Wetter und Amateurfunk

In der Meteorologie wird die mehrere 100 km hoch reichende Lufthülle in verschiedene Schichten unterteilt. Diese werden durch entsprechende Flächen begrenzt, die man "Pausen" nennt. Bis zu einer Höhe von ca. 10 km über der Erdoberfläche nimmt die Lufttemperatur normalerweise recht konstant ab. Oberhalb von 10 km bleibt die Temperatur bis etwa 20 km trotz abnehmender Höhe gleich, und zwar bei ca. minus 55 Grad C. Jene Grenzfläche wird "Tropopause" genannt. Die Tropopause trennt die Atmosphäre in zwei Luftschichten mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften.

Die unterhalb der Tropopause liegende Schicht, also die Troposphäre, ist die Zone der uns bekannten meteorologischen Erscheinungen. Dort tummeln sich die Kalt- und Warmfronten, dort entstehen Wolken, Niederschläge, Gewitter, Nebel usw. Die oberhalb der Tropopause liegende Schicht wird "Stratosphäre" genannt. Sie hat keinen Einfluss auf die sog. "Tropo-Überreichweiten". Von Tropo-Überreichweiten spricht man daher nur, weil sich dieses Phänomen in der Troposphäre entwickelt.

Schon seit langem überholt ist die Auffassung, dass eine Funkverbindung auf VHF und UHF, ja selbst im SHF-Band nur in Sichtweite - also quasioptisch - zu Stande kommen könne. Erfahrungen belegen und Versuche haben bewiesen, dass Verbindungen auf 144 MHz wie auch auf 432 MHz recht oft über Distanzen von 1500 km und mehr zu Stande kommen können. Es müssen demnach Konstellationen entstehen, die solche Weitverbindungen ermöglichen. Inzwischen ist es übrigens klar erwiesen, dass Überreichweiten fast ausschließlich bei Hochdruckwetterlagen auftreten. Bei ausgesprochenen Schlechtwetterlagen können keine Weitverbindungen getätigt werden. Dies wird sicher jeder erfahrene UKW-Amateur bestätigen. Ausnahme: Regenscatter- Verbindungen im Gigahertz- Bereich.

Es ist nötig, eine aktuelle Wettersituation analysieren zu können, damit Weitverbindungen nicht ausschließlich dem Zufall überlassen werden müssen. Dazu muss man nicht Meteorologe sein, denn es geht nur darum, die wesentlichsten Kriterien, die zu Überreichweiten führen können, zu erkennen. Längst ist es schon möglich geworden, sich aktuelle Wetterkarten aus dem Internet zu holen. Wir sind also gar nicht mehr auf das Fernsehen und die Zeitung angewiesen, deren Karten sowieso nicht ausreichend detailliert sind. Zur Beurteilung der UKW-Ausbreitung ist auch nicht die Wetterprognose von Bedeutung, sondern nur die momentane Wetterlage. Prognosen beziehen sich auf zu erwartende wetterbedingte UKW-Überreichweiten und sind äußerst schwierig. Es sind schwerpunktmäßig Inversionsvorhersagen (Boden- und Absinkinversionen).

Man könnte nun annehmen, dass sich bei jedem Hochdruckgebiet auch Überreichweiten entwickeln müssten. Das ist jedoch nicht der Fall. So führen relativ kleine Hochdruckzellen selten zu ausgeprägten und stabilen Überreichweiten. Es sind vor allem weiträumige Hochdrucklagen, wie sie im Herbst und Winter entstehen, die für Weitverbindungen in Frage kommen.

Bei derart "guten Bedingungen" kann man davon ausgehen, dass sich die Funksignale der Krümmung der Erdoberfläche anpassen. Diese für Ultrakurzwellen "leitende" Schicht kann man sich als einen Schlauch vorstellen, der in einer bestimmten Höhe über der Erdoberfläche z.B. Süddeutschland mit Schottland verbindet. Im Englischen wird dieses Phänomen als "duct" bezeichnet, was frei übersetzt "Führung", "Schlauch", "Gang", "Röhre" ...heißt. Die für unsere Zwecke leitenden brauchbaren Schichten reichen von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von ca. 2000 m. Darüber liegende Duct-Bildungen haben kaum noch Bedeutung.

Normalerweise nimmt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe ziemlich regelmäßig ab. Für unsere Betrachtungen ist eigentlich nur die Analyse des Temperaturverlaufs bis ca. 2000 m über Grund von Bedeutung. Die normale Temperaturabnahme bis in 2 km Höhe beträgt im Mittel etwa zwischen 0,6 und 0,8 Grad C pro 100 m, vom Erdboden aus gerechnet. Der Wert hängt stark von der Luftfeuchte ab, also davon, ob sich Wolken bilden. Wenn wir also über dem Erdboden dicht über dem Meeresniveau eine Temperatur von 20 Grad messen, dann beträgt die Temperatur in 2 km Höhe vielleicht nur noch 4 Grad C. Unter bestimmten Voraussetzungen ist der Temperaturverlauf jedoch genau umgekehrt, d.h. mit zunehmender Höhe nimmt auch die Temperatur zu. Man bezeichnet das als

Die Stärke einer Inversion stellt man an der Größe des Wertes Delta t zwischen der Bodentemperatur und derjenigen am "Temperaturknick" fest. "Temperaturknick" ist die Stelle, über der die Temperatur sprunghaft wieder abnimmt, wo die Bedingungen also wieder "normal" werden. Der Duct, also die "leitende" Schicht, bildet sich stets am Temperaturknick, d.h. an der Stelle, an der die Temperaturumkehr beginnt. Der daraus resultierende "Schlauch" kann sich manchmal über Entfernungen bis zu 2000 km erstrecken. Allerdings ist diese leitende Schicht selten homogen, weder in der Leitfähigkeit, noch in der Breite. Deshalb sind Weitverbindungen nicht von allzu langer Dauer und halten nur einige Stunden bis einige Tage an. Außerdem sind sie oft mit erheblichen Feldstärkeschwankungen behaftet.

Die Dicke des Ducts in der Vertikalen ist über längere Strecken oft recht unterschiedlich. Sie kann zwischen 100 und 500 m variieren. Auch die Höhe der leitenden Schicht über Grund kann zwischen Meeresniveau und etwa 1000 m über NN liegen. Man kann kräftige Inversionen, wie sie z.B. im Herbst häufiger entstehen, optisch bisweilen sehr gut erkennen, und zwar, wenn man sich über der Inversionsschicht befindet. Von einem erhöhten Standort im Gebirge aus blickt man in einem solchen Fall auf ein "Nebelmeer", bei welchem die Nebelobergrenze sehr gradlinig und scharf unter dem Horizont liegt. Bei solchen Wetterlagen ist der Temperaturunterschied zwischen der Talsohle und der Nebelobergrenze oftmals recht markant.

Überreichweiten stellen sich immer erst dann ein, wenn durch Überlagerung warmer Luft über kalter Luft eine Inversion, also eine Umkehr der Temperatur entsteht. Inversionen haben manchmal eine sehr markante Grenzschicht, in der sich die Temperatur im Dekameterbereich bisweilen um 10 - 20 Grad ändert. Damit werden auch die Dichtedifferenzen in jener Schicht so groß, dass die Möglichkeit der Spiegelung von elektromagnetischen Wellen hervor gerufen wird. Inversionen sind also stets an das Vorhandensein von unterer Kaltluft und darüber liegender Warmluft gebunden.

Vor allem im Winterhalbjahr treten derartige Wetterlagen vermehrt auf, wobei sie oft in topographischen Mulden besonders ausgeprägt sind. Den Grund dafür bildet die mangelnde Sonneneinstrahlung im Winterhalbjahr. Die bodennahe Luftschicht kann sich dann im Kontakt mit dem Erdboden besonders stark abkühlen. Vor allem bei klarem Himmel kommt es zu großen Temperaturverlusten in Folge von Ausstrahlung. Hochdrucklagen sind deshalb besonders geeignet, um diese bodennahen Inversionen zu erzeugen. Nachteilig für Weitverbindungen ist es jedoch, dass solche Inversionen im allgemeinen nur 100 bis 300 m über Grund reichen. Interessanter werden die Inversionen erst, wenn sie im Höhenbereich von 800 bis 1000 m über Grund liegen. Das geschieht z.B., wenn sich trockene Kaltluft großflächig unter vorhandene wärmere, also weniger dichte Luft, schiebt und jene somit langsam anhebt. Im südwestlichen Randbereich eines Hochs über Skandinavien oder Osteuropa kann das im Winterhalbjahr öfter mal passieren.

Es gibt aber noch eine andere, sehr günstige meteorologische Ausgangslage, die solche höher gelegenen Inversionen erzeugt. Immer dann, wenn im Randbereich eines Hochs noch kalte Luft am Boden liegt und aus Südwesten auf der Vorderseite eines Tiefs bereits wesentlich mildere Luft dagegen anströmt. Man spricht dann von einer sog. "Warmluftadvektion". Diese Lage findet sich häufig bei einem Hoch, das im Abbau begriffen ist. Eine Störung führt dann von Westen einen Schub Warmluft nach Norden gegen das zurück weichende Hoch.

Dies geschieht bei uns in Deutschland z.B., wenn sich eine über Frankreich und den Benelux-Ländern liegende Front an die Westflanke eines mitteleuropäischen Hochs drängt. Bei den Ausbreitungsbedingungen spielt jedoch auch die Höhe des Standortes in Bezug auf die Inversionsschicht eine Rolle. Ich sagte ja schon, dass weiträumige Temperaturumkehrschichten in verschiedenen Höhen über Grund entstehen, etwa zwischen 100 und 2500 m. Die Stärke der Inversion hängt von der Größe der Temperaturdifferenz ab. Je ausgeprägter der Temperaturknick, desto kräftiger die Inversion.

Für eine für große Überreichweiten geeignete Inversion muss geltend gemacht werden, dass die "Duct"-Bildung nach oben und unten scharf begrenzt ist. Dann ist nämlich die "leitende" Schicht wie in einem Schlauch oder Hohlleiter gefangen. Doch es können bei solchen kräftigen Inversionen nur jene Stationen in den Genuss von Weitverbindungen kommen, die auf der Höhe der Inversion liegen.

Die anderen Stationen, die standortmäßig nicht auf gleicher Höhe liegen wie die Inversionsschicht, sind hingegen stark benachteiligt, weil sie nicht in die leitende Schicht einstrahlen können. Vor allem in hügeligen und bergigen Gebieten ist dieser Effekt spürbar. So ist es schon beeindruckend, wenn beispielsweise Stationen auf dem Feldberg im Schwarzwald in 1400 m Höhe stundenlang mit englischen Stationen arbeiten konnten, wohingegen in die 60 km südöstlich davon gelegene Züricher Gegend in 900 m Höhe keine Verbindung zu Stande kam. Vertikalsonden fanden den Grund dafür heraus: Die Inversion hatte auch über Zürich und darüber hinaus bis an den Alpenrand durchgehend eine Höhe von 1300 m über NN. Es ist sicher schon wichtig, dass man solche Zusammenhänge versteht, um noch mehr Freude an UKW-DX-Verbindungen zu bekommen.

Hinweise auf Überreichweiten kann man z.B. durch Informationen über die Großwetterlage erhalten, also durch Fernsehen, Tageszeitungen und meteorologische Anstalten, inzwischen auch kostenlos über das Internet. Manchmal lassen auch Störungen der Fernsehbilder und Rundfunkaussendungen vermuten, dass Überreichweiten im Spiel sind. Weiterhin bietet das Abhören von Bakensendern, die bei normalen Bedingungen nicht zu empfangen sind, eine Möglichkeit, Überreichweiten festzustellen. Natürlich sollte man auch den laufenden Funkverkehr beobachten und "abhorchen", um Informationen zu sammeln, die einen Hinweis auf gute Bedingungen liefern.

Alle Erläuterungen gelten grundsätzlich für 144 MHz wie auch für das 70 cm- Band. Die Streckendämpfung nimmt allerdings mit der Höhe der Frequenz zu. Dennoch sind in Einzelfällen die Ausbreitungsbedingungen auf 432 MHz manchmal besser als auf 144 MHz. Bei vermuteten Überreichweiten empfiehlt es sich daher, beide Frequenzbereiche auf weit abgelegene Stationen abzusuchen.

Die im UKW-Bereich betriebenen Baken können wertvolle Hinweise auf mögliche Überreichweiten liefern. Wenn auch die ERP-Leistungen jener Sender recht verschieden sind, so sind die weiter entfernten unter normalen Bedingungen nur schlecht oder gar