Tanzende Schneeflocken sollen bei der Regenvorhersage helfen

Wird es heute regnen, sodass ich einen Regenschirm mitnehmen sollte? Eine Frage, die sich viele Menschen stellen, bevor sie die trockenen vier Wände verlassen. Während manchen ein Blick aus dem Fenster und auf die Wolken reicht, lassen sich andere vom Wetterbericht beraten. Dieser basiert auf Wettermodellen, die mithilfe von Messdaten, Formeln und Supercomputern das Wetter und möglichen Regen vorhersagen. Doch nicht immer treten diese Prognosen auch ein und es wird doch unerwartet nasser oder trockener.

Um die zu 90 Prozent sicher geltenden Vorhersagen weiter zu verbessern, arbeiten Meteorologen und andere Wissenschaftler an der Verbesserungen von Modellen und erforschen die Vorgänge in und über den Wolken. Laut englischen Forschern von der Universität Reading könnte der Schlüssel zu einer genaueren Niederschlagsvorhersage im komplizierten Tanz der fallenden Schneeflocken liegen.

Schneewalzer mit Pirouetten und Zickzack

Im Rahmen ihrer Forschungsarbeit haben die Meteorologin Jennifer Stout und ihre Kollegen die physikalische Bewegung fallender Eiskristalle beobachtet. Ihr Ziel war es, künftig besser abschätzen zu können, wo und wann diese Kristalle zu Regentropfen schmelzen – ein entscheidendes Kriterium bei der Bildung vieler Arten von Regen.

„Es ist faszinierend, dem sanften Fallen von Schnee zuzusehen. Außerdem war es eine Freude herauszufinden, wie die verschiedenen Eiskristallformen auf ihrer Reise nach unten Pirouetten drehen und Zickzack fallen“, erklärte Stout. Dann ergänzte sie:

„Den Tanz von Schneeflocken zu verstehen ist nicht nur schön, sondern kann uns auch helfen, das Reflexionsvermögen von Wolken zu verstehen. Jeder Schneekristall in einer Wolke wirkt wie ein winziger Spiegel, der das Licht, das ihn durchdringt, reflektiert und bricht. Wenn wir die Choreografie einer ganzen Wolke vorhersagen können, können wir die Atmosphäre und ihre Prozesse, die zu Regen und Schnee führen, besser verstehen.“

Weiterhin könnte der komplexe „Schneewalzer“ auch einen erheblichen Einfluss auf die Bildung von verblüffenden Phänomenen wie Halos haben.

Am Himmel über diesem Skigebiet steht nicht nur die Sonne (Mitte), sondern auch zwei Nebensonnen (links und rechts) sowie ein sie einschließender 22°-Ring. Dieses Phänomen ist einer der vielen und häufigsten Erscheinungsformen von Halos. Foto: ViewFramer/iStock

Schneeflocken im Wassertank

Um die Schrittfolge des himmlischen Tanzes erforschen zu können, haben sich die britischen Meteorologen ihre eigenen 3D-Schneeflocken gedruckt. Diese besaßen wie in der Natur verschiedene Formen und Größen, von einfachen sechseckigen Platten bis zu komplexen und mehrfach verzweigten Formen.

Als „Luft“ diente den Forschern ein mit einem Wasser-Glycerin-Gemisch gefüllter Tank, in dem sie die künstlichen Schneeflocken fallen ließen und die atmosphärischen Bedingungen nachstellten. Den „Tanz“ der Flöckchen zeichneten die Forscher schließlich mit drei Hochgeschwindigkeitskameras auf, sodass sie die Flugbahnen und Ausrichtungen der Schneeflocken rekonstruieren konnten.

Das Ergebnis: Die künstlichen Eiskristalle fielen auf vier unterschiedlichen Arten: stabil (sie fallen gerade nach unten), zickzackförmig (sie schwingen hin und her), spiralförmig (sie drehen sich beim Fallen wie eine Pirouette) und einer Mischung aus Zickzack und Drehung. Überraschenderweise blieben Schneeflocken mit komplexen Formen in ihrer Bewegung eher stabil, obwohl sie eher dazu neigen, Turbulenzen zu erzeugen. Im Gegensatz dazu wurden die einfacheren Formen viel früher instabil.

Erst der Anfang

Konkrete Aussagen, welche Tanzform das Wetter wie beeinflussen, sind zum jetzigen Zeitpunkt nicht möglich. Eine der wesentlichen Erkenntnisse der Studie ist jedoch, dass bisherige Annahmen bezüglich der Ausrichtung von Eiskristallen in Wolken und ihrer Fallgeschwindigkeiten zu einfach sind. Diese sollten vielmehr in Abhängigkeit der Form betrachtet werden. In weiterführenden Experimenten greift Stout zudem auf leichtere „Schneeflocken“, um ihre Bewegung in der Luft analysieren zu können.

„Das Verständnis des Fallverhaltens von Eiskristallen ermöglicht es uns, die Geschwindigkeit, mit der sie wachsen, fallen und ausfallen, besser zu verstehen“, fassen Stout und Kollegen die Ergebnisse ihre Studie zusammen. Dies trage auch dazu bei, „unser Gesamtverständnis der Eiskristalldynamik innerhalb des komplexen atmosphärischen Systems zu verbessern“.

Das wiederum habe erhebliche Auswirkungen auf die Wettervorhersage, denn das Wetterradar, das eine Schlüsselrolle bei der Beobachtung von nahendem Regen spielt, beruht auf reflektierten Signalen von Wasser- und Eisteilchen in der Luft. Wenn Meteorologen besser verstehen, wie sich verschiedenförmige Schneeflocken bewegen und ausrichten, können sie diese Radarsignale genauer interpretieren und besser abschätzen, wann Eis zu Regen wird. Am Ende können detailliertere Daten so zu besseren Vorhersagen darüber führen, wann, wo und wie viel Regen fallen wird.

Die Studie erschien am 10. Oktober 2024 in der Zeitschrift „Atmospheric Chemistry and Physics“.