Wolke
Eine Wolke ist meist eine Ansammlung von Wassertröpfchen, die in einigem Abstand zur Erdoberfläche in der Atmosphäre schweben. Wie bei bodennahem Nebel oder Dunst handelt es sich um die sichtbaren Kondensationsprodukte des Wasserdampfs. Bei höheren Wolken bzw. bei niedrigen Temperaturen können Wolken teilweise oder vollständig aus Eiskristallen bestehen, wobei sie dann in der Regel Resublimationsprodukte darstellen. In der meteorologischen Systematik werden sie den Hydrometeoren zugerechntet. In geringerem Umfang sind in ihnen aber auch solche Teilchen enthalten, die in Abgasen, Rauch oder Staub vorkommen.
Anzutreffen sind Wolken hauptsächlich in der Troposphäre, aber zum Teil auch in der Stratosphäre. Da sie in ihrer Entstehung und somit auch ihren Eigenschaften oft sehr unterschiedlich sind, stellen sie leicht beobachtbare Merkmale der Wetterlage dar. Durch die richtige Deutung von Form, Aussehen und Höhe sowie der zeitlichen Veränderung dieser Merkmale, können Aussagen zur lokalen Wetterentwicklung getroffen werden. Hierfür ist es notwendig, die Wolken zu klassifizieren, denn nur dadurch sind Beobachtungen übertragbar. In der Praxis besitzt vor allem die Einteilung in Wolkengattungen und Wolkenarten eine hohe Bedeutung. In den meisten Gebieten treten bestimmte Wolkenarten gehäuft auf, was besonders bei gleichartigen Wetterlagen der Fall ist. Dennoch können nahezu an allen Stellen der Erde sämtliche Wolkenformen vorkommen. Die Klassifikation der Wolken ist deshalb international einheitlich durch die World Meteorological Organization geregelt.
Neben ihren optischen Eigenschaften und der ihnen innenwohnenden Schönheit, die schon immer die Phantasie der Menschen angeregt hat, kommt den Wolken auch bei zahlreichen wissenschaftlichen Fragestellungen eine hohe Bedeutung zu. Dies gilt insbesondere für den Strahlungshaushalt der Erde, die Niederschlagsverteilung und die Atmosphärenchemie.
Der Teilbereich der Meteorologie, der das Studium der Wolken zum Inhalt hat, ist die Nephologie (Wolkenkunde). Dieser Begriff wird jedoch höchst selten als eigenständige Fachrichtung genutzt. Als ihr Begründer gilt Luke Howard.
Physik und Chemie der Wolken
Bestandteile
Eine Wolke besteht nicht aus Wasserdampf, welcher ein Gas und genauso unsichtbar wie die restliche Luft ist. Es handelt sich vielmehr um ein Aerosol, also eine Ansammlung fein disperser Teilchen im Gasgemisch der 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 sehr viel größer sein. Sehr große Tropfen und auch die noch wesentlich größeren Hagelkörner sind dabei auf starke Aufwinde angewiesen, um der Gravitation entgegen zu wirken.
Bildung, Entwicklung und Auflösung
Wolkenbildung bezeichnet den Prozess der Entstehung von Wolken durch Kondensation bzw. auch Resublimation von Wasserdampf an Kondensationskernen in der Troposphäre und teilweise auch Stratosphäre. Verursacht werden Entstehung und Auflösung von Wolken durch Veränderung der Parameter Temperatur (Dichte) und Luftfeuchtigkeit einer Luftmasse. Dies kann beispielsweise geschehen durch
- Hebungsprozesse in der Atmosphäre bei Durchzug von Kalt- und Warmfronten, die Luftmassen in höhere Schichten transportiert und dort abkühlen lässt,
- Thermische Aufwinde oder Hangaufwinde,
- Zufuhr von kälteren Luftmassen,
- Zufuhr von feuchteren Luftmassen.
Eine sichtbare Wolke entsteht, wenn die Bedingungen für die Bildung stabiler Wassertröpfchen oder –kristalle erfüllt sind. Diese Bedingungen haben weniger mit einer Wasseraufnahmefähigkeit der Luft als mit dem Verhältnis von Kondensation und Verdunstung zu tun. An der Oberfläche des Wassertröpfchens innerhalb einer Wolken findet ein steter Austausch von Wassermolekülen zwischen der Umgebungsluft und dem Tropfens statt: Nur wenn sich an den Tropfen mehr Wassermoleküle anlagern als diesen gleichzeitig verlassen, nur wenn also die Kondensationsrate höher als die Verdunstungsrate ist, kann ein 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, das eines am Tröpfchen haften bleibt. Die Anzahl der Wasserdampfmoleküle kann auch durch den sogenannten Wasserdampfdruck ausgedrückt werden, 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 bzw. durch einen hohen Wasserdampfdruck, was gleichbedeutend mit einer hohen Luftfeuchtigkeit ist.
Die Temperatur, bei der sich Kondensation und Verdunstung ausgleichen, heißt Taupunkttemperatur. Wird diese unterschritten, entstehen und wachsen unter betimmten Bedingungen stabile Tröpfchen. Diese Temperatur hängt vom jeweiligen Wasserdampfdruck ab. Der Wasserdampfdruck, bei der Kondensation und Verdunstung im Gleichgewicht sind, heißt Sättigungsdampfdruck. Dieser ist von der Temperatur abhängig und wird außerdem durch Krümmungs- und Lösungseffekte bestimmt.
Die Tropfenbildung in der Erdatmosphäre wird überhaupt erst ermöglicht durch das Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Kondensationskeimen. Solche Keime können zum Beispiel Staubkörnchen sein, aber auch größere Moleküle, Pollen oder – am Meer – Salzkristalle (siehe Aerosol).
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.
Wegen der sehr geringen Größe der Tröpfchen – ungefähr 1 bis 15 μm oder 0,001 bis 0,015 mm – haben sie auch relativ geringe Fallgeschwindigkeiten, welche sich meist im Bereich von 1 bis 15 cm/s bewegen. Da Wolken häufig durch konvektive Aufwinde entstehen, sinken diese nicht etwa ab, sondern bleiben auf gleicher Höhe bzw. quellen auf (zum Beispiel der Kumulus). In Regenwolken sind die Tropfen größer (bis 3 mm) und somit auch die Fallgeschwindigkeit höher. Ist ein Schwellenwert überschritten, so dass der Aufwind das gravitative Absinken nicht mehr ausgleichen kann, beginnt es zu regnen. Im Falle des Hagels treten sehr starke Aufwinde auf, welche die Hagelkörner mehrmals aufsteigen und wieder absinken lassen, wobei diese Schicht für Schicht wachsen.
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.
Bedeutung für den Strahlungshaushalt
Wolken haben einen großen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Erde und somit auch die Lufttemperatur, vor allem über den Tagesverlauf, aber auch auf langfristige klimatische Mittelwerte. Dies macht sich vor allem im Sommer bemerkbar. Sobald sich tagsüber eine Wolkendecke bildet und die Sonnenstrahlung abschirmt, die Globalstrahlung also sinkt, nimmt auch die zur Erwärmung der Luft benötigte Sonnenenergie ab und es wird recht schnell spürbar kälter. Diese Wolkendecke reflektiert aber auch die terrestrische Ausstrahlung zu einem bestimmten Anteil zurück auf den Erdboden. In einer klaren Nacht wird es folglich wesentlich kälter als in einer bedeckten Nacht, da die terrestrische Wärmestrahlung einfach ins Weltall entweicht und kaum durch die Atmosphärengase – vor allem durch den darin enthaltenen Wasserdampf – zurückgehalten werden kann.
Diese Auswirkungen können besonders in Wüsten beobachtet werden, wo Wolken im Regelfall recht selten sind: Es wird in der Nacht viel mehr Wärme abgestrahlt beziehungsweise weniger Wärme zurückgehalten als in feuchteren Zonen. Die Temperaturunterschiede zwischen Tag zu Nacht sind daher auch viel höher.
Eine wichtige Eigenschaft von Wolken ist deren optische Dicke. Sie bestimmt wie viel der Sonnenstrahlung durch eine Wolkendecke hindurchdringen kann und wie viel sie andererseits absorbiert bzw. reflektiert. Bestimmende Einflussgrößen sind dabei die vertikale Ausdehnung der Wolke, die Verteilung der Tröpfchen- oder Eiskristallgrößen und schließlich die Menge und Verteilung der Wolken selbst. Dabei sind Wolken gegenüber der kurzwelligen UV-Strahlung etwas durchlässiger als gegenüber den Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Die Streuung der direkten Sonneneinstrahlung durch die Luftteilchen bedingt deren geringer werdenden Anteil mit abnehmender Höhe und begünstigt damit diesen Effekt. Durch die zusätzliche Streuung an den Wolkentröpfchen nehmen auch die Photonenwege zu, was die Absorption durch Ozon begünstigt und somit die Transmission des Lichts verringert. In Bezug auf die UV-Strahlung ist eine Absorption an den Wassertropfen selbst vernachlässigbar, solange diese nicht allzu stark verunreinigt sind (etwa durch einen Vulkanausbruch). Auf globaler Ebene hat dies im langjährigen Mittel die Folge, dass Wolken 20 % der kurzwelligen Sonneneinstrahlung direkt zurückstrahlen und gleichzeitig 3 % absorbieren.
Die Wirkung der Wolken im Strahlungshaushalt ist jedoch, wie im ersten Absatz gezeigt, nicht allein an deren Eigenschaften geknüpft, sondern beruht auf dem Zusammenspiel vielerlei Faktoren. Besonders wichtig ist der Effekt der atmosphärischen Gegenstrahlung in Verbindung mit der Albedo der Erdoberfläche. Dieser Effekt ist die eigentliche Ursache des atmosphärischen Treibhauseffektes und spielt damit eine wichtige Rolle in Bezug auf die Globale Erwärmung. Die Albedo der Bodenoberfläche bestimmt dabei, wie viel aus der Summe von direkter und diffuser Sonneneinstrahlung vom Erdboden aus in Richtung der Wolken als langwellige terrestrische Strahlung ausgesandt wird. Deren optische Dicke, die ihrerseits die Globalstrahlung bestimmt hat, ist nun maßgeblich dafür verantwortlich, wie viel dieser terrestrischen Strahlung auf die Erdoberfläche zurückreflektiert wird, wobei es beliebig oft zu Mehrfachreflektionen zwischen Wolkenunterseite und Erdboden kommen kann. Durch diese atmosphärische Gegenstrahlung wird die Globalstrahlung jedoch erhöht und gleicht damit die abschirmende Wirkung der Wolken teilweise aus.
Wie groß dieser Ausgleich in Bezug auf große Gebiete und lange Zeiträume ist lässt sich nur schwer feststellen, weshalb es sich auch um eine zentrale Fragestellung der Klimamodellierung handelt.
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 dies auch recht schnell um.
Aussehen
Das Aussehen einer Wolke wird in erster Linie durch die Art, Größe, Anzahl und räumliche Verteilung ihrer Bestandteile bestimmt. Es hängt ferner von der Intensität und Farbe des auf die Wolke auftreffenden Lichtes ab, sowie von der jeweiligen Stellung von Beobachter und Lichtquelle zur Wolke. Das Aussehen einer Wolke lässt sich am besten durch Angaben zur Größe, Gestalt, Grob- und Feinstruktur, Helligkeit und Farbe beschreiben.
Mächtigkeit und horizontale Erstreckung
Gestalt und Struktur
Helligkeit
Die Helligkeit einer Wolke wird durch das von ihren Teilchen reflektierte, gestreute und durchgelassene Licht bestimmt. Dieses Licht stellt meist direkte oder diffuse Sonnenstrahlung dar, es kann jedoch auch von Mond oder Erdoberfläche herrühren. Besonders durch das große Albedo von Eis- und Schneeflächen kann sich die wahrgenommene Helligkeit der Wolken, aufgrund des rückgestrahlten Lichts, erhöhen.
Auch die Einwirkung von Dunst oder besonderer Lichterscheinungen der atmosphärischen Optik, wie unter anderem Halos, Regenbogen, Koronen und Glorien, verändert die Wolkenhelligkeit. Befindet sich Dunst zwischen Beobachter und Wolke, so kann je nach Wolkendichte und Richtung des einfallenden Lichtes die Helligkeit der Wolke verstärkt oder vermindert werden. Dunst schwächt außerdem die Kontraste ab, durch die Gestalt sowie Grob- und Feinstruktur der Wolke erst erkennbar werden.
Tagsüber ist die Helligkeit der Wolken so stark, dass sie ohne Schwierigkeit beobachtet werden können. In Nächten mit Mondschein sind die Wolken dann zu sehen, wenn die Mondphase mehr als ein Viertel beträgt. Während der dunkleren Phasen ist das Mondlicht nicht hell genug, um entfernte Wolken erkennen zu lassen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Wolken dünn sind. In mondlosen Nächten sind die Wolken im Allgemeinen nicht erkennbar, man kann jedoch manchmal, auf Grund der Verdeckung der Sterne, des Polarlichtes, des Zodiakallichtes oder anderer Effekte, auf das Vorhandensein von Wolken schließen.
In Gebieten mit genügend starker künstlicher Beleuchtung sind Wolken auch nachts sichtbar. Daher sind über Großstädten Wolken infolge der von unten kommenden direkten Beleuchtung erkennbar. Eine derartig angeleuchtete Wolkenschicht kann dann einen hellen Hintergrund bilden, gegen den sich tiefer gelegene Wolkenteile plastisch und dunkel abheben.
Farbe
Die Farbe einer Wolke hängt in erster Linie von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes ab und ist damit eng an die Rayleigh-Streuung geknüpft. Befindet sich Dunst zwischen Beobachter und Wolke, so kann dadurch die Färbung der Wolke verändert werden. Daher können zum Beispiel weiter entfernt liegende Wolken gelb, orange oder rot erscheinen. Die Farbwirkung der Wolken wird außerdem – wie auch die Wolkenhelligkeit – durch besondere Lichterscheinungen der atmosphärischen Optik beeinflusst.
Bei genügend hohem Sonnenstand erscheinen die Wolken oder Teile davon in direktem Sonnenlicht weiß oder grau. Diejenigen Teile, die das Licht in der Hauptsache vom blauen Himmel erhalten, haben ein blaugraues Erscheinungsbild. Bei Annäherung der Sonne an den Horizont, also bei Dämmerung, Sonnenauf- und Sonnenuntergang, kann sich ihre Farbe von gelb über orange zu rot verändern. Der Himmel in der Umgebung der Sonne sowie die Wolken nehmen dabei eine entsprechende Färbung an. Jedoch kann dies immer noch durch das Blau des Himmels beeinflusst werden.
Die Wolkenfarben sind auch von der Höhe der Wolken sowie deren jeweiliger Stellung zum Beobachter und zur Sonne abhängig. Wenn die Sonne sich dicht ober- oder unterhalb des Horizonts befindet, so können die hohen Wolken durchaus noch fast weiß aussehen, während die mittelhohen Wolken eine kräftige Orange- bzw. Rotfärbung zeigen. Sehr niedrige, im Erdschatten liegende Wolken, sehen grau aus. Diese Farbunterschiede ermöglichen eine Vorstellung von der jeweiligen Wolkenhöhe. Man sollte sich jedoch stets vergegenwärtigen, dass Wolken im gleichen Höhenniveau bei Blickrichtung gegen die Sonne weniger rot gefärbt erscheinen als in der entgegengesetzten Richtung. Nachts ist die Helligkeit der Wolken gewöhnlich zu gering, um Farben unterscheiden zu können und alle wahrnehmbaren Wolken erscheinen dann schwarz bis grau, mit Ausnahme derjenigen, die vom Mond beleuchtet werden und ein weißliches Aussehen haben. Besondere Beleuchtungsverhältnisse, wie zum Beispiel Brände, Großstadtlichter oder Polarlicht, können manchmal auch Nachts einigen Wolken eine mehr oder minder ausgeprägte Farbe verleihen.
Optische Phänomene
Klassifizierung
Geschichtliches
Vor Beginn des 19. Jahrhunderts nahm man an, Wolken seien zu vielgestaltig, komplex und vor allem kurzlebig, um sie zu begrifflich zu kategorisieren. Es war nicht üblich ihnen Bezeichnungen zuzuweisen, man begnügte sich vielmehr die Wolken nur rein subjektiv anhand von Form und Farbgebung zu beschreiben. Es gab zwar einige wenige Versuche, sie zur Wettervorhersage zu nutzen, doch begnügte man sich meist mit dem Grad ihrer Dunkelheit. Da jedoch die normierte Unterscheidung verschiedener Wolkentypen eine Voraussetzung zu deren 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 und daher wurden Wolken, wenn überhaupt, nur mystisch-religiös gedeutet bzw. als Motiv von Kunst und Ästhetik 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 den damaligen Status des Lateins als Sprache der Wissenschaften weltweit eingesetzt werden konnten. Er teilte Wolken in Stratus (Schichtwolken), Cumulus (Haufenwolken) und Cirrus (Schleierwolken) sowie auch Nimbus (Regenwolken) ein.
Internationales System
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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) Klassikationssystemen. 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.
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
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.
Arten
Mit der Angabe der Art werden Wolkengattungen weiter nach ihrem inneren Aufbau und ihrer Gestalt unterteilt. Die verschiedenen Arten schließen sich gegenseitig aus, also kann eine Gattung nur die Merkmale einer Art haben. Beispiele sind Cumulus congestus (Cu con), ein hoch aufgetürmter Cumulus, oder Altocumulus stratiformis (Ac str), weit ausgedehnter Altocumulus. Die Arten werden mit drei kleinen Buchstaben abgekürzt.
Unterarten
Die Unterarten dienen zur Angabe der Anordnung und der Lichtdurchlässigkeit. Eine Wolke kann im Gegensatz zu den Arten die Eigenschaften von mehreren Unterarten aufweisen. Unterarten schließen sich generell gegenseitig nicht aus. Die einzige Ausnahme bilden opacus (lichtundurchlässige Wolkenschicht) und translucidus (ziemlich durchsichtige Wolkenschicht).
Beispiele sind Altocumulus undulatus (Ac un, Altocumuli in Wellenform angeordnet) oder Cirrus vertebratus (Ci ve, Cirruswolke, die an ein Fischskelett erinnert). Unterarten werden mit zwei Buchstaben abgekürzt.
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.
Mutterwolken
Die Mutterwolke dient zur Angabe, aus welcher Gattung sich eine neue Wolkenform gebildet hat. Dazu wird an den Gattungsnamen der Mutterwolke „genitus“ angehängt. Abgekürzt werden sie, indem man zur Gattungsabkürzung „gen“ anhängt. Ausgeschrieben ersetzt man die Endung „-us“ durch ein „o“ und hängt noch ein „genitus“ an. Ein typisches Beispiel ist der Cirrus cumulonimbogenitus (Ci cbgen), ein Cirrus, der sich aus dem Amboss einer Cb-Wolke entwickelt hat.
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 der 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 oder die künstlichen Kondensstreifen der Flugzeuge (meist den Cirrus zugerechnet).
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 Bedingungen 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
Eine Front kündigt sich meist langsam an, indem zuerst immer mehr Cirruswolken, dann Cirrostratus, dann zusätzlich Altostratus und schließlich Nimbostratus aufziehen. Diese Abfolge läuft in umgekehrter Reihenfolge nach Durchzug der Front ab.
In der Regel ist sie begleitet von Cumuluswolken, je nach Stärke der Front auch von Cumulonimbuswolken.
Eine Warmfront unterscheidet sich von der Kaltfront bezüglich der Wolken vor allem darin, dass bei der Warmfront die Wolken langsamer aufziehen und bei der Kaltfront langsamer abziehen. Da eine Kaltfront „schneller“ als eine Warmfront ist (kalte Luft ist schwerer und „drückt“ sich schneller voran), sind die Aufwinde auch größer und riesige Cumulonimbuswolken können entstehen.
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. 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
Hier steht x für eine Ziffer von Null bis Neun. Ist der Himmelszustand wegen schlechten Lichtverhältnissen, Nebel, Staub, Sand oder ähnlichem nicht sichtbar, kennzeichnet man dies statt einer Zahl mit einem Schrägstrich. Für W trägt man die jeweilige Wolkenhöhe ein. Dabei bedeutet L "low", also tiefe Wolken (clouds low), M bedeutet "middle" (mittelhohe Wolken) und H "high", hohe Wolken (clouds high).
Können die Wolken nicht eindeutig einer Ziffer zugeordnet werden, so wird diese gewählt, die am besten zutrifft, das heißt die Gruppe, die den größten Teil des Himmels bedeckt.
Verschlüsselung der CL-Wolken
Zu den tiefen Wolken gehören Stratus, Stratocumulus, Cumulus und Cumulonimbus.
| Verschlüsselung | Symbol | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|---|
| CL=0 | Keine tiefe (bzw. CL-)Wolken vorhanden. | 
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| 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). |
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| CL=2 | 
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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. |
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| CL=3 | 
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Cumulonimbus calvus, evtl. auch Cumulus, Stratocumulus, Stratus
Hierzu gehören 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 zusammenhändgende 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). |
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| CL=7 | 
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Stratus fractus oder Cumulus fractus und/oder Cumulus pannus, meist unterhalb von Altocumlulus, 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 Niedrschlag. |
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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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Verschlüsselung der CM-Wolken
Zu den mittleren Wolken gehören die Wolkengattungen Altocumulus, Altostratus und Nimbostratus.
| Verschlüsselung | Symbol | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|---|
| CM = 1 | 
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Altostratus translucidus.
Durchscheinender Altostratus, durch den der Sonnen- bzw. Mondstand sichtbar ist. Er entsteht meistens bei einer Warmfront, wenn der Cirrostrstus dicker wird. |
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| CM = 2 | 
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Altostratus opacus oder Nimbostratus.
Zu diesem Code gehören sehr dichter Altostratus (As opacus), der die Sonne bzw. den Mond zum größten Teil verdeckt, und der Nimbostratus. Letzterer verdeckt die Sonne überall und hat ein dichteres, dunkleres und eher nasses Aussehen. Außerdem liegt er eher tiefer als der Altostratus. |
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| CM = 3 | 
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Altocumulus translucidus auf gleicher Höhe.
Altocumulusdecke oder -Feld, das sich nicht über den Himmel bewegt. Die Sonne ist, falls sie verdeckt wird, als heller diffuser Fleck sichtbar, die Wolken sind größtenteils durchscheinend. Sie verändern sich selbst nur sehr wenig. |
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| CM = 4 | 
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Altocumulus (lenticularis) translucidus auf verschiedenen Höhen.
Am Himmel sind zum größten Teil durchscheinende Altocumuli-Bänke sichtbar (Altocumlus translucidus), die häufig Linsen- oder Mandelform haben (lenticularis). Sie können sich in verschiedenen Höhen befinden. Der Grund für ihr Durchscheinen ist, dass sie sich oft auflösen und wieder neu bilden. Gewöhnlicherweise entstehen solche Wolken in eher hügeligen oder gebirgigen Gegenden, siehe dazu auch den Artikel über lenticularis. | |
| CM = 5 | 
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Altocumulus (stratiformis) perlucidus / translucidus radiatus (undulatus) oder opacus
Hierzu gehören Altocumuluswolken, die von einer Richtung her - im Deutschsprachigen Raum meist von Westen - aufziehen und einen immer größeren Teil des Himmels bedecken. In die Richtung, aus der sie kommen, ist der Himmel bis zum Horizont verdeckt, wo auch die Wolkenschicht am dichtesten ist. Am vorderen Teil lösen sich die Wolken oft schon ein wenig auf, es können dann wellenförmige Wolken (undulatus) auftreten, evtl. mit Lücken dazwischen (perlucidus) und in parallelen Bändern angeordnet (radiatus). Der hintere Teil kann aus mehreren übereinander liegenden Schichten bestehen, die jedoch ziemlich zusammenhängend sind. Falls die Wolken die andere Seite des Horizontes berühren, gehören sie nicht mehr zum Code CM = 5. |
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| CM = 6 | 
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Altocumulus cumulogenitus oder Altocumulus cumulonimbogenitus
Dieser Code ist vergleichbar mit dem CL = 4. Der Altocumulus entsteht entweder durch Cumuli, dessen Gipfel eine thermisch stabile Schicht erreichen und sich zur Seite ausbreiten, oder trit beim Cumulonimbus auf. |
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| CM = 7 | 
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Altocumulus (duplicatus) opacus / translucidus, evtl. mit Altostratus oder Nimbostratus
Diese Wolken bewegen sich – im Gegensatz zur Bewölkung von CM = 5 – nicht groß über den Himmel. Es kann eine einzige Altocumulusschicht vorhanden sein oder mehrere übereinander (duplicatus), und die einzelnen Wolken verändern sich nur wenig. Die Wolkenschicht(en) sind entweder durchscheinend oder größtenteils dunkel. Gleichzeitig kann Altostratus- oder Nimbostratusbewölkung vorkommen. | |
| CM = 8 | 
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Altocumulus castellanus oder Altocumulus floccus
Altocumuluswolken, die aufquellen. Sehr gut sichtbar ist das bei der Art castellanus; aus einer Wolke bilden sich normalerweise mehrere Türmchen, die man oft in einer Reihe beobachten kann. Der Altocumulus floccus sieht ähnlich aus wie Cumulus fractus, jedoch sind die einzelnen Wolken kleiner und oben rundlich und leicht aufgequollen. Außerdem kan Virga-Bildung auftreten (Fallstreifen). | |
| CM = 9 | 
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Chaotischer Himmel mit Altocumulus in verschiedenen Höhen
Viel mehr gibt es dazu nicht zu sagen. Der Code wird dann angewendet, wenn alle anderen Codes nicht oder gleichzeitig zutreffen – oft treten hier sehr viele verschiedene Wolkengattungen gleichzeitig auf, auch von den Codes CL und CH. |
Verschlüsselung der CH-Wolken
Zu den hohen Wolken gehören die Gattungen Cirrus, Cirrostratus und Cirrocumulus.
| Verschlüsselung | Symbol | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|---|
| CH = 1 | 
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Vor allem Cirrus fibratus und evtl. Cirrus uncinus
Ist der größere Teil der hohen Wolken Cirrus fibratus oder Cirrus uncinus und die Wolken verdichten sich nicht noch überziehen sie den Himmel, trifft der Code 1 zu. Dies ist meist eine ruhige Wetterlage, auch weil nicht viele Wolken dazwischen sind und einem die Sicht verdecken – sonst wäre es CH = /. |
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| CH = 2 | 
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Cirrus spissatus, castellanus oder floccus, nicht cumulonimbogenitus
Auch zu diesem Code gehören nur Cirruswolken, aber bei etwas turbulenterer Atmosphäre. So ist auch der Cirrus castellanus inbegriffen, der durch Aufwinde kleine Türmchen bekommen kann. Die Schichten können stellenweise ziemlich dicht werden (spissatus), so dass sie einer aus einer Cumulonimbuswolken entstandenen Cirrusschicht ähnlich sein können (cbgen), sich aber anders gebildet haben. Die Wolken können zusammen mit denen von CH = 1 vorkommen, bestehen aber in größerer Anzahl. |
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| CH = 3 | 
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Cirrus spissatus cumulonimbogenitus. Wenn mindestens eine dichte Cirruswolke (spissatus) aus einem Cumulonimbus entstanden ist (cbgen), wird dieser Code angewendet. Es können gleichzeitig noch andere Wolken vorkommen.
Da sie die Überreste eines Ambosses sind, sind sie häufig so dicht, dass sie die Sonne ganz verdecken können, und haben ausgefranste Ränder, wie man sie auch beim Amboss sieht. Im früherern Stadium der Auflösung kann man noch die Form erkennen. |
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| CH = 4 | 
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Dichter werdende Cirrus uncinus und / oder fibratus.
Diese Wolkendecke überzieht nach und nach den ganzen Himmel, während sie dichter wird. Dabei ist der Horizont in der Richtung, aus der die faden- oder hakenförmigen Wolkenbüschel kommen, bis ganz nach unten bedeckt. |
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| CH = 5 | 
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Cirrostratus und evtl. Cirrus (radiatus) unter 45° und dichter werdend.
Zu den Wolken CH = 4 kommt nun auch Cirrostratus. Der Himmel ist noch nicht über 45° über dem Horizont bedeckt, wird es aber bald sein, denn die Wolkenschicht verdichtet sich und überzieht langsam den Himmel. Der Cirrus kann in zwei parallelen Bändern vorkommen (radiatus), die sich wegen der Perspektivwirkung in einem Punkte zu schneiden scheinen. |
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| CH = 6 | 
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Cirrostratus und evtl. Cirrus (radiatus) über 45° und dichter werdend
Diese Schlüsselziffer folgt dem Code CH = 5. Das Einzige, was sich gegenüber der oberen geändert hat, ist die Bedeckung: Der Himmel ist noch nicht vollständig bedeckt, die Wolkenschicht hat die 45°-Grenze über dem Horizont jedoch schon überschritten. |
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| CH = 7 | 
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Cirrostratus, den ganzen Himmel bedeckend, evtl. mit Cirrus und Cirrocumulus
Dieser Code trifft zu, wenn der ganze Himmel von Cirrostratus bedeckt ist. Er kann so dünn sein, dass nur das Halo ihn verrät. Es können gleichzeitig Cirrus oder Cirrocumulus vorkommen. |
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| CH = 8 | 
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Cirrostratus, nicht den ganzen Himmel bedeckend, evtl. mit Cirrus und Cirrocumulus
Der Cirrostratus bedeckt – im Gegensatz zu CH = 7 – nicht oder nicht mehr den ganzen Himmel und überzieht ihn auch nicht fortschreitend. Auch hier können nebenbei Cirrus und Cirrocumulus vorkommen. |
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| CH = 9 | 
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Cirrocumulus (undulatus), evtl. mit Cirrus und Cirrostratus.
Der größte Teil der hohen Wolken sind Cirrocumulus, die dabei oft in Wellenform angeordnet sind (undulatus). |
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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 jahrzehntelanger, weitergegebener Beobachtungen beruhen, ist aber nur regional bzw. gar 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 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.“
Anomalien und extraterrestrische Wolken
Anomalien sind sehr ungewöhnliche Wolken, die insbesondere dem klassischen Modell widersprechen. Hierzu gehören zum Beispiel Polare Stratosphärenwolken oder leuchtende Nachtwolken.
Wolken als Kunstmotiv
Wolken waren und sind ein beliebtes Motiv der Landschaftsmalerei und Naturfotografie. Zu nennen sind hier Jacob 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.
Siehe auch: Bildergalerie Wolken in der Malerei
Literatur
- World Meteorological Organization (1990): Internationaler Wolkenatlas. 2. Auflage, Deutscher Wetterdienst. ISBN 3881482644
- Dieter Walch (2000): So funktioniert das Wetter. München. ISBN 3-405-15945-8
- Berthold Wiedersich (2003): TaschenAtlas Wetter. Klett. ISBN 3-623-00021-3
- Wehry, W. und Ossing, F. (Hrsg.) (1997): Wolken Malerei Klima in Geschichte und Gegenwart. Deutschen Meteorologische Gesellschaft
