Lehmann, Catrin (2005) Simulation von Kondensations- und Koaleszenzprozessen in Wolken. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 69 pp.

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Abstract

In dieser Arbeit werden die mikrophysikalischen Prozesse innerhalb einer Wolke spektral betrachtet. Zusätzlich wird der Einfluss der Variabilität der Atmosphäre auf das Tropfenwachstum untersucht. Dazu werden den Umgebungsparametern auf verschiedene Art und Weise Störungen überlagert. Den Ausgangspunkt für sämtliche Betrachtungen der zeitlichen Entwicklung bildet ein bereits aktiviertes Tropfenspektrum. Um die Umgebungsbedingungen möglichst realistisch zu halten, wird auf eine gemessene Tropfengrößenverteilung und einen Radiosondenaufstieg zurückgegriffen. Anhand dieser Vorgaben kann gezeigt werden, dass alleine durch Kondensation größere Tropfen erzeugt werden. Allerdings braucht es dafür eine Übersättigung innerhalb der Atmosphäre. Außerdem erfolgt das Wachstum in diesem Fall auf sehr langen Zeitskalen. Da zusätzlich das komplette Tropfenspektrum deutlich schmaler wird, ist diese Art des Wachstums alleine zur Niederschlagsbildung ungeeignet. Ein Einfluss auf das Tropfenwachstum wird lediglich durch eine Variabilität der Umgebungstemperatur hervorgerufen. So wird durch leichte Schwankungen in der Umgebungstemperatur das Tropfenwachstum deutlich verlangsamt. Kleine Änderungen in der spezifischen Feuchte und im Aufwind haben keine Auswirkungen auf den Wachstumsprozess. Innerhalb einer Wolke tritt allerdings auch noch Tropfenwachstum durch Koaleszenz auf. Dabei verschmelzen die großen Tropfen mit den kleineren. Diese Wachstumsform ist von den Umgebungsbedingungen unabhängig, da sie alleine die Wechselwirkungen zwischen zwei Tropfen berücksichtigt. In diesem Fall kommt es sehr schnell zur Bildung sehr großer Tropfen. D.h. die Entstehung von Niederschlag ist somit gewährleistet. Da in einer realistischen Wolke keine Beschränkung auf eine einzelne Wachstumsform gegeben ist, wurden zum Schluss Kondensations- und Koaleszenzwachstum miteinander kombiniert. Dabei entstehen die großen Tropfen noch einmal auf deutlich kürzeren Zeitskalen. Es erfolgt sehr schnell eine Verlagerung des gesamten Tropfenspektrums zu Tropfen mit größeren Radien. D.h. hier kann Niederschlag entstehen. Diesmal wird ein starker Einfluss auf das Tropfenwachstum durch eine Variabilität des Aufwindes hervorgerufen. Eine Variation der Umgebungstemperatur erzeugt identische Auswirkungen wie bei reinem Kondensationswachstum und leichte Änderungen in der spezifischen Feuchte zeigen keine Effekte. Durch die hier untersuchten Prozesse kann das Tropfenwachstum innerhalb einer Wolke gut beschrieben werden.

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