Aktivierte CCN werden zu einer Population aus Wolkentröpfchen, deren Zahl und Wassergehalt die charakteristischen Radien bestimmen.

Aktivierung legt zunächst die Zahl der embryonalen Wolkentröpfchen fest.

Ist ein Aerosolpartikel über sein Köhler-Maximum aktiviert, kann sein feuchter Radius bei positiver Übersättigung weiter wachsen. M8K2 liefert dafür die aktivierte Zahl N_CCN. Unter der reduzierten Annahme, dass nahezu jedes aktivierte CCN ein Wolkentröpfchen trägt, wird daraus die anfängliche Tröpfchenzahl N_d.

Diese Zuordnung ist eine Startbedingung, keine ewige Identität. Mischung mit trockener Luft, vollständige Verdunstung, Koaleszenz und spätere Eisprozesse können die Zahl der Tropfen anschließend verändern.

Nach Aktivierung begrenzen Dampfdiffusion und Wärmeabfuhr das weitere Wachstum.

M3K8 führte das diffusionsbegrenzte Wachstum bereits qualitativ ein. Für einen kugelförmigen Tropfen lässt sich der vereinfachte Prozess schreiben als

s ist hier die dimensionslose Übersättigung. Der Koeffizient G_c bündelt den Widerstand der Wasserdampfdiffusion und die Abfuhr der bei Kondensation frei werdenden latenten Wärme. Bei konstantem s wächst deshalb r² linear, während dr/dt ∝ 1/r mit zunehmender Tropfengröße kleiner wird.

Der Flüssigwassergehalt koppelt Tröpfchenzahl und drittes Radiusmoment.

Für eine Population kugelförmiger Wassertröpfchen gilt

LWC ist die Flüssigwassermasse pro Luftvolumen. Bei gegebenem LWC folgt daraus unmittelbar: Steigt N_d, muss das mittlere Tropfenvolumen sinken. Für eine monodisperse Population skaliert der Radius deshalb wie N_d^−1/3.

Eine Wolke besitzt kein einziges „mittleres Tröpfchen“.

Das Lab beschreibt die Tröpfchenzahl mit einer lognormalen Radiusverteilung. Für geometrischen Medianradius r_g und geometrische Standardabweichung σ_g gilt für das k-te Radiusmoment

Daraus unterscheiden wir mehrere charakteristische Radien:

r_v ist der Volumenmittelradius; r_e gewichtet größere Tropfen stärker und ist besonders für Strahlungs- und Fernerkundungsfragen relevant. Bei einer breiten Verteilung liegt r_e oberhalb von r_v.

Mehr aktivierte CCN erzeugen bei gleichem LWC typischerweise kleinere Tropfen.

Die Verbindung M8K2 → M8K3 ist damit direkt: Eine größere aktivierte CCN-Zahl erhöht zunächst N_d. Wenn der Flüssigwassergehalt vergleichbar bleibt, sinken r_v und r_e. Das vergrößert die gesamte Tropfenoberfläche pro Luftvolumen und verändert optische Eigenschaften sowie die spätere Kollisionswahrscheinlichkeit.

Diese Aussage gilt unter kontrollierten Vergleichsbedingungen. In realen Wolken reagieren LWC, Aufwind, Mischung, Übersättigung und Tröpfchenzahl gemeinsam auf die Dynamik.

Wie verteilen Tröpfchenzahl und Flüssigwasser die Wolkenmasse auf eine Größenverteilung?

Der erste Lab-Teil schließt eine lognormale Population aus N_d, LWC und σ_g. Der zweite Teil ist ein getrenntes Gedankenexperiment für das Wachstum eines repräsentativen Tropfens bei konstanter Übersättigung. Diese beiden Diagnosen werden bewusst nicht zu einer vollständig rückgekoppelten Parcel-Simulation vermischt.

Kondensation allein erzeugt nicht effizient Regentropfen.

Weil dr/dt mit 1/r abnimmt, wird rein diffusives Wachstum mit zunehmendem Radius immer langsamer. Das erklärt, warum Kondensation Wolkentröpfchen gut in den Bereich einiger bis etwa zehn Mikrometer bringt, aber die schnelle Bildung von Regentropfen zusätzliche Prozesse benötigt.

M8K5 behandelt deshalb Kollision, Koaleszenz und Fallgeschwindigkeit. M8K4 betrachtet zuvor den Eisweg, bei dem unterschiedliche Sättigungsdampfdrucke über Wasser und Eis eine zweite wichtige Wachstumsschiene eröffnen.

Das Lab trennt Populationsdiagnose und Konstant-s-Wachstum bewusst voneinander.

Die Populationsseite nimmt N_d, LWC und eine lognormale Breite als gleichzeitig gegebene Zustandsgrößen. Das Wachstumsexperiment verfolgt dagegen einen einzelnen repräsentativen Tropfen bei konstantem s und festem Druck von 900 hPa. In einer realen Wolke wird s dynamisch aus Aufwind, adiabatischer Abkühlung, Kondensationsverbrauch und Mischung bestimmt.

Krümmungs- und Lösungseffekte werden nach Aktivierung im Wachstumszweig vernachlässigt. Kollisionen, Koaleszenz, Eis, Ventilation und Sedimentation gehören ebenfalls nicht zu diesem Kapitelmodell.

Wolkentröpfchen verbinden Aerosolaktivierung, Wasserbudget und Größenstatistik.

Cross-References