Himmel im Labor – darum werden Wassertropfen im Windkanal getestet

dpa

18.1.2019

Was am Himmel im Grossen passiert, stellen Wissenschaftler aus Deutschland im Kleinen nach. Sie erforschen in einem Windkanal das Verhalten von Wolkenteilchen wie Tropfen, Graupel oder Hagel.

Mit einem «Mikroskop in die Wolken» testen Forscher aus Deutschland das Verhalten von Tropfen und Schnee im Windkanal. Sie erhoffen sich davon bessere Modelle für die Vorhersage von Niederschlägen und Erkenntnisse darüber, wie Schadstoffe rund um den Globus verteilt werden.

Miklós Szakáll gibt einen Wassertropfen in die Glasröhre. Mit einem Handrad reguliert der Physiker die Geschwindigkeit von unten nach oben strömender Luft so, dass der Tropfen frei schwebt. In dem vertikalen Windkanal des Instituts für Physik der Atmosphäre der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz wird erforscht, was physikalisch und chemisch in Wolken passiert.

«Es ist unser Mikroskop in die Wolken», sagt Stephan Borrmann, stellvertretender Leiter des Instituts in der Hauptstadt des deutschen Bundeslandes Rheinland-Pfalz. Tropfen, Schneeflocken oder Graupel- und Hagelkörner können die Mainzer für ihre Versuche in einer Kühlkammer herstellen. Interessant sind die Erkenntnisse beispielsweise für Niederschlagsvorhersagen.



«Solche Labordaten zu haben, ist immens wichtig», sagt Axel Seifert, Referatsleiter Physikalische Prozesse beim Deutschen Wetterdienst (DWD). Wenn man mit einem Forschungsflugzeug in eine Wolke fliege und Daten erhebe, müsse man mit der Beschaffenheit genau dieser Wolke leben. Im Windkanal hingegen könne man die Bedingungen kontrollieren. Um die Modelle zur Wettervorhersage weiter zu verbessern, brauche es Rohdaten etwa zur Fallgeschwindigkeit von Tropfen und ihrer Geometrie oder auch zum Tempo, mit dem Schneeflocken schmelzen.

Derlei Prozesse lassen sich in der Anlage nachstellen. Das Verhalten von Tropfen sei entscheidend dafür, ob sich Wolken auflösen und wie viel Sonnenstrahlen auf der Erde ankommen, erklärt Borrmann. Interessant sei auch zu erforschen, wie Tropfen Schadstoffe in der Luft an sich binden und in Wolkenkomplexen kilometerweit in grosse Höhen bringen können, wo sie dann rund um den Globus verteilt werden.

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Der Mainzer Windkanal erstreckt sich in einem Waschbetonbau auf dem Uni-Campus über zwei Etagen. Er entstand 1986 – Forschungshintergrund sei damals das Phänomen des sauren Regens gewesen, erklärt Borrmann. Im Jahr 2000 wurde die Anlage modernisiert. Gerade spiele die Erforschung sogenannter gemischtphasiger Wolken eine grosse Rolle, Wolken aus flüssigen Tropfen und Eisteilchen.

Erforscht worden seien in den vergangenen Jahren auch von der Windbranche entwickelte Beschichtungen für Rotorblätter zum Schutz vor Eisbildung. «Das zeigt, wie Grundlagenforschung ganz praktisch eingesetzt werden kann», so Borrmann. Mit mehr Wissen über das Verhalten von Tropfen lasse sich etwa auch das Design von Flugzeug-Sensoren verbessern.

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