * volutus |
|||
| Niedrige Ebene | Stratus * nebulosus * fractus |
Stratokumulus * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus * volutus |
Cumulus * humilis * fractus |
||
| Mehrstufig oder mäßig vertikal | Nimbostratus * keine differenzierten Arten (immer nebulös) |
Cumulus * mediocris |
|||
| Hoch aufragende Vertikale | Cumulus * congestus |
Cumulonimbus * calvus * capillatus |
Stabil oder weitgehend stabil
In der Gruppe der nicht konvektiven Stratiformen gibt es zwei Arten von Cirrostratus high level. Cirrostratus nebulosus hat ein eher diffuses Erscheinungsbild, dem es an strukturellen Details fehlt. Cirrostratus fibratus ist eine Art, die aus halb verschmolzenen Filamenten besteht, die einen Übergang zu oder von Zirrus darstellen. Mittelhoher Altostratus und mehrstufiger Nimbostratus haben immer ein flaches oder diffuses Aussehen und werden daher nicht in Arten unterteilt. Niedriger Stratus gehört zur Art nebulosus, es sei denn, er ist in zerklüftete Blätter von stratus fractus aufgelöst (siehe unten). ⓘ
Zirruswolken bestehen aus drei nicht-konvektiven Arten, die sich unter stabilen Luftmassenbedingungen bilden können. Cirrus fibratus besteht aus Fäden, die gerade, gewellt oder gelegentlich durch Windscherung verdreht sein können. Die Art uncinus ist ähnlich, hat aber an den Enden umgedrehte Haken. Cirrus spissatus erscheint als undurchsichtige Flecken, die hellgraue Schattierungen aufweisen können. ⓘ
Die stratocumuliformen Gattungen (Cirrocumulus, Altocumulus und Stratocumulus), die in überwiegend stabiler Luft mit begrenzter Konvektion auftreten, haben jeweils zwei Arten. Die stratiformis-Arten treten normalerweise in ausgedehnten Blättern oder in kleineren Flecken auf, in denen nur minimale Konvektionsaktivität herrscht. Wolken der lenticularis-Art haben in der Regel eine linsenartige Form, die sich an den Enden verjüngt. Sie sind am häufigsten als orografische Bergwellenwolken anzutreffen, können aber überall in der Troposphäre auftreten, wo eine starke Windscherung mit ausreichender Stabilität der Luftmasse kombiniert wird, um eine allgemein flache Wolkenstruktur aufrechtzuerhalten. Diese beiden Arten können in den hohen, mittleren oder niedrigen Schichten der Troposphäre vorkommen, je nachdem, welche stratocumuliforme(n) Gattung(en) zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden sind. ⓘ
Zerklüftet
Die Art fractus weist eine variable Instabilität auf, da sie eine Unterteilung von Gattungsarten unterschiedlicher physikalischer Formen sein kann, die unterschiedliche Stabilitätsmerkmale aufweisen. Diese Unterart kann in Form von zerklüfteten, aber meist stabilen schichtförmigen Blättern (stratus fractus) oder kleinen zerklüfteten kumuliformen Haufen mit etwas größerer Instabilität (cumulus fractus) auftreten. Wenn Wolken dieser Art mit niederschlagbringenden Wolkensystemen von beträchtlicher vertikaler und manchmal horizontaler Ausdehnung verbunden sind, werden sie auch als akzessorische Wolken unter dem Namen Pannus klassifiziert (siehe Abschnitt über zusätzliche Merkmale). ⓘ
Teilweise unbeständig
Diese Arten sind Unterteilungen von Gattungen, die in teilweise instabiler Luft mit begrenzter Konvektion auftreten können. Die Gattung castellanus tritt auf, wenn eine weitgehend stabile stratocumuliforme oder cirriforme Schicht durch örtlich instabile Luftmassen gestört wird, meist am Vormittag oder Nachmittag. Dies führt zur Bildung von eingebetteten cumuliformen Aufwölbungen, die von einer gemeinsamen stratiformen Basis ausgehen. Castellanus ähnelt von der Seite betrachtet den Türmen eines Schlosses und kann mit stratocumuliformen Gattungen in jeder troposphärischen Höhenstufe und mit begrenzt konvektiven Flecken von hoch gelegenem Cirrus gefunden werden. Büschelwolken der freistehenden Floccus-Arten sind Unterteilungen von Gattungsarten, die in ihrer Gesamtstruktur zirriform oder stratocumuliform sein können. Sie werden manchmal zusammen mit Cirrus, Cirrocumulus, Altocumulus und Stratocumulus beobachtet. ⓘ
Eine neu anerkannte Art von Stratocumulus oder Altocumulus hat den Namen Volutus erhalten, eine Rollwolke, die vor einer Cumulonimbusformation auftreten kann. Es gibt einige Volutuswolken, die sich als Folge von Wechselwirkungen mit bestimmten geografischen Merkmalen und nicht mit einer Mutterwolke bilden. Die vielleicht seltsamste geografisch spezifische Wolke dieses Typs ist die Morning Glory, eine rollende zylindrische Wolke, die unvorhersehbar über dem Golf von Carpentaria in Nordaustralien erscheint. In Verbindung mit einem starken "Ripple" in der Atmosphäre kann die Wolke in Segelflugzeugen "gesurft" werden. ⓘ
Instabil oder überwiegend instabil
Eine allgemeinere Instabilität der Luftmasse in der Troposphäre führt zur Bildung von Wolken der eher frei konvektiven Cumulus-Gattung, deren Arten hauptsächlich Indikatoren für den Grad der atmosphärischen Instabilität und die daraus resultierende vertikale Entwicklung der Wolken sind. Eine Cumuluswolke bildet sich zunächst im unteren Bereich der Troposphäre als Wölkchen der Art humilis, das nur eine geringe vertikale Entwicklung aufweist. Wenn die Luft instabiler wird, neigt die Wolke dazu, sich vertikal zu entwickeln und wird zur Art mediocris, dann zur stark konvektiven Art congestus, der höchsten Cumulus-Art, die von der Internationalen Zivilluftfahrt-Organisation als "Towering Cumulus" bezeichnet wird. ⓘ
Bei sehr instabilen atmosphärischen Bedingungen können große Cumuluswolken zu noch stärker konvektiven Cumulonimbus calvus (im Wesentlichen eine sehr hohe Cumuluswolke, die Donner erzeugt) und schließlich zur Art Capillatus heranwachsen, wenn sich unterkühlte Wassertröpfchen an der Spitze der Wolke in Eiskristalle verwandeln und ihr ein zirrenförmiges Aussehen verleihen. ⓘ
Gattungen
Gattungs- und Arttypen werden weiter in Varietäten unterteilt, deren Namen nach dem Artnamen erscheinen können, um eine genauere Beschreibung einer Wolke zu liefern. Einige Wolkenvarietäten sind nicht auf eine bestimmte Höhenstufe oder Form beschränkt und können daher in mehr als einer Gattung oder Art vorkommen. ⓘ
Trübungsbasiert
Alle Wolkenarten lassen sich in eine von zwei Hauptgruppen einteilen. Die eine Gruppe kennzeichnet die Opazität bestimmter Wolkenstrukturen in niedriger und mittlerer Höhe und umfasst die Varianten translucidus (dünn durchscheinend), perlucidus (dick undurchsichtig mit durchscheinenden oder sehr kleinen klaren Unterbrechungen) und opacus (dick undurchsichtig). Diese Varianten sind bei Wolkengattungen und -arten mit variabler Opazität immer erkennbar. Alle drei sind mit den stratiformis-Arten von Altocumulus und Stratocumulus verbunden. Bei altostratus und stratus nebulosus, deren einheitliche Strukturen die Bildung einer perlucidus-Varietät verhindern, werden jedoch nur zwei Varietäten beobachtet. Auf Opazität basierende Varietäten werden nicht auf hohe Wolken angewandt, da diese immer durchscheinend oder, im Falle von cirrus spissatus, immer undurchsichtig sind. ⓘ
Muster-basierte
Eine zweite Gruppe beschreibt die gelegentlichen Anordnungen von Wolkenstrukturen in bestimmten Mustern, die für einen Beobachter an der Oberfläche erkennbar sind (Wolkenfelder sind in der Regel nur aus großer Höhe über den Formationen sichtbar). Diese Arten treten nicht immer mit den Gattungen und Arten auf, mit denen sie sonst assoziiert sind, sondern nur dann, wenn die atmosphärischen Bedingungen ihre Bildung begünstigen. Intortus- und Vertebratus-Varietäten treten gelegentlich mit Cirrus fibratus auf. Es handelt sich dabei um Fäden, die zu unregelmäßigen Formen verdreht sind, und um solche, die in Fischgrätenmustern angeordnet sind, in der Regel durch ungleichmäßige Windströmungen, die die Bildung dieser Varietäten begünstigen. Die Sorte radiatus ist mit Wolkenreihen eines bestimmten Typs verbunden, die am Horizont zusammenzulaufen scheinen. Sie wird manchmal mit den Cirrus-Arten fibratus und uncinus, den Altocumulus- und Stratocumulus-Arten stratiformis, den Cumulus-Arten mediocris und manchmal humilis sowie mit der Gattung altostratus beobachtet. ⓘ
Eine weitere Varietät, duplicatus (eng beieinander liegende Schichten desselben Typs, eine über der anderen), findet sich manchmal zusammen mit Cirren der Arten fibratus und uncinus sowie mit Altocumulus und Stratocumulus der Arten stratiformis und lenticularis. Die Varietät undulatus (mit wellenförmiger Basis) kann mit allen Wolken der Arten stratiformis oder lenticularis sowie mit altostratus auftreten. Sie wird nur selten bei stratus nebulosus beobachtet. Die Varietät lacunosus wird durch örtlich begrenzte Abwinde verursacht, die kreisförmige Löcher in Form einer Wabe oder eines Netzes erzeugen. Sie wird gelegentlich mit Cirrocumulus und Altocumulus der Arten stratiformis, castellanus und floccus sowie mit Stratocumulus der Arten stratiformis und castellanus beobachtet. ⓘ
Kombinationen
Bei einigen Arten ist es möglich, dass sie gleichzeitig kombinierte Varietäten aufweisen, insbesondere wenn eine Varietät auf Trübung und die andere auf Muster beruht. Ein Beispiel hierfür wäre eine Schicht von Altocumulus stratiformis, die in scheinbar zusammenlaufenden Reihen angeordnet und durch kleine Unterbrechungen getrennt ist. Der vollständige technische Name einer Wolke in dieser Konfiguration wäre altocumulus stratiformis radiatus perlucidus, womit die Gattung, die Art und die beiden kombinierten Varietäten bezeichnet würden. ⓘ
Zusatzwolken, ergänzende Merkmale und andere abgeleitete Typen
Ergänzende Merkmale und akzessorische Wolken sind keine weiteren Unterteilungen von Wolkentypen unterhalb der Art- und Varietätenebene. Vielmehr sind sie entweder Hydrometeore oder spezielle Wolkentypen mit eigenen lateinischen Namen, die in Verbindung mit bestimmten Wolkengattungen, -arten und -varietäten entstehen. Zusätzliche Merkmale, sei es in Form von Wolken oder Niederschlag, sind direkt mit der Haupt-Gattungs-Wolke verbunden. Nebenwolken hingegen sind im Allgemeinen von der Hauptwolke losgelöst. ⓘ
Niederschlagsbedingte Zusatzmerkmale
Eine Gruppe von Zusatzmerkmalen sind keine eigentlichen Wolkenformationen, sondern Niederschläge, die fallen, wenn die Wassertröpfchen oder Eiskristalle, aus denen die sichtbaren Wolken bestehen, zu schwer geworden sind, um in der Luft zu bleiben. Virga ist ein Merkmal, das bei Wolken auftritt, die Niederschlag produzieren, der verdunstet, bevor er den Boden erreicht. Es handelt sich dabei um die Gattungen cirrocumulus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratocumulus, cumulus und cumulonimbus. ⓘ
Wenn der Niederschlag den Boden erreicht, ohne vollständig zu verdunsten, wird er als praecipitatio bezeichnet. Dies ist in der Regel bei Altostratus opacus der Fall, der weit verbreiteten, aber in der Regel leichten Niederschlag produzieren kann, sowie bei dickeren Wolken, die eine deutliche vertikale Entwicklung aufweisen. Von den letzteren erzeugt der nach oben wachsende Cumulus mediocris nur vereinzelte leichte Schauer, während der nach unten wachsende Nimbostratus zu schwereren, ausgedehnteren Niederschlägen fähig ist. Hoch aufragende vertikale Wolken haben die größte Fähigkeit, intensive Niederschlagsereignisse hervorzurufen, aber diese neigen dazu, lokal begrenzt zu sein, es sei denn, sie sind entlang sich schnell bewegender Kaltfronten organisiert. Aus Cumulus-Stauwolken können mäßige bis starke Niederschläge fallen. Cumulonimbus, die größte aller Wolkengattungen, ist in der Lage, sehr starke Schauer zu produzieren. Niedrige Stratuswolken erzeugen in der Regel nur leichten Niederschlag, der jedoch immer als Merkmal praecipitatio auftritt, da diese Wolkengattung zu nahe am Boden liegt, um die Bildung von Virga zu ermöglichen. ⓘ
Wolkenbasierte Zusatzmerkmale
Der Incus ist das typspezifischste zusätzliche Merkmal, das nur bei Cumulonimbus der Art capillatus auftritt. Eine Cumulonimbus-Incus-Wolkenspitze ist eine Wolkenspitze, die sich durch aufsteigende Luftströmungen, die auf die Stabilitätsschicht an der Tropopause treffen, wo die Luft mit zunehmender Höhe nicht mehr weiter abkühlt, zu einer deutlichen Ambossform ausgebreitet hat. ⓘ
Das Mamma-Merkmal bildet sich an der Basis von Wolken als nach unten gerichtete blasenartige Ausstülpungen, die durch lokalisierte Abwinde innerhalb der Wolke verursacht werden. Sie wird manchmal auch Mammatus genannt, eine frühere Version des Begriffs, die vor der Vereinheitlichung der lateinischen Nomenklatur durch die Weltorganisation für Meteorologie im 20. Am bekanntesten ist der Cumulonimbus mit Mammatus, aber auch bei Cirrus, Cirrocumulus, Altocumulus, Altostratus und Stratocumulus tritt das Mammamerkmal gelegentlich auf. ⓘ
Ein Tuba-Merkmal ist eine Wolkensäule, die an der Unterseite eines Cumulus oder Cumulonimbus hängen kann. Eine neu gebildete oder schlecht organisierte Wolkensäule kann vergleichsweise harmlos sein, kann sich aber schnell zu einer Trichterwolke oder einem Tornado verstärken. ⓘ
Ein Arcus ist eine Rollwolke mit gezackten Rändern, die am unteren vorderen Teil eines Cumulus congestus oder Cumulonimbus befestigt ist und sich entlang der Vorderkante einer Böenlinie oder eines Gewitterausflusses bildet. Eine große Arcus-Formation kann das Aussehen eines dunklen, bedrohlichen Bogens haben. ⓘ
Die Weltorganisation für Meteorologie (World Meteorological Organization, WMO) hat mehrere neue zusätzliche Merkmale formell anerkannt. Das Merkmal Fluctus kann sich unter Bedingungen starker atmosphärischer Windscherung bilden, wenn eine Stratocumulus-, Altocumulus- oder Zirruswolke in regelmäßig verteilte Kämme aufbricht. Diese Variante wird manchmal informell als Kelvin-Helmholtz-Wolke (Welle) bezeichnet. Dieses Phänomen ist auch bei Wolkenformationen über anderen Planeten und sogar in der Sonnenatmosphäre beobachtet worden. Ein weiteres stark gestörtes, aber chaotischeres wellenförmiges Wolkenmerkmal, das mit Stratocumulus- oder Altocumulus-Wolken in Verbindung gebracht wird, hat den lateinischen Namen asperitas erhalten. Das zusätzliche Merkmal cavum ist ein kreisförmiges Fallstreifenloch, das sich gelegentlich in einer dünnen Schicht von unterkühltem Altocumulus oder Cirrocumulus bildet. Unterhalb des Lochs sind in der Regel Fallstreifen zu sehen, die aus Virga oder Zirrusfetzen bestehen, wenn Eiskristalle in eine niedrigere Höhe fallen. Diese Art von Loch ist in der Regel größer als typische Lacunosus-Löcher. Ein Murus-Feature ist eine Cumulonimbus-Wandwolke mit einer absinkenden, rotierenden Wolkenbasis, die zur Entstehung von Tornados führen kann. Ein Cauda-Feature ist eine Schweifwolke, die sich horizontal von der Muruswolke weg erstreckt und das Ergebnis von Luftzufuhr in den Sturm ist. ⓘ
Ergänzende Wolken
Ergänzende Wolkenformationen, die sich von der Hauptwolke ablösen, werden als Nebenwolken bezeichnet. Bei den schwereren Niederschlagswolken, dem Nimbostratus, dem hoch aufragenden Cumulus (Cumulus congestus) und dem Cumulonimbus bilden sich im Niederschlag typischerweise Pannuswolken, niedrige zerklüftete Wolken der Gattungen und Arten Cumulus fractus oder Stratus fractus. ⓘ
Eine Gruppe akzessorischer Wolken umfasst Formationen, die hauptsächlich mit aufwärts wachsenden cumuliformen und cumulonimbiformen Wolken mit freier Konvektion verbunden sind. Ein Pileus ist eine Kappenwolke, die sich über einer Cumulonimbus- oder großen Cumuluswolke bilden kann, während ein Velum eine dünne horizontale Schicht ist, die sich manchmal wie eine Schürze um die Mitte oder vor der Mutterwolke bildet. Eine kürzlich von der Weltorganisation für Meteorologie offiziell anerkannte Nebenwolke ist das Flumen, das auch informell als Biberschwanz bezeichnet wird. Er wird durch den warmen, feuchten Zufluss eines Supergewitters gebildet und kann mit einem Tornado verwechselt werden. Obwohl der Flumen auf ein Tornado-Risiko hinweisen kann, ähnelt er in seinem Aussehen den Pannus- oder Scud-Wolken und rotiert nicht. ⓘ
Mutterwolken
Wolken bilden sich zunächst in klarer Luft oder werden zu Wolken, wenn der Nebel über die Oberfläche steigt. Die Gattung einer neu gebildeten Wolke wird hauptsächlich durch Eigenschaften der Luftmasse wie Stabilität und Feuchtigkeitsgehalt bestimmt. Ändern sich diese Eigenschaften im Laufe der Zeit, so ändert sich auch die Gattung entsprechend. In diesem Fall wird die ursprüngliche Gattung als Mutterwolke bezeichnet. Bleibt die Mutterwolke nach dem Auftreten der neuen Gattung weitgehend in ihrer ursprünglichen Form erhalten, spricht man von einer Genitalwolke. Ein Beispiel hierfür ist der Stratocumulus cumulogenitus, eine Stratocumuluswolke, die durch die teilweise Ausbreitung einer Cumulusart bei einem Verlust des konvektiven Auftriebs entsteht. Wenn die Mutterwolke eine vollständige Änderung der Gattung erfährt, wird sie als mutatus-Wolke bezeichnet. ⓘ
Andere genitus- und mutatus-Wolken
Die Kategorien genitus und mutatus wurden um bestimmte Arten erweitert, die nicht aus bereits bestehenden Wolken entstehen. Der Begriff "flammagenitus" (lateinisch für "durch Feuer entstanden") bezieht sich auf "cumulus congestus" oder "cumulonimbus", die durch Großbrände oder Vulkanausbrüche entstehen. Kleinere, niedrige "pyrocumulus"- oder "fumulus"-Wolken, die durch begrenzte industrielle Aktivitäten entstehen, werden heute als cumulus homogenitus (lateinisch für "vom Menschen gemacht") eingestuft. Kondensstreifen, die sich aus den Abgasen von Flugzeugen in der oberen Troposphäre bilden, können bestehen bleiben und sich zu zirrusähnlichen Gebilden ausbreiten, die als cirrus homogenitus bezeichnet werden. Wenn eine cirrus homogenitus-Wolke vollständig in eine der höheren Gattungen übergeht, wird sie als cirrus, cirrostratus oder cirrocumulus homomutatus bezeichnet. Stratus cataractagenitus (lateinisch für 'Katarakt-gemacht') werden durch die Gischt von Wasserfällen erzeugt. Silvagenitus (lateinisch für "vom Wald gebildet") ist eine Stratuswolke, die sich bildet, wenn der Luft über einem Walddach Wasserdampf zugesetzt wird. ⓘ
Stratocumulus-Felder
Stratocumuluswolken können in "Feldern" organisiert sein, die bestimmte, speziell klassifizierte Formen und Merkmale aufweisen. Im Allgemeinen sind diese Felder aus großer Höhe besser zu erkennen als vom Boden aus. Sie treten häufig in den folgenden Formen auf:
- Aktinoform, die einem Blatt oder einem Speichenrad ähnelt.
- Geschlossene Zelle, die in der Mitte trüb und an den Rändern klar ist, ähnlich einer gefüllten Honigwabe.
- Offene Zelle, die einer leeren Bienenwabe ähnelt, mit Wolken an den Rändern und einem klaren, offenen Raum in der Mitte. ⓘ
Wirbelstraßen
Diese Muster entstehen durch ein Phänomen, das als Kármán-Wirbel bekannt ist und nach dem Ingenieur und Strömungsdynamiker Theodore von Kármán benannt wurde. Windgetriebene Wolken können sich in parallelen Reihen bilden, die der Windrichtung folgen. Wenn der Wind und die Wolken auf hochgelegene Landmassen treffen, wie z. B. senkrecht aufragende Inseln, können sie Wirbel um die hochgelegenen Landmassen bilden, die den Wolken ein verdrehtes Aussehen verleihen. ⓘ
Verbreitung: Wo troposphärische Wolken am meisten und am wenigsten verbreitet sind
Konvergenz entlang von Tiefdruckgebieten
Obwohl die lokale Verteilung von Wolken durch die Topografie erheblich beeinflusst werden kann, ist die globale Verbreitung von Wolken in der Troposphäre eher vom Breitengrad abhängig. Am stärksten ist sie in und entlang der Tiefdruckgebiete der troposphärischen Konvergenz an der Oberfläche verbreitet, die die Erde in der Nähe des Äquators und in der Nähe der 50 Breitengrade in der nördlichen und südlichen Hemisphäre umgeben. Die adiabatischen Abkühlungsprozesse, die zur Bildung von Wolken durch Auftriebsmittel führen, sind alle mit Konvergenz verbunden; ein Prozess, der das horizontale Einströmen und die Ansammlung von Luft an einem bestimmten Ort sowie die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, umfasst. In Äquatornähe ist die erhöhte Bewölkung auf das Vorhandensein der intertropischen Tiefdruckkonvergenzzone (ITCZ) zurückzuführen, in der sehr warme und instabile Luft vor allem kumuliforme und kumulonimbiforme Wolken fördert. Entlang der Konvergenzzonen der mittleren Breiten können sich je nach Stabilität und Feuchtigkeitsgehalt der Luft praktisch alle Wolkentypen bilden. Diese außertropischen Konvergenzzonen werden von den Polarfronten eingenommen, an denen Luftmassen polaren Ursprungs mit denen tropischen oder subtropischen Ursprungs zusammentreffen und aufeinander prallen. Dies führt zur Bildung wetterbildender außertropischer Wirbelstürme, die sich aus Wolkensystemen zusammensetzen, die je nach den Stabilitätsmerkmalen der verschiedenen aufeinander treffenden Luftmassen unterschiedlich stabil oder instabil sein können. ⓘ
Divergenz entlang von Hochdruckgebieten
Divergenz ist das Gegenteil von Konvergenz. In der Troposphäre der Erde handelt es sich um den horizontalen Ausfluss von Luft aus dem oberen Teil einer aufsteigenden Luftsäule oder aus dem unteren Teil einer abfallenden Luftsäule, die oft mit einem Hochdruckgebiet oder -rücken verbunden ist. Die Bewölkung ist in der Regel in der Nähe der Pole und in den Subtropen in der Nähe des 30. nördlichen und südlichen Breitengrades am geringsten. Letztere werden manchmal auch als Pferdebreiten bezeichnet. Das Vorhandensein eines großräumigen subtropischen Hochdruckgebirges auf beiden Seiten des Äquators verringert die Bewölkung in diesen niedrigen Breitengraden. Ähnliche Muster treten auch in höheren Breitengraden auf beiden Hemisphären auf. ⓘ
Leuchtdichte, Reflexionsvermögen und Färbung
Die Leuchtdichte oder Helligkeit einer Wolke hängt davon ab, wie das Licht von den Partikeln der Wolke reflektiert, gestreut und durchgelassen wird. Die Helligkeit kann auch durch das Vorhandensein von Dunst oder Photometeoren wie Halos und Regenbögen beeinflusst werden. In der Troposphäre weisen dichte, tiefe Wolken einen hohen Reflexionsgrad (70 bis 95 %) im gesamten sichtbaren Spektrum auf. Winzige Wasserpartikel sind dicht gepackt, und das Sonnenlicht kann nicht weit in die Wolke eindringen, bevor es reflektiert wird, was der Wolke ihre charakteristische weiße Farbe verleiht, insbesondere wenn sie von oben betrachtet wird. Wolkentröpfchen neigen dazu, Licht effizient zu streuen, so dass die Intensität der Sonnenstrahlung mit zunehmender Tiefe in den Gasen abnimmt. Infolgedessen kann die Wolkenbasis von einem sehr hellen bis zu einem sehr dunklen Grau variieren, je nachdem, wie dick die Wolke ist und wie viel Licht reflektiert oder zum Beobachter zurückgesendet wird. Hohe dünne troposphärische Wolken reflektieren weniger Licht, da die Konzentration der Eiskristalle oder unterkühlten Wassertröpfchen vergleichsweise gering ist, was zu einem leicht weißlichen Aussehen führt. Eine dicke, dichte Eiskristallwolke hingegen erscheint aufgrund ihres höheren Reflexionsvermögens strahlend weiß mit ausgeprägten Grauschattierungen. ⓘ
Wenn eine troposphärische Wolke reift, können sich die dichten Wassertröpfchen zu größeren Tröpfchen verbinden. Wenn die Tröpfchen zu groß und schwer werden, um von der Luftzirkulation in der Luft gehalten zu werden, fallen sie als Regen aus der Wolke. Durch diesen Prozess der Anhäufung wird der Raum zwischen den Tröpfchen immer größer, wodurch das Licht weiter in die Wolke eindringen kann. Wenn die Wolke groß genug ist und die Tröpfchen in ihr weit genug voneinander entfernt sind, wird ein Teil des Lichts, das in die Wolke eindringt, nicht mehr reflektiert, sondern absorbiert, was der Wolke ein dunkleres Aussehen verleiht. Ein einfaches Beispiel dafür ist, dass man bei starkem Regen weiter sehen kann als bei dichtem Nebel. Dieser Prozess der Reflexion/Absorption ist die Ursache für das Farbspektrum der Wolken von weiß bis schwarz. ⓘ
Auffällige Wolkenfärbungen sind in jeder Höhe zu sehen, wobei die Farbe einer Wolke in der Regel die gleiche ist wie das einfallende Licht. Tagsüber, wenn die Sonne relativ hoch am Himmel steht, erscheinen die Wolken der Troposphäre im Allgemeinen an der Oberseite strahlend weiß und darunter in verschiedenen Grautönen. Dünne Wolken können weiß aussehen oder die Farbe der Umgebung oder des Hintergrunds annehmen. Rote, orangefarbene und rosafarbene Wolken treten fast ausschließlich bei Sonnenaufgang/Sonnenuntergang auf und sind das Ergebnis der Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre. Wenn die Sonne knapp unter dem Horizont steht, sind niedrige Wolken grau, mittlere Wolken erscheinen rosafarben, und hohe Wolken sind weiß oder gebrochen weiß. Nachts sind die Wolken bei mondlosem Himmel schwarz oder dunkelgrau oder weißlich, wenn sie vom Mond beleuchtet werden. Sie können auch die Farben von großen Bränden, Stadtlichtern oder Polarlichtern reflektieren, die möglicherweise vorhanden sind. ⓘ
Eine Kumulonimbuswolke, die grünlich oder bläulich erscheint, ist ein Zeichen dafür, dass sie extrem große Mengen an Wasser enthält; Hagel oder Regen, die das Licht so streuen, dass die Wolke eine blaue Farbe erhält. Eine Grünfärbung tritt meist spät am Tag auf, wenn die Sonne relativ tief am Himmel steht und das einfallende Sonnenlicht eine rötliche Färbung hat, die grün erscheint, wenn es eine sehr hohe bläuliche Wolke beleuchtet. Bei Stürmen vom Typ Superzelle ist dies wahrscheinlicher, aber jeder Sturm kann auf diese Weise erscheinen. Eine solche Färbung ist kein direkter Hinweis darauf, dass es sich um ein schweres Gewitter handelt, sondern bestätigt nur dessen Potenzial. Eine grün-blaue Färbung deutet auf große Wassermengen, einen starken Aufwind, hohe Windgeschwindigkeiten und nassen Hagel hin - alles Elemente, die die Wahrscheinlichkeit eines schweren Gewitters erhöhen. Je stärker der Aufwind ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass der Sturm eine Tornadogenese durchläuft und großen Hagel und starke Winde erzeugt. ⓘ
Gelbliche Wolken können in der Troposphäre in den späten Frühlings- und frühen Herbstmonaten während der Waldbrandsaison beobachtet werden. Die gelbe Farbe ist auf das Vorhandensein von Schadstoffen im Rauch zurückzuführen. Gelbliche Wolken werden durch das Vorhandensein von Stickstoffdioxid verursacht und sind manchmal in städtischen Gebieten mit hoher Luftverschmutzung zu sehen. ⓘ
Stratocumulus stratiformis und kleine Castellanus, die durch die aufgehende Sonne orange erscheinen
Ein schillerndes Wolkenbild mit Altocumulus volutus und Cirrocumulus stratiformis
Sonnenuntergang, der rosa Schattierungen auf grauem stratocumulus stratiformis translucidus reflektiert (der im Hintergrund zu perlucidus wird)
Stratocumulus stratiformis perlucidus vor Sonnenuntergang. Bangalore, Indien.
Spätsommerlicher Regensturm in Dänemark. Die fast schwarze Farbe der Basis weist darauf hin, dass die Hauptwolke im Vordergrund wahrscheinlich ein Cumulonimbus ist.
Auswirkungen auf die Troposphäre, das Klima und den Klimawandel
Troposphärische Wolken üben zahlreiche Einflüsse auf die Troposphäre und das Klima der Erde aus. In erster Linie sind sie die Quelle von Niederschlägen und haben damit einen großen Einfluss auf die Verteilung und Menge der Niederschläge. Aufgrund ihres unterschiedlichen Auftriebs im Vergleich zur wolkenfreien Umgebungsluft können Wolken mit vertikalen Luftbewegungen verbunden sein, die konvektiv, frontal oder zyklonal sein können. Die Bewegung ist aufwärts gerichtet, wenn die Wolken weniger dicht sind, weil die Kondensation von Wasserdampf Wärme freisetzt, die die Luft erwärmt und dadurch ihre Dichte verringert. Dies kann zu einer Abwärtsbewegung führen, weil das Anheben der Luft zu einer Abkühlung führt, die ihre Dichte erhöht. Alle diese Effekte hängen in subtiler Weise von der vertikalen Temperatur- und Feuchtigkeitsstruktur der Atmosphäre ab und führen zu einer erheblichen Umverteilung der Wärme, die das Klima der Erde beeinflusst. ⓘ
Die Komplexität und Vielfalt der Wolken in der Troposphäre ist ein Hauptgrund für die Schwierigkeiten bei der Quantifizierung der Auswirkungen von Wolken auf das Klima und den Klimawandel. Einerseits fördern weiße Wolkenspitzen die Abkühlung der Erdoberfläche, indem sie die kurzwellige Strahlung (sichtbares und nahes Infrarot) der Sonne reflektieren und so den Anteil der Sonnenstrahlung, der an der Oberfläche absorbiert wird, verringern und die Albedo der Erde erhöhen. Der größte Teil des Sonnenlichts, das den Boden erreicht, wird absorbiert und erwärmt die Oberfläche, die dann Strahlung mit längeren, infraroten Wellenlängen nach oben abgibt. Bei diesen Wellenlängen wirkt das Wasser in den Wolken jedoch als effizienter Absorber. Das Wasser reagiert darauf, indem es ebenfalls im Infrarotbereich sowohl nach oben als auch nach unten strahlt, und die nach unten gerichtete langwellige Strahlung führt zu einer verstärkten Erwärmung an der Oberfläche. Dies ist analog zum Treibhauseffekt von Treibhausgasen und Wasserdampf. ⓘ
Besonders hochgradige Gattungsarten zeigen diese Dualität mit sowohl kurzwelligen Albedo-Kühl- als auch langwelligen Treibhauseffekten. Insgesamt begünstigen Eiskristallwolken in der oberen Troposphäre (Zirren) eher eine Nettoerwärmung. Der kühlende Effekt überwiegt jedoch bei mittleren und niedrigen Wolken, insbesondere wenn sie sich in ausgedehnten Blättern bilden. Messungen der NASA deuten darauf hin, dass im Großen und Ganzen die kühlende Wirkung von niedrigen und mittelhohen Wolken die wärmende Wirkung von hohen Wolkenschichten und die variablen Ergebnisse, die mit vertikal entwickelten Wolken verbunden sind, überwiegt. ⓘ
So schwierig es ist, die Einflüsse aktueller Wolken auf das gegenwärtige Klima zu bewerten, so problematisch ist es, Veränderungen der Wolkenmuster und -eigenschaften in einem zukünftigen, wärmeren Klima und die daraus resultierenden Einflüsse der Wolken auf das zukünftige Klima vorherzusagen. In einem wärmeren Klima würde mehr Wasser durch Verdunstung an der Oberfläche in die Atmosphäre gelangen; da Wolken aus Wasserdampf gebildet werden, wäre eine Zunahme der Bewölkung zu erwarten. Aber in einem wärmeren Klima würden höhere Temperaturen dazu führen, dass die Wolken verdunsten. Beide Aussagen gelten als zutreffend, und beide Phänomene, die so genannten Wolkenrückkopplungen, finden sich in Klimamodellrechnungen. Grob gesagt, wenn Wolken, insbesondere niedrige Wolken, in einem wärmeren Klima zunehmen, führt der daraus resultierende Abkühlungseffekt zu einer negativen Rückkopplung in der Klimareaktion auf erhöhte Treibhausgase. Wenn jedoch niedrige Wolken abnehmen oder hohe Wolken zunehmen, ist die Rückkopplung positiv. Unterschiedliche Beträge dieser Rückkopplungen sind der Hauptgrund für die unterschiedlichen Klimaempfindlichkeiten der aktuellen globalen Klimamodelle. Infolgedessen hat sich ein Großteil der Forschung auf die Reaktion von niedrigen und vertikalen Wolken auf ein sich änderndes Klima konzentriert. Führende globale Modelle kommen jedoch zu recht unterschiedlichen Ergebnissen, wobei einige eine Zunahme der niedrigen Wolken und andere eine Abnahme zeigen. Aus diesen Gründen bleibt die Rolle der troposphärischen Wolken bei der Regulierung des Wetters und des Klimas eine der Hauptursachen für die Ungewissheit bei den Prognosen zur globalen Erwärmung. ⓘ
Polare Stratosphäre
Polare Stratosphärenwolken (PSC) bilden sich im Winter im untersten Teil der Stratosphäre, in der Höhe und während der Jahreszeit, in der die kältesten Temperaturen herrschen und daher die besten Chancen bestehen, Kondensation durch adiabatische Abkühlung auszulösen. Feuchtigkeit ist in der Stratosphäre Mangelware, so dass perlmuttartige und nicht perlmuttartige Wolken in diesem Höhenbereich auf die Polarregionen im Winter beschränkt sind, wo die Luft am kältesten ist. ⓘ
PSCs weisen je nach ihrer chemischen Zusammensetzung und den atmosphärischen Bedingungen eine gewisse Strukturvariation auf, sind aber auf einen einzigen, sehr hohen Höhenbereich von etwa 15.000-25.000 m beschränkt, so dass sie nicht in Höhenstufen, Gattungen, Arten oder Sorten eingeteilt werden. Es gibt keine lateinische Nomenklatur wie bei den troposphärischen Wolken, sondern nur beschreibende Namen in der englischen Sprache. ⓘ
Unterkühlte Salpetersäure- und Wasser-PSCs, die manchmal auch als Typ 1 bezeichnet werden, haben typischerweise ein schichtförmiges Aussehen, das an Cirrostratus oder Dunst erinnert, aber da sie nicht zu Kristallen gefroren sind, zeigen sie nicht die pastellfarbenen Farben der perlmuttartigen Typen. Diese Art von PSC wurde als Ursache des Ozonabbaus in der Stratosphäre identifiziert. Die gefrorenen perlmuttartigen Typen sind in der Regel sehr dünn, perlmuttartig gefärbt und haben ein wellenförmiges, kreisförmiges oder linsenförmiges (stratocumuliformes) Aussehen. Sie werden manchmal auch als Typ 2 bezeichnet. ⓘ
Polare mesosphärische
Polare mesosphärische Wolken bilden sich in einem extremen Höhenbereich von etwa 80 bis 85 km (50 bis 53 Meilen). Den lateinischen Namen nachtleuchtend haben sie erhalten, weil sie lange nach Sonnenuntergang und vor Sonnenaufgang leuchten. Sie haben in der Regel eine bläuliche oder silbrig-weiße Färbung, die an hell beleuchtete Zirruswolken erinnern kann. Nachtleuchtende Wolken können gelegentlich auch eine eher rote oder orangefarbene Färbung annehmen. Sie sind nicht häufig oder weit genug verbreitet, um das Klima wesentlich zu beeinflussen. Die zunehmende Häufigkeit des Auftretens nachtleuchtender Wolken seit dem 19. Jahrhundert könnte jedoch auf den Klimawandel zurückzuführen sein. ⓘ
Nachtleuchtende Wolken sind die höchsten in der Atmosphäre und bilden sich in der Nähe der Spitze der Mesosphäre in etwa der zehnfachen Höhe der hohen Wolken der Troposphäre. Vom Boden aus kann man sie gelegentlich in der tiefen Dämmerung von der Sonne beleuchtet sehen. Laufende Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass der konvektive Auftrieb in der Mesosphäre während des Polarsommers stark genug ist, um eine adiabatische Abkühlung der geringen Wasserdampfmengen bis zur Sättigung zu bewirken. Dies führt dazu, dass die kältesten Temperaturen in der gesamten Atmosphäre knapp unterhalb der Mesopause herrschen. Diese Bedingungen schaffen die besten Voraussetzungen für die Bildung polarer mesosphärischer Wolken. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Rauchpartikel von verglühten Meteoren einen Großteil der Kondensationskerne liefern, die für die Bildung nachtleuchtender Wolken erforderlich sind. ⓘ
Nachtleuchtende Wolken lassen sich aufgrund ihrer physikalischen Struktur und ihres Aussehens in vier Haupttypen unterteilen. Schleier des Typs I sind sehr dünn und weisen keine klar definierte Struktur auf, ähnlich wie cirrostratus fibratus oder schlecht definierte Zirren. Bänder des Typs II sind lange Streifen, die oft in Gruppen auftreten und etwa parallel zueinander angeordnet sind. Sie sind in der Regel in größeren Abständen angeordnet als die Bänder oder Elemente, die man bei Cirrocumuluswolken sieht. Bögen des Typs III sind Anordnungen eng beieinander liegender, etwa parallel verlaufender kurzer Streifen, die meist Zirrus ähneln. Wirbel des Typs IV sind partielle oder, seltener, vollständige Wolkenringe mit dunklen Zentren. ⓘ
Die Verteilung in der Mesosphäre ist ähnlich wie in der Stratosphäre, allerdings in viel größeren Höhen. Da der Wasserdampf maximal abgekühlt werden muss, um nachtleuchtende Wolken zu erzeugen, ist ihre Verbreitung in der Regel auf die Polarregionen der Erde beschränkt. Ein wichtiger jahreszeitlicher Unterschied besteht darin, dass der konvektive Auftrieb aus der Mesosphäre den sehr spärlichen Wasserdampf in größere, kältere Höhen treibt, die für die Wolkenbildung während der jeweiligen Sommermonate auf der Nord- und Südhalbkugel erforderlich sind. Mehr als 45 Grad südlich des Nordpols oder nördlich des Südpols sind Sichtungen selten. ⓘ
Extraterrestrisch
Wolken wurden auch auf den meisten anderen Planeten des Sonnensystems beobachtet. Die dichten Wolken der Venus bestehen aus Schwefeldioxid (aufgrund vulkanischer Aktivität) und scheinen fast vollständig schichtförmig zu sein. Sie sind in drei Hauptschichten in 45 bis 65 km Höhe angeordnet, die die Oberfläche des Planeten verdunkeln und Virga erzeugen können. Es wurden keine eingebetteten cumuliformen Typen identifiziert, aber unterbrochene stratocumuliforme Wellenformationen sind manchmal in der obersten Schicht zu sehen, die kontinuierlichere Schichtwolken darunter enthüllen. Auf dem Mars wurden vor allem in der Nähe der Pole nachtleuchtende Wolken, Zirren, Cirrocumulus und Stratocumulus, die aus Wassereis bestehen, nachgewiesen. Auch Wassereisnebel sind auf dem Mars nachgewiesen worden. ⓘ
Sowohl Jupiter als auch Saturn haben eine äußere zirrusförmige Wolkendecke aus Ammoniak, eine dazwischen liegende stratiforme Dunstwolkenschicht aus Ammoniumhydrogensulfid und eine innere Wolkendecke aus Kumulus-Wasserwolken. Eingebettete Cumulonimbuswolken sind in der Nähe des Großen Roten Flecks auf Jupiter bekannt. Die gleichen Kategorien finden sich auch auf Uranus und Neptun, bestehen aber alle aus Methan. Der Saturnmond Titan hat Zirruswolken, von denen man annimmt, dass sie größtenteils aus Methan bestehen. Die Cassini-Huygens-Saturn-Mission hat Beweise für polare Stratosphärenwolken und einen Methankreislauf auf Titan entdeckt, einschließlich Seen in der Nähe der Pole und Flusskanäle auf der Oberfläche des Mondes. ⓘ
Von einigen Planeten außerhalb des Sonnensystems ist bekannt, dass sie atmosphärische Wolken haben. Im Oktober 2013 wurde die Entdeckung hoch gelegener, optisch dichter Wolken in der Atmosphäre des Exoplaneten Kepler-7b bekannt gegeben, und im Dezember 2013 wurden sie in den Atmosphären von GJ 436 b und GJ 1214 b entdeckt. ⓘ
In Kultur und Religion
Wolken spielen in verschiedenen Kulturen und religiösen Traditionen eine wichtige mythische oder nicht-wissenschaftliche Rolle. Die alten Akkader glaubten, dass die Wolken (in der Meteorologie wahrscheinlich das Zusatzmerkmal mamma) die Brüste der Himmelsgöttin Antu waren und dass der Regen die Milch aus ihren Brüsten war. In Exodus 13:21-22 wird beschrieben, wie Jahwe die Israeliten in Form einer "Wolkensäule" bei Tag und einer "Feuersäule" bei Nacht durch die Wüste führte. Im Mandäismus werden gelegentlich auch uthras (himmlische Wesen) in anana ("Wolken"; z. B. im Rechten Ginza-Buch 17, Kapitel 1) erwähnt, die auch als weibliche Gefährtinnen gedeutet werden können. ⓘ
In der antiken griechischen Komödie Die Wolken, die von Aristophanes geschrieben und 423 v. Chr. bei den Dionysien uraufgeführt wurde, erklärt der Philosoph Sokrates, dass die Wolken die einzig wahren Gottheiten sind, und fordert die Hauptfigur Strepsiades auf, keine anderen Gottheiten als die Wolken zu verehren, sondern nur ihnen zu huldigen. So verwandeln sie sich beim Anblick eines langhaarigen Politikers in Zentauren, beim Anblick des Veruntreuers Simon in Wölfe, beim Anblick des Feiglings Kleonymus in Hirsche und beim Anblick des verweichlichten Spitzels Kleisthenes in sterbliche Frauen. Sie werden als Inspirationsquelle für komische Dichter und Philosophen gepriesen; sie sind Meister der Rhetorik und betrachten Beredsamkeit und Sophisterei gleichermaßen als ihre "Freunde". ⓘ
In China sind die Wolken Symbole für Glück und Zufriedenheit. Sich überlagernde Wolken (in der Meteorologie wahrscheinlich Duplicatuswolken) gelten als Zeichen ewigen Glücks, und verschiedenfarbige Wolken sollen auf "vervielfachten Segen" hinweisen. ⓘ
Wolkenbeobachtung ist eine beliebte Kinderbeschäftigung, bei der man die Wolken beobachtet und nach Formen in ihnen sucht, eine Form der Pareidolie. ⓘ
Physik und Chemie der Wolken
Bestandteile
Eine Wolke besteht aus Aerosol, einer Ansammlung fein disperser Teilchen im Gasgemisch der Luft (nicht bloß Wasserdampf; dieser ist ein Gas und genauso unsichtbar wie die restliche Luft). Erst nach dem Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur – den Taupunkt – bilden sich aus dem Wasserdampf winzige Wassertröpfchen, in großer Höhe auch winzige, schwebende Eiskristalle. ⓘ
Der Durchmesser der flüssigen Tröpfchen bewegt sich typischerweise im Bereich von zwei bis zehn Mikrometern, kann jedoch gerade bei Regenwolken mit bis zu zwei Millimetern auch viel größer sein. Große Tropfen und die noch wesentlich größeren Hagelkörner können nur entstehen, wenn starke Aufwinde der Gravitation entgegenwirken. ⓘ
Bildung, Entwicklung und Auflösung
Wolkenbildung bezeichnet den Prozess der Entstehung von Wolken durch Kondensation oder auch Resublimation von Wasserdampf an Kondensationskernen in der Troposphäre und teilweise auch Stratosphäre. Mit der Veränderung von Temperatur (Dichte) und Luftfeuchtigkeit einer Luftmasse entstehen Wolken oder lösen sich auf. Dies kann beispielsweise geschehen durch
- Hebungsprozesse in der Atmosphäre bei Durchzug von Kalt- und Warmfronten, die Luftmassen in höhere Schichten transportieren und dort abkühlen lassen (z. B. beim Jetstream),
- Thermische Aufwinde oder Hangaufwinde,
- Zufuhr von kälteren Luftmassen,
- Zufuhr von feuchteren Luftmassen. ⓘ
Eine sichtbare Wolke entsteht, wenn für die Bildung stabiler Wassertröpfchen oder -kristalle die Bedingungen erfüllt sind. Dabei kommt es weniger auf die Wasseraufnahmefähigkeit der Luft als vielmehr auf das Verhältnis von Kondensation und Verdunstung an. An der Oberfläche des Wassertröpfchens innerhalb einer Wolke findet ein steter Austausch von Wassermolekülen zwischen der Umgebungsluft und dem Tropfen statt: Nur wenn sich an den Tropfen mehr Wassermoleküle anlagern als diesen gleichzeitig verlassen, nur wenn also die Kondensationsrate höher als die Verdunstungsrate ist, können Tropfen wachsen und somit zu einer Wolkenbildung führen. Ob es dazu kommen kann, hängt im Wesentlichen von zwei Größen ab:
- Von der Anzahl der Wassermoleküle in der Umgebung des Tropfens: Je mehr Wasserdampfmoleküle das Tröpfchen umgeben, umso wahrscheinlicher ist es, dass eines am Tröpfchen haften bleibt. Die Anzahl der Wasserdampfmoleküle kann der so genannte Wasserdampfpartialdruck ausdrücken, das ist der Anteil des Gesamtluftdrucks, der durch den Wasserdampf entsteht.
- Von der Temperatur des Wassertropfens: Je wärmer das Tröpfchen ist, umso leichter lösen sich Wassermoleküle vom Tropfen. ⓘ
Die Bildung einer Wolke wird also begünstigt durch niedrige Temperaturen und durch eine große Anzahl Wassermoleküle oder durch hohen Wasserdampfdruck, was gleichbedeutend mit einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit ist. ⓘ
Die Temperatur, bei der sich Kondensation und Verdunstung ausgleichen, wird als Taupunkttemperatur bezeichnet. Wird diese unterschritten, entstehen und wachsen unter bestimmten Bedingungen stabile Tröpfchen. Diese Temperatur hängt vom jeweiligen Wasserdampfdruck ab. Die Höhe dieses Ereignisses in der Atmosphäre wird Wolkenkondensationszone genannt. Der Wasserdampfdruck, bei dem Kondensation und Verdunstung im Gleichgewicht sind, wird als Sättigungsdampfdruck bezeichnet. Er ist von der Temperatur abhängig und wird außerdem durch Krümmungs- und Lösungseffekte bestimmt. ⓘ
Zur Tropfenbildung in der Erdatmosphäre kommt es erst, wenn eine ausreichende Anzahl von Kondensationskeimen vorhanden ist. Solche Keime können zum Beispiel Staubkörnchen sein, aber auch größere Moleküle, Pollen oder – am Meer – Salzkristalle (siehe Aerosol). ⓘ
Über den Ozeanen ist häufig das bei der Zersetzung von Algen entstehende Dimethylsulfid (DMS) für die Wolkenbildung verantwortlich. ⓘ
Auch bei Temperaturen unter 0 °C kann sich noch ein Großteil der Wolkentröpfchen im flüssigen Zustand befinden. Beim Absinken der Temperatur bis etwa −12 °C bilden sich meist noch keine Eiskristalle heraus, so dass die Wolke aus so genannten unterkühlten Wassertropfen besteht. Ebenso können gelöste Stoffe innerhalb des Tropfens bedingt durch die Gefrierpunktserniedrigung eine Senkung der Kondensationstemperatur bewirken. Bei einem weiteren Absinken der Temperatur nimmt der Eisanteil immer weiter zu, bis bei etwa −40 °C nur noch Eiskristalle vorliegen. In größeren Höhen ist die Wolkenbildung daher durch Kristallisationsprozesse gekennzeichnet. ⓘ
Tröpfchen sinken wegen ihrer geringen Größe – ungefähr 1 bis 15 μm oder 0,001 bis 0,015 mm – sehr langsam. Weil ihr Durchmesser klein ist, ist ihre Reynolds-Zahl kleiner als 0,1. Die Sinkgeschwindigkeit wächst nach dem Gesetz von Stokes mit dem Quadrat des Durchmessers. Ein Tröpfchen mit einem Durchmesser von 0,020 mm sinkt etwa 1 cm pro Sekunde. Die Sinkgeschwindigkeit kann Werte bis zu 15 cm/s erreichen. Sie ist ein rein aerodynamischer Wert. Zu unterscheiden davon ist die Fallgeschwindigkeit. Sie ergibt sich aus der Differenz der Geschwindigkeit des Auf- oder Abwindes und der Sinkgeschwindigkeit. Weil die Geschwindigkeit der Auf- und Abwinde viel größer ist als die Sinkgeschwindigkeit der Tröpfchen, ist der Anteil der Sinkgeschwindigkeit meist unerheblich. Da Wolken häufig durch konvektive Aufwinde entstehen, fallen sie nicht, sondern bleiben auf gleicher Höhe oder steigen auf (zum Beispiel der Cumulus). In Regenwolken sind die Tropfen wesentlich größer (bis 3 mm) und somit ist auch die Fallgeschwindigkeit höher (bei 1 mm-Tropfen ca. 1,8 m/s). Für diese Tropfengröße gilt die Berechnung nach Stokes nicht mehr. Die Tropfen verformen sich durch ihren Luftwiderstand schirmartig. Ist ein Schwellenwert überschritten, sodass der Aufwind das Sinken nicht mehr ausgleichen kann, beginnt es zu regnen. Im Falle des Hagels treten sehr starke Auf- und Abwinde auf, welche die Hagelkörner mehrmals aufsteigen und wieder absinken lassen, wobei deren Durchmesser Schicht für Schicht wächst. ⓘ
In der Meteorologie werden Wolken nach Form und Höhe über dem Boden unterschieden. Eine Wolke in Bodennähe wird als Nebel bezeichnet, doch auch wenn sie sich nur durch ihre Position unterscheiden, wird der Nebel nicht als Wolkentyp betrachtet. Im weiteren Sinne wird unter Wolkenbildung jedoch auch die Entstehung anderer Wolkentypen verstanden, wie beispielsweise Staubwolken oder Methan-Wolken, wobei man sich hierbei nicht auf die Erde begrenzt und auch die Wolkenbildung auf anderen Himmelskörpern mit einschließt. ⓘ
Rolle im Wasserkreislauf
Wolken üben im Wasserkreislauf die Funktion eines Mittlers zwischen Verdunstung und Niederschlag aus. Zwar ist das in ihnen enthaltene Wasser in Bezug auf die Wasservorkommen der Erde mengenmäßig recht unbedeutend, doch setzen sie das Wasser schnell um. ⓘ
Aussehen
Gestalt und Struktur
Wolken können manchmal eigenartige Formen annehmen, die das menschliche Auge mit Dingen aus dem Alltag verbinden kann. Vor allem bei stärkeren Winden, welche die Wolken ausfransen und sich immer wieder neu bilden und verformen lassen, kann man viele Dinge „sehen“. ⓘ
Klassifizierung
Übersicht
Die folgende Darstellung ist stark an den Internationalen Wolkenatlas (S. 6) angelehnt. Die Buchstaben der jeweiligen Abkürzungen sind deutlich hervorgehoben und werden bei der Benennung kombiniert, zum Beispiel Ci fib für Cirrus fibratus. Deutsche Entsprechungen bzw. Beschreibungen der lateinischen Gattungsbezeichnungen sind in Klammern gesetzt. Zu beachten ist, dass die Einteilung der Cumulus-Wolkengattung in die Wolkenfamilien nicht einheitlich gehandhabt wird. Dies liegt darin begründet, dass man die Wolkenarten Cumulus humilis und Cumulus mediocris eher den tiefen Wolken zurechnen kann, während Cumulus congestus eher zu den vertikalen Wolken gehört. Ein ähnliches Bild zeigt sich bei Nimbostratus. Diese werden hier bei den vertikalen Wolken eingeordnet, können aber auch zu den mittelhohen Wolken gezählt werden. ⓘ
| Gattungen | Arten | Unterarten | Sonderformen, Begleitwolken | Mutterwolken (Genitus) | Beispiel ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|
| Cirrus (Ci) (Federwolke) meist nicht konvektiv |
fibratus uncinus spissatus castellanus floccus |
intortus radiatus vertebratus duplicatus |
mamma | Cirrocumulus Altocumulus Cumulonimbus |
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| Cirrocumulus (Cc) (kleine Schäfchenwolke) begrenzt konvektiv |
stratiformis lenticularis castellanus floccus |
undulatus lacunosus |
virga mamma |
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| Cirrostratus (Cs) (hohe Schleierwolke) nicht konvektiv |
fibratus nebulosus |
duplicatus undulatus |
Cirrocumulus Cumulonimbus |
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| Altocumulus (Ac) (große Schäfchenwolke) begrenzt konvektiv |
stratiformis lenticularis castellanus floccus |
perlucidus translucidus opacus duplicatus undulatus radiatus lacunosus |
virga mamma |
Cumulus Cumulonimbus |
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| Altostratus (As) (mittelhohe Schichtwolke) nicht konvektiv |
translucidus opacus duplicatus undulatus radiatus |
virga praecipitatio pannus mamma |
Altocumulus Cumulonimbus |
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| Stratocumulus (Sc) (Haufenschichtwolke) begrenzt konvektiv |
stratiformis lenticularis castellanus |
perlucidus translucidus opacus duplicatus undulatus radiatus lacunosus |
mamma virga praecipitatio |
Altostratus Nimbostratus Cumulus Cumulonimbus |
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| Stratus (St) (tiefe Schichtwolken) nicht konvektiv |
nebulosus fractus |
opacus translucidus undulatus |
praecipitatio | Nimbostratus Cumulus Cumulonimbus |
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| Cumulus (Cu) (Haufenwolken) frei konvektiv |
humilis mediocris congestus fractus |
radiatus | pileus velum virga praecipitatio arcus pannus tuba |
Altocumulus Stratocumulus |
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| Nimbostratus (Ns) (Regenwolken) nicht konvektiv |
praecipitatio virga pannus |
Cumulus Cumulonimbus |
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| Cumulonimbus (Cb) (Gewitterwolken) stark konvektiv |
calvus capillatus |
praecipitatio virga pannus incus mamma pileus velum arcus tuba |
Altocumulus Altostratus Nimbostratus Stratocumulus Cumulus |
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Gattungen
Die Gattungen sind die zehn Hauptgruppen der Wolken. Sie geben an, in welcher Höhe sich die Wolken befinden, und ob sie labil oder stabil geschichtet sind. ⓘ
Bei einer stabilen Atmosphärenschichtung sind die (Schicht-)Wolken meist konturlos, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist, sonst zerrissen bis gar nicht vorhanden. Eine labile Schichtung, bei der es zu Aufwinden kommt, führt zu Quellwolken wie dem Cumulus oder dem Cumulonimbus. Die Gattungsnamen werden mit zwei Buchstaben abgekürzt, wobei der erste Buchstabe großgeschrieben wird. ⓘ
Unterarten
Die Unterarten dienen zur Beschreibung der Anordnung und der Lichtdurchlässigkeit von Wolken und werden mit zwei Buchstaben abgekürzt. Eine Wolke kann im Gegensatz zu den Arten die Eigenschaften von mehreren Unterarten aufweisen, denn die Unterarten schließen sich generell gegenseitig nicht aus. Die einzige Ausnahme bilden opacus (lichtundurchlässige Wolkenschicht) und translucidus (ziemlich durchsichtige Wolkenschicht). ⓘ
Auch die meisten Unterarten können bei mehreren Gattungen auftreten, ein Beispiel dafür ist die Unterart opacus, mit der Altocumulus, Altostratus, Stratocumulus und Stratus genauer beschrieben werden können. ⓘ
Beispiele für spezielle Anordnungen der Wolken sind der in Wellenform angeordnete Altocumulus undulatus oder die an ein Fischskelett erinnernde Cirrus vertebratus. ⓘ
Sonderformen und Begleitwolken
Sonderformen und Begleitwolken müssen nicht zwingend mit der Hauptmasse der Wolke zusammenhängen, insbesondere die Begleitwolken sind meist davon getrennt. Zum Beispiel ist Cumulonimbus mamma (Cb mam) ein Cumulonimbus mit Quellungen „nach unten“ und Cumulus pannus (Cu pan) eine Cumulus-Wolke mit zerfetzten Wolkenteilen. Die Sonderformen und Begleitwolken werden – wie die Arten – mit drei Buchstaben abgekürzt. ⓘ
Genetische Klassifikation
Neben der Internationalen Klassifikation, die sich an der Wolkenhöhe orientiert, existiert auch eine genetische Klassifikation, die sich nach der Entstehung der Wolken richtet. Sie geht auf Stüve zurück, der sie 1926 veröffentlichte. ⓘ
Gesonderte Wolkenformen
Neben den in der Klassifikation enthaltenen Wolken gibt es noch eine Vielzahl anderer Typen, die aus bestimmten Gründen einen eigenen Namen erhalten haben. Dabei handelt es sich zum Beispiel um die für die Tornadoentstehung sehr wichtigen Mauerwolken und die künstlichen Kondensstreifen der Flugzeuge (Cirrus homogenitus). Hierzu gehört auch die Bannerwolke, ein nicht vollständig geklärtes Phänomen, das an Gipfeln und Graten auftritt. ⓘ
Wetterbeobachtung
Wolken besitzen wie gezeigt eine hohe Eigendynamik und reagieren sehr schnell auf die Bedingungen in ihrer Umgebung. Dabei ist es möglich, zwischen den beobachtbaren Eigenschaften der Wolken und den Eigenschaften, die diese bedingen, eine Verknüpfung herzustellen. ⓘ
Die Ausbreitung der Wolken mit der Höhe ist ein wichtiger Faktor zur Einschätzung konvektiver Prozesse in der Atmosphäre. So ist es über sie in vielen Fällen möglich, die Schichtungsstabilität der Erdatmosphäre zu ermitteln. Bewegungen der Wolken geben Auskunft über die Windverhältnisse in der entsprechenden Höhe. ⓘ
Frontpassage
Von wenigen Ausnahmen abgesehen, treten an Fronten immer auch Wolken auf. Beim Durchzug einer Front kann man daher meist eine sehr charakteristische Abfolge von Wolkenarten beobachten. ⓘ
Eine langsam heranziehende Warmfront, an der die Warmluft auf die vor ihr liegende Kaltluft großflächig aufgleitet, macht sich zunächst mit Cirrus oder Cirrostratus bemerkbar. Später folgt Altostratus nach. Schließlich erreicht Nimbostratus mit anhaltendem Regen den Beobachter. Nach Durchzug der Warmfront lockert im Warmsektor die Bewölkung auf, das Wetter bessert sich und es wird merklich wärmer. Manchmal, vor allem im Winter oder an den Küsten, kann der Warmsektor auch mit tiefhängendem Stratus angefüllt sein, aus dem leichter Regen oder Sprühregen fällt. ⓘ
Die Kaltfront zieht meist schneller als die Warmfront, weil sich die schwerere Kaltluft unter die Warmluft schiebt und sie verdrängt. Als Beobachter bemerkt man zunächst eine erhöhte Bildung von Cumulus. Diese können sich schon im Warmsektor zu einzelnen großen Cumulonimbuswolken verstärken, die Schauer oder Gewitter bringen. Die Kaltfront selber besteht häufig aus einer langen Kette von häufig sehr intensiven Cumulonimbus-Wolken. Es gibt aber auch schwächer ausgeprägte Kaltfronten, an denen dann eher Stratocumulus oder Cumulus vorherrschen. Nach dem Durchzug der Front reißt der Himmel rasch auf, denn die postfrontale Aufheiterungszone sorgt für eine vorübergehende Auflösung der Wolken. Anschließend kommt die hochreichende Kaltluft heran, in der zahlreiche Cumuluswolken oder Cumulonimbuswolken mit wiederholten Schauern und einzelnen Gewittern vorherrschen. ⓘ
Gewitter und Stürme
Gewitter und Stürme sind häufig zusammen mit den charakteristischen Cumulonimbuswolken zu beobachten, treten in der Regel schnell auf und verschwinden schnell wieder. Sofern sie nicht in Verbindung mit Fronten auftreten, klart der Himmel sehr schnell auf. ⓘ
In einigen Fällen sind die Wolken absolut isoliert, das heißt, sie bilden einen einzelnen Block am ansonsten heiteren Himmel. Daher sind Gewitter vor allem im Gebirge tückisch. Sie können lokal innerhalb einer Stunde auftauchen, abregnen und weiterziehen. ⓘ
Extrem große Cumulonimbuswolken, so genannte Superzellen, sind aufgrund der Ausdehnung mit dem Auge kaum von Nimbostratus oder einer Front zu unterscheiden, außer wenn man sie aus größerer Entfernung betrachten kann. Sie können Wirbelstürme mit sich bringen und bestimmen das Wettergeschehen viel länger als normale Gewitter. Auch das Auftreten von Böenfronten mit Roll- oder Shelf clouds ist bei ihnen möglich. ⓘ
Wolkenverschlüsselung
Die Codes CL, CM und CH dienen dazu, den Himmelszustand anzugeben. Der Vorteil gegenüber der einfachen – und genaueren – Bezeichnung von Wolken ist, dass nicht jede Wolkenart aufgezählt werden muss, sondern für je ein Stockwerk die Gesamtbewölkung mit einer Ziffer angegeben werden kann. Aus ihr kann auch die Wetterlage bestimmt werden. ⓘ
Die Verschlüsselung erfolgt in der Form:
- CW = x ⓘ
Dabei bedeutet:
| C | „Cloud“ | Wolke ⓘ |
| L M H |
„low“ „middle“ „high“ |
tiefe Wolken mittelhohe Wolken hohe Wolken |
| x | Ziffer von Null bis Neun |
Ist der Himmelszustand wegen schlechter Lichtverhältnisse, Nebel, Staub, Sand oder Ähnlichem nicht sichtbar, kennzeichnet man dies statt mit einer Zahl mit einem Schrägstrich. Für W trägt man die jeweilige Wolkenhöhe ein. Können die Wolken nicht eindeutig einer Ziffer zugeordnet werden, so wird jene gewählt, die am besten zutrifft, das heißt, die Gruppe, die den größten Teil des Himmels bedeckt. Zusätzlich gibt es noch eine so genannte Vorrangregel, die in Fällen, angewendet werden muss, wenn das Himmelsbild nicht eindeutig ist. Vorrangig sind immer die Wolken, die für die Luftfahrt und oder Synoptik am wichtigsten sind (siehe etwa Hauptwolkenuntergrenze). ⓘ
Verschlüsselung der CL-Wolken
Zu den tiefen Wolken gehören die Wolkengattungen Stratus, Stratocumulus, Cumulus und Cumulonimbus. ⓘ
| Verschlüsselung | Symbol | Beschreibung | Beispiel ⓘ |
|---|---|---|---|
| CL=0 | Keine tiefen (bzw. CL-)Wolken vorhanden. | 
| |
| CL=1 | 
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Cumulus humilis und/oder Cumulus fractus vorhanden. Keine Schlechtwetterwolken.
Zu den Wolken, die vom Code CL=1 umfasst werden, zählen Cumuli, die sich im Entwicklungsstadium oder in einem Endstadium der Auflösung befinden, so dass sie noch kleine vertikale Ausmaße haben. Bei den vollständig entwickelten Cumuli sind es solche ohne Blumenkohlform und mit kleiner vertikaler Ausdehnung (Cumulus humilis) oder vom Wind zerzauste (Cumulus fractus). |
|
| CL=2 | 
|
Cumulus mediocris oder Cumulus congestus, eventuell mit Cumulus fractus, Cumulus humilis oder Stratocumulus. Untergrenzen in gleicher Höhe.
Zu diesem Code gehören Cumuli mit starker vertikaler Ausdehnung, die blumenkohlähnliche Form besitzen. Zum Teil können sie auch türmchenartige Auszeichnungen zeigen. Sie entstehen bei starkem Wind mit einer unregelmäßigen Unterseite und können zerfetzt sein, oder an Tagen mit Gewitterneigung und somit starker Konvektion. Dann ist die Unterseite scharf ausgeprägt. Bei größeren Cumuluswolken kann vereinzelt auch ein wenig Regen fallen. Zusätzlich zu den oben genannten Wolken können auch CL=1-Wolken oder Sc auftreten. |
|
| CL=3 | 
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Cumulonimbus calvus, evtl. auch Cumulus, Stratocumulus, Stratus
Hierzu gehört der Cumulonimbus calvus, also ein Cumulonimbus ohne Amboss und ohne deutlich faserig bzw. streifig aussehende Teile. Es können auch Wolken von CL=1 und CL=2 und außerdem St vorkommen. Für eine genauere Beschreibung der Art calvus siehe hier. |
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| CL=4 | 
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Stratocumulus cumulogenitus sind Stratocumulus-Wolken, die aus Cumuluswolken entstanden sind. Das geschieht, wenn die aufströmende Luft eine thermisch stabile Schicht erreicht. Sie wird nun abgebremst und breitet sich aus, es bildet sich eine zusammenhängende Stratocumulus-Schicht. Vereinzelt kann die aufsteigende Luft so stark sein, dass die stabile Schicht durchbrochen wird und sich zwischen den Sc-Wolken einzelne Cumuli hervorheben. | 
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| CL=5 | 
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Stratocumulus, der jedoch keine Mutterwolke hat (das heißt nicht aus Cumuli entstanden ist). Er weist an der Unterseite fast immer dunkle Stellen auf. Bei stärkeren Winden kann er teilweise zerrissen aussehen. | |
| CL=6 | 
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Stratus nebulosus und/oder Stratus fractus. Keine Schlechtwetterwolken.
