Unterkühltes Wasser ist nicht automatisch Eis.
In Mischphasenwolken können flüssige Tröpfchen deutlich unter 0 °C bestehen. Heterogene Eisnukleation wird durch geeignete Eisnukleationspartikel (INP) erleichtert und kann deshalb schon bei vergleichsweise milden negativen Temperaturen auftreten. Homogene Gefrierung kleiner Wolkentröpfchen wird erst bei sehr tiefen Temperaturen um etwa −38 °C dominant.
INP und CCN sind funktional verschiedene Teilchenklassen: CCN erleichtern die Bildung flüssiger Tröpfchen; INP erleichtern die Entstehung der Eisphase. Ein Aerosol kann je nach Materialeigenschaften beide Rollen unterschiedlich gut erfüllen.
Ist Eis vorhanden und RHi>100 %, wächst es direkt aus Wasserdampf.
Für einen sphärisch-äquivalenten Eiskristall lässt sich das diffusionsbegrenzte Wachstum analog zum Tropfenmodell schreiben:
Gi enthält die Widerstände von Wasserdampfdiffusion und Wärmeabfuhr, jetzt mit Sättigungsdampfdruck über Eis und Sublimationsenthalpie. Für Si<0 kehrt sich der Prozess zur Sublimation um.
Temperatur strukturiert die bevorzugten Formen, aber sie bestimmt sie nicht allein.
Platten, Säulen, Nadeln und Dendriten entstehen, weil Basal- und Prismenflächen des Eiskristalls temperatur- und übersättigungsabhängig unterschiedlich schnell wachsen. Die bekannte Nakaya-Morphologie ist deshalb empirisch zweidimensional: Temperatur und Eisübersättigung wirken gemeinsam.
Schneeflocken sind häufig Aggregate vieler Eiskristalle.
Treffen fallende Kristalle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Orientierungen aufeinander, können sie anhaften und Aggregate bilden. Die Wahrscheinlichkeit hängt unter anderem von Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit und Kristallform ab. Aggregate besitzen oft eine viel geringere mittlere Dichte als kompaktes Eis.
Die sichtbare „Schneeflocke“ ist daher häufig kein einzelner idealer Kristall, sondern ein Verbund.
Unterkühlte Wolkentröpfchen können beim Auftreffen sofort anfrieren.
Sammelt ein fallender Eiskristall unterkühlte Flüssigwassertropfen, spricht man von Riming. Schwaches Riming überzieht die Kristallstruktur; starkes Riming kann sie zunehmend verdecken und in Richtung Graupel führen. Hagel ist davon zu unterscheiden und wird in M8K7 als eigener, stark aufwindgekoppelter Wachstumsprozess behandelt.
Depositions- und Riming-Beitrag getrennt diagnostizieren.
Das Lab startet mit einem bereits vorhandenen sphärisch-äquivalenten Eispartikel. Der Depositionszweig integriert konstantes RHi bei festem Druck; der Riming-Zweig sammelt mit konstanter Projektionsfläche unterkühltes Flüssigwasser. Beide Zweige sind bewusst diagnostisch und ersetzen weder ein Habit-Modell noch ein spektrales Schneemodell.
Fallgeschwindigkeit und Schmelzweg entscheiden mit, was am Boden ankommt.
Schneekristalle und Aggregate besitzen bei gleicher Masse unterschiedliche projizierte Fläche und Dichte. Dadurch unterscheiden sich ihre Fallgeschwindigkeiten stark. Auf dem Weg zum Boden können sie sublimieren, weiter aggregieren, riming erfahren oder in einer positiven Temperaturschicht teilweise beziehungsweise vollständig schmelzen.
„Schnee“ am Boden ist deshalb das Endprodukt einer gesamten vertikalen Mikro- und Thermodynamikgeschichte, nicht nur die Information, dass es in der Wolke Eis gab.
Ein äquivalenter Radius kann Kristallmorphologie nicht ersetzen.
Das Lab behandelt ein Eispartikel als sphärisch-äquivalenten Massenkörper. Reale Eiskristalle sind anisotrop; ihre Kapazität für Dampfdiffusion, projizierte Fläche, Fallgeschwindigkeit und Kollisionswahrscheinlichkeit hängen von Habitus und Orientierung ab. Auch Aggregation und Riming verändern Dichte und Form dynamisch.
Die Habit-Ausgabe ist daher ausdrücklich eine qualitative empirische Einordnung. Für quantitative Schneefallprognosen wären spektrale Größenverteilungen, Formparameter und gekoppelte Fallgeschwindigkeiten nötig.
Fester Niederschlag ist eine Prozesskette aus Phasenbildung, Dampfwachstum und Kollision.
Eis kann heterogen auf geeigneten Partikeln entstehen.
Bei RHᵢ>100 % wächst vorhandenes Eis direkt aus Wasserdampf.
Temperatur und Übersättigung strukturieren die Kristallform gemeinsam.
Viele Schneeflocken sind Verbände mehrerer Kristalle.
Unterkühlte Tropfen frieren beim Auftreffen und erhöhen Masse und Dichte.
Starkes Riming kann Graupel erzeugen; Hagel ist der nächste Prozessschritt.
Cross-References
Wie koppeln starke Aufwinde, unterkühltes Flüssigwasser und Akkretion zu großen Eiskörpern?