GPM-Mission misst die globale Partikelgrößenverteilung in Stürmen

Dieses schematische Bild zeigt, wie die Größe und Verteilung von Regentropfen innerhalb eines Sturms variiert. Blau und Grün markieren kleine Regentropfen zwischen 0,5 und 3 Millimetern Größe. Gelb, Orange und Rot repräsentieren größere Regentropfen zwischen 4 und 6 Millimetern. Ein Sturm mit einem höheren Anteil an Gelb, Orange und Rot wird mehr Wasser enthalten als einer mit mehr blauen und grünen Gebieten. (NASA / Goddard)
Dieses schematische Bild zeigt, wie die Größe und Verteilung von Regentropfen innerhalb eines Sturms variiert. Blau und Grün markieren kleine Regentropfen zwischen 0,5 und 3 Millimetern Größe. Gelb, Orange und Rot repräsentieren größere Regentropfen zwischen 4 und 6 Millimetern. Ein Sturm mit einem höheren Anteil an Gelb, Orange und Rot wird mehr Wasser enthalten als einer mit mehr blauen und grünen Gebieten. (NASA / Goddard)

Nicht alle Regentropfen entstehen auf die gleiche Weise: Die Größe von fallenden Regentropfen hängt von mehreren Faktoren ab, darunter auch davon, wo auf dem Globus sich die produzierende Wolke befindet und wo in der Wolke sie gebildet werden. Erstmals haben Wissenschaftler weltweit dreidimensionale Bilder von Regentropfen und Schneeflocken aus dem Weltraum aufgenommen. Dafür kam die Global Precipitation Measurement (GPM) Mission zum Einsatz, die gemeinsam von der NASA und der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) betrieben wird.

Mit den neuen globalen Daten über die Größen von Regentropfen und Schneeflocken, die diese Mission bereitstellt, können Wissenschaftler Niederschlagsschätzungen anhand von Satellitendaten und in numerischen Wettervorhersagemodellen verbessern. Das hilft uns dabei, extreme Wetterereignisse besser zu verstehen und uns auf sie vorzubereiten.

“Die Verteilung der Tropfengröße ist einer von vielen Faktoren, die bestimmen, wie groß ein Sturm werden wird, wie lange er andauern wird und wie viel Regen er letztendlich produzieren wird”, sagte Joe Munchak, ein forschender Meteorologe vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Wir konnten bis jetzt nicht sehen, wie die Wassertröpfchengröße global variiert.”

Sturmwolken enthalten ein breites Spektrum an Tropfengrößen, die schließlich als Regen oder Schnee fallen. Im Allgemeinen neigen die Tropfen in den Wolkenkernen dazu größer zu sein, weil sie miteinander kollidieren und sich zusammenschließen, während sie in Richtung Erdoberfläche fallen. Kleinere Tröpfchen treten dagegen an den Rändern und in größeren Höhen auf. Die Tropfen neigen zu geringeren Größen, wenn sie nicht miteinander kollidieren oder auseinanderbrechen. Wissenschaftler bezeichnen die Anzahl der Tropfen und Schneeflocken verschiedener Größen an unterschiedlichen Orten innerhalb einer Wolke als die sogenannte Partikelgrößenverteilung.

Um genau zu wissen, wie viel Niederschlag bei einem Sturm fällt, müssen Wissenschaftler das Verhältnis von großen Tropfen zu kleineren oder mittelgroßen Tropfen verstehen. Munchak zufolge mussten Forscher das Verhältnis bisher vermuten, weil frühere Studien in isolierten Gebieten durchgeführt wurden und die globalen Daten begrenzt waren.

“Ohne den Zusammenhang oder das Verhältnis der großen Tropfen zu den kleineren oder mittelgroßen Tropfen zu kennen, können wir einen Fehler in der bekannten Niederschlagsmenge haben. Das kann große Auswirkungen auf langfristige Ansammlungen haben, die bei der Vorhersage flutartiger Überschwemmungen helfen können”, sagte Munchak.

Mit den dreidimensionalen Bildern der Tropfengrößenverteilung, erstellt von der GPM-Mission, können Wissenschaftler auch Einblicke in die Struktur eines Sturms gewinnen und darin, wie er sich verhalten wird. Die Tropfengrößenverteilung beeinflusst das Wachstum eins Sturms, indem sie die Verdampfungsrate des Regens verändert, während er durch trockene Luft fällt. Beispielsweise werden kleine Tropfen eher dazu tendieren, schneller zu verdampfen und infolgedessen die Luft stärker abkühlen. Das führt zu stärkeren Abwärtsströmungen der Luft, was zerstörerische Winde verursachen kann, wenn sie den Boden erreichen.

Dieselben Abwinde können allerdings auch mit der aufsteigenden Luft wechselwirken, die den Sturm versorgt und ihn dadurch schwächer werden oder sich auflösen lassen. “Die GPM-Messungen werden wirklich bei der Vorhersage dieser komplexen Interaktionen helfen, die zum Teil von der Tropfengrößenverteilung abhängen”, sagte Munchak.

Die GPM-Mission wurde im Jahr 2014 gestartet und trägt das erste Dual-frequency Precipitation Radar (DPR) im Weltraum, sowie den GPM Microwave Imager (GMI), der in mehreren Kanälen arbeitet. Das DPR macht detaillierte 3D-Messungen der Regenfälle, während der GMI 13 optimierte Frequenzen nutzt, um Messungen des schweren, mittelschweren und leichten Niederschlags auf der Erdoberfläche vorzunehmen. Da die GPM-Mission unser Wissen über den Niederschlag vom Weltraum aus verbessert, werden diese Informationen unverzichtbar für die Verfeinerung von Wettermodellen und -vorhersagen sein.

Quelle: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/size-matters-nasa-measures-raindrop-sizes-from-space-to-understand-storms

(THK)

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