Niederschlag Flashcards
Vorlesung 2
Wasserkreislauf
Diagramm
Wasserhaushaltsgleichung
Niederschlag = Abfluss + Verdunstung + Speicheränderung
Temperaturgradient in der Atmosphäre
Reduzierung der Temperatur bei trockener
Luft um jeweils 1°C je 100 Höhenmeter.
Bei größeren Wassermengen in der Luft,
kommt es (je nach Luftfeuchtigkeit und
Temperatur) zur Kondensation.
Dieser Prozess gibt Wärme frei, sodass sich
die Abkühlung auf rund 0,5°C je 100m
reduziert
Niederschlagsbildung
Definition „Koagulation“
Die Wassertropfen in den Wolken stoßen zusammen und durch die Anlagerung
entstehen größere Wassertropfen, die im Regelfall als Niesel- oder Sprühregen auf
die Erde fallen.
Der Prozess dauert in der Regel sehr lange, so dass sich hierbei selten große
Wassertropfen bilden können.
Es resultieren Nieselregen oder Sprühregen
Niederschlagsbildung
Definition „Sublimation“
Je nach Einfluss der Temperatur sowie des Luftdruckes gehen Wassertropfen beim
Frieren in Eiskristalle über. An diese Eiskristalle lagern sich ständig weitere gefrierende
Wassertropfen an, so dass sich Eisklumpen bilden, die zur Erde fallen.
Dieser Prozess verläuft (im Gegensatz zur Koagulation) sehr schnell, so dass sich
ein Eiskristall in nur 20 Minuten um das 10.000fache vergrößern kann.
Es resultiert ein Starkregen
Niederschlagsarten
Nieselregen
Niesel- oder Sprühregen entsteht durch Koagulationsprozesse in tiefen
Stratuswolken
Niederschlagsarten
Landregen
Langanhaltende Niederschlagsereignisse mit geringer Intensität entstehen im
Regelfall an Nimbostratuswolken.
Während der Koagulation kommt es zu Mischwolken die bei ausreichend langer
Dauer zur Bildung mittelgroßer Regentropfen kommt.
Niederschlagsarten
Schauer
Kurze Niederschlagsereignisse mit hoher bis sehr hoher Intensität. Der
Entstehungsprozesse ist auf die Koagulation von Wasserdampf in
Cumulonimbuswolke zurückzuführen; es entstehen dabei große Regentropfen.
Niederschlagsarten
Definition „Niederschlag“
…gem. DIN 4049:
Niederschlag ist das Wasser der Atmosphäre, das nach Kondensation oder
Sublimation von Wasserdampf in der Lufthülle ausgeschieden wird und sich infolge
der Schwerkraft entweder zur Erdoberfläche bewegt (fallender Niederschlag) oder zur
Erdoberfläche gelangt ist (gefallener Niederschlag)
Niederschlagsarten
Definition „Niederschlag“
…allgemeinere Beschreibung
Bei Niederschlag handelt es sich um jede Erscheinungsform von Wasser (Regen,
Schnee, Hagel, Eisgebilde, Tau, Reif), welches aus
der Atmosphäre auf die Erde gelangt.
Niederschlagsarten
- Regen
- Schnee → 5-10 mm Graupel
- Eisgebilde → 2-5 mm
- Tau durch Kondensation abgesetzter
- Reif Niederschlag
Niederschlagsverlauf
Diagramm
Niederschlagskennwerte
Charakteristische Größen des Niederschlags • Niederschlagshöhe hN [mm] • Niederschlagsdauer TN [h] • Niederschlagsintensität iN (t) [mm/h] • Häufigkeit bzw. Jährlichkeit Tn = 1/n
Fehlereinflüsse bei der Niederschlagsmessung
Zu beachten ist, dass die Angaben der Tagesniederschläge von Niederschlagsmesser
fehlerbehaftet sind.
Mögliche Fehlerquellen sind dabei:
- Einfluss der Verdunstung
- Einfluss der Windexposition
- Benetzungsverluste
Diese können dazu führen, dass Korrekturen der gemessenen Niederschläge in einer
Größenordnung von 10 - 25 % (bezogen auf den Jahresniederschlag) vorgenommen
werden müssen.
Bestehende Definitionen für Starkregen
Regen […], der im Verhältnis zu seiner Dauer eine hohe Niederschlagsintensität […]
hat und daher selten auftritt, z. B. im Mittel höchstens zweimal jährlich.“ [DIN 4049-3
1994]
→ Es gibt keine allgemeingültige Definition für Starkregen!
Üblich für die Beschreibung sind:
- Grenzwerte
Der Deutsche Wetterdienst warnt in zwei Stufen vor derartigen Ereignissen.
Wetterwarnung
innerhalb von 1 Stunde mehr als 10 mm Niederschlag → i = 10 [mm/h]
innerhalb von 6 Stunden mehr als 20 mm Niederschlag → i = 3,33 [mm/h]
Unwetterwarnung
innerhalb von 1 Stunde mehr als 25 mm Niederschlag → i = 25 [mm/h]
innerhalb von 6 Stunden mehr als 35 mm Niederschlag => i = 5,83 [mm/h]
Starkregen
Die World Meteorological Organization definiert einen Starkregen, falls ≥ 50 mm
Niederschlag in den letzten 24h gefallen ist.
Für Niederschläge kurzer Dauerstufen hat Wussow eine Formel angegeben, die
angibt, wie viel Niederschlag in einer festen Zeitspanne fallen muss, damit man von
einem Starkregen ausgehen kann.
Wussow-Formel
HMIN = √5𝑡 − (
𝑡/24)²
Perzentilmethode
Statistische Auswertung und Ordnung (in aufsteigender Reihenfolge) der
Niederschlagsdaten. (95.Perzentil ≜ a95)
Wiederkehrintervalle
Diese Definitionsmethode ist gängige Praxis bei der Definition von
Flusshochwasser.
„Als Starkregen […] werden Regenabschnitte bestimmter Dauerstufen verstanden,
die ein Wiederkehrintervall von 1a ≤ Tn ≤ 100 a aufweisen.“ [DWA-A 531]
„Starkregen […] sind folglich erst durch die Festlegung von Regendauer und
Wiederkehrintervall eindeutig definiert.“ [DWA-A 531]
Angabe zu den Niederschlagshöhen und –spenden über Niederschlagsdauer und
Wiederkehrintervalle für definierte Raster nach KOSTRA-DWD
Einsatzbereiche:
hauptsächlich für die Dimensionierung siedlungswasserwirtschaftlicher Anlagen
(Kanalnetze)
Bewertung von Schadensereignissen bezüglich der Jährlichkeit von
Regenereignissen
Starkregenindices
Ziel: Besseres Verständnis für die Probleme der Überflutungsgefährdung und
Risikobewertung zu schaffen. → Einordnung fester Wiederkehrintervalle (in
Jahren) zu Starkregenindex
sintflutartiger Regenfall (Europa)
- Tiefs müssen Kaltluft ausweichen, ziehen nach Südosten
zum nördlichen Mittelmeer - Tiefs verstärken sich über dem warmen Meer, pumpen
sich mit gewaltigen Mengen Wasserdampf voll - Wasserreiche Luft zieht über Norditalien, Tschechien,
Süd- und Ostdeutschland nach Norden - die Luft kühlt ab
- kühlere Luft kann wesentlich weniger Wasserdampf
halten als Warmluft à Starkregen, Hochwasser
Wasserdampfsättigung
Als Faustformel gilt für den Temperaturbereich zwischen 5°C
und 30°C:
Sättigungsfeuchte [g/m3] ≈ Temperatur [°C]
Wolkentypen
Die Feuchtigkeit liegt in den Wolken temp.abhängig in Wasseroder Eisform vor.
Die Entstehung von Wassertropfen aus kondensierendem
Wasserdampf ist an winzige Staubpartikel gebunden.
Niederschlagsmesser
Hellmann
Der deutsche Wetterdienst (DWD) benutzt standardmäßg einen
Regenmesser nach Hellmann mit einer Auffangfläche von
200 cm²
Aufstellhöhe: 1,0 m über GOK
Ablesezeitraum: 7:30 MEZ (alle 24 h)
Ablesegenauigkeit: 0,1 mm
In Deutschland sind ca 6000 dieser im Betrieb
Niederschlagsschreiber
Ombrometer
Niederschlag wird in einem Gefäß, in dem sich ein Schwimmer
befindet, aufgefangen à Schwimmer ist mit
Schreibarmverbunden à Bewegung wird auf Registrierapier
protokolliert
Registrierpapier hat einen zeitgesteuerten Vorschub
Schwimmergefäß fasst exakt 10 mm und wird durch
Heberkonstruktion entleert à charakteristische Sägelinien
entstehen
Starkregen
DIN 4049-3
Üblich für die Beschreibung sind: • Grenzwerte • Perzentilmethode • Wiederkehrintervalle • Starkregenindices
Wiederkehrintervalle
Diese Definitionsmethode ist gängige Praxis bei der Definition
von Flusshochwasser.
„Als Starkregen […] werden Regenabschnitte bestimmter
Dauerstufen verstanden, die ein Wiederkehrintervall von 1a ≤ Tn
≤ 100 a aufweisen.“ [DWA-A 531]
„Starkregen […] sind folglich erst durch die Festlegung von
Regendauer und Wiederkehrintervall eindeutig definiert.“ [DWA-A
531]
Wiederkehrintervalle nach
KOSTRA-DWD
Koordinierte Starkniederschlagsregionalisierung und -
auswertung des DWD
Angaben zu den Niederschlagshöhen und -spenden über
Niederschlagsdauer und Wiederkehrintervalle für definierte
Raster
Dauerstufen: 5 min – 72 h
Wiederkehrintervalle: 1 a – 100 a
Rasterzelle: ca 67 km²
Einsatzbereiche:
• hauptsächlich für die Dimensionierung
siedlungswasserwirtschaftlicher Anlagen (Kanalnetze)
• Bewertung von Schadensereignissen bzgl. der
Jährlichkeit von Regenereignissen
Grenzwert nach Wussow
Für Niederschläge kurzer Dauerstufen
ℎ&’( = )5t − , t
24/
0
Gibt an, wie viel Niederschlag in einer festen Zeitspanne fallen
muss, damit man von einem Starkregen ausgehen kann.