Zu diesem Code gehören der graue, regelmäßig aussehende Stratus (nebulosus) und Stratus im Übergangsstadium, also entweder sich bildender oder sich auflösender Stratus (Stratus fractus). |
|
| CL=7 | 
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Stratus fractus oder Cumulus fractus und/oder Cumulus pannus, meist unterhalb von Altocumulus, Nimbostratus oder Cumulonimbus. Schlechtwetterwolken.
Das sind zerfetzte Wolkenteile, die im Gegensatz zu den CL=6-Wolken immer unter einer anderen Wolke vorkommen. Sie erscheinen in einem dunkleren Grau als die Wolken darüber und können ihre Gestalt schnell verändern. Meist fällt aus den darüberliegenden Wolken gleichzeitig Niederschlag. |
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| CL=8 | 
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Cumulus und Stratocumulus (nicht cugen) mit Untergrenzen in verschiedenen Höhen.
Stratocumuluswolken (nicht aus Cumulus entstanden), die von darunterliegenden Cumuluswolken durchstoßen werden oder mit Cumuli, die sich oberhalb der Stratocumulus-Schicht befinden. Die Cumuluswolken breiten sich dabei nicht zu Stratocumulus aus, d. h., es entstehen keine CL=4-Wolken. |
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| CL=9 | 
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Cumulonimbus capillatus, evtl. mit Cumulonimbus calvus, Cumulus, Stratocumulus oder Stratus.
Es ist mindestens ein Cumulonimbus capillatus sichtbar, also ein Cumulonimbus mit Amboss. Falls sich ein Cumulonimbus direkt über dem Beobachtungsstandort befindet und somit nicht eindeutig zwischen CL=3 und CL=9 unterschieden werden kann, oder der Amboss durch andere Wolken verdeckt wird, beschreibt man im Zweifelsfall die Bewölkung mit CL=9. Gewitter sind übrigens immer ein Hinweis auf den Cumulonimbus capillatus. Zudem können noch Wolken aus CL=3 sichtbar sein; die CL=9-Wolken entstehen ja auch aus der Bewölkung von CL=3. |
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Bedeckungsgrad
Der Wolken-Bedeckungsgrad wird in der Meteorologie häufig in Achteln des Himmels angegeben, den Octa von 0 bis 8. ⓘ
Wolken und Bauernregeln
Der gut zu beobachtende Zug der Wolken ist die Basis vieler Bauernregeln und hat ihren Ruf als Wetterboten begründet. Eine ausreichende Vorhersagequalität dieser Bauernregeln, die auf jahrzehntelangen, weitergegebenen Beobachtungen beruhen, ist aber nur regional oder sogar nur lokal gegeben. So lautet beispielsweise eine Wetterregel aus dem Vinschgau in Südtirol:
„Kommen die Wolken aus Schnals,
Haben wir’s Wetter am Hals;
Ziehen sie in’s Martell,
dann wird’s wieder hell;
kommen sie aus Matsch,
macht es Plitschplatsch;
kommen sie von Ulten,
musst du dich gedulden!“
Wenn Frau Hitt, eine markante Felsformation der Alpennordkette bei Innsbruck, von einer Wolke umgeben ist, weist dies auf bevorstehenden Regen hin:
„Trägt Frau Hitt a Koppen, gean die Stadler durch Lacken.“
Cirren kündigen in der Regel eine Warmfront und somit eine Wetterverschlechterung an. Dennoch kann man nicht sicher sein, dass diese den jeweiligen Standort auch erreichen wird. Daher entstammt der Spruch: „In Frauen und Cirren kann man sich irren.“ ⓘ
In Mittenwald ist der Wetterstein (daher auch sein Name) der Berg, der das Wetter vorhersagt:
„Hat da Wetterstoa an Sabi,
wird’s Wetta misarabi.
Hat da Wetterstoa an Huat,
werd’s Wetta morgn wieda guat.“
Hat der Wetterstein einen Säbel (langgezogene Wolke unterhalb des Gipfels), wird das Wetter miserabel. Hat der Wetterstein einen Hut (runde Wolke über dem Gipfel), wird das Wetter morgen wieder gut. Diesen Spruch gibt es an vielen Stellen im Alpenraum (z. B. am Attersee). ⓘ
Anomalien und extraterrestrische Wolken
Anomalien sind sehr ungewöhnliche Wolken, die insbesondere dem klassischen Modell widersprechen. Hierzu gehören zum Beispiel Polare Stratosphärenwolken, leuchtende Nachtwolken sowie die Hole-Punch Cloud. Die letztere kann insbesondere durch den Überschall-Sturzflug eines Militärflugzeugs durch eine Schichtwolke entstehen. ⓘ
In Atmosphären anderer Himmelskörper gibt es ebenfalls Wolken, beispielsweise bei dem Planeten Venus und dem Saturnmond Titan. Diese Wolken können unterschiedlich dicht sein und unterschiedliche Zusammensetzung haben. ⓘ
Kulturgeschichte
Das Wort „Wolke“ (ahd. wolkan, mhd. wolken) stammt vom gemeinwestgermanischen *wulkana- ab, das möglicherweise auf die indogermanische Wurzel *welg „feucht“ zurückgeht. Ursprünglich ist es ein Neutrum, erst seit dem Spätmittelhochdeutschen ist „die Wolke“ weiblich. ⓘ
Wolken waren und sind ein beliebtes Motiv der Landschaftsmalerei und Naturfotografie. Zu nennen sind hier Jacob Izaaksoon van Ruisdael, Jan van Goyen und Esaias van der Velde aus der niederländischen Landschaftsmalerei sowie Ary Pleysier, William Turner, Caspar David Friedrich, Carl Blechen und vor allem John Constable aus der Romantik, Emil Nolde im 20. Jahrhundert und die grauen Wolkenbilder Gerhard Richters. ⓘ
In China gelten Wolken als Symbol für Glück und Frieden sowie den Westen. Unter Wolken-und-Regen-Spielen versteht man die geschlechtliche Vereinigung. ⓘ
Die Welt der Computergrafik simuliert Wolken mit Hilfe von 3D-Software seit den 1990er Jahren. Seit ca. 2000 sind die Algorithmen so ausgefeilt, dass sich die künstlichen Wolken in Filmen nicht mehr von echten unterscheiden lassen. Die Software berücksichtigt dabei auch die innere Dymanik realer Wolken und nutzt Berechnungsverfahren aus der Strömungslehre. ⓘ
Das Rautenmuster der Flagge Bayerns wird oft als ein mit weißen Wolken gespickter blauer Himmel gedeutet. Tatsächlich stammen die weiß-blauen Rauten, auch Wecken genannt, ursprünglich aus dem Wappen der Grafen von Bogen, sie wurden im Jahr 1242 von den Wittelsbachern übernommen, der Herrscherfamilie Bayerns vom 12. bis zum 20. Jahrhundert. In der Bayernhymne heißt es hierzu: "[...] und erhalte dir die Farben Seines Himmels Weiß und Blau". ⓘ
Religion
In der alttestamentlichen Geschichte interpretieren die Hebräer eine Wolkensäule als Offenbarung ihres Gottes als Wegweisung für ihr Volk. ⓘ
„Und der HERR zog vor ihnen her, am Tage in einer Wolkensäule, daß er sie den rechten Weg führete, und des Nachts in einer Feuersäule, daß er ihnen leuchtete, damit sie bei Tag und bei Nacht wandeln konnten.“ (Ex 13,21 LUT) ⓘ
Forschung
James Pollard Espy (1785–1860) gelang es erstmals, die Thermodynamik der Wolkenbildung weitgehend korrekt zu beschreiben, in dem er die Rolle der latenten Wärme bei der Kondensation berücksichtigte. ⓘ
Der deutsch-englische Astronom Sir Wilhelm Herschel hatte vor über 200 Jahren einen Zusammenhang zwischen dem Ertrag der Weizenernte in England und der Sonnenaktivität festgestellt. ⓘ
In Deutschland steht Forschern die Wolkensimulationskammer AIDA für Wolkensimulationsexperimente am Karlsruher Institut für Technologie in Karlsruhe zur Verfügung. ⓘ
„Wolken-Ernte“ zur Wassergewinnung
In der chilenischen Stadt Chungungo (La Higuera, Región de Coquimbo) wurde ein Projekt gefördert, das dazu dient, Wolken, die sich in Höhe der Anden befinden, abzuernten. Dort wurden Kunststoffnetze aufgestellt, an denen sich die feinen Wassertröpfchen der Wolken verfangen. Diese rinnen dann am Netz ab und fließen schließlich über sieben Kilometer lange Rohrleitungen nach Chungungo. Bis zu 110.000 Liter können so täglich abgezapft werden. ⓘ
Am 16. Oktober 2018 wurde auch in Marokko eine Nebelfanganlage eingeweiht. Diese befindet sich am Berghang vom Mount Boutmezguida im Süden von Marokko. Mit einer Auffangfläche von 1.620 m² versorgt sie 15 umliegende Dörfer mit Trinkwasser und liefert an einem nebelreichen Tag bis zu 36.000 Liter Wasser. ⓘ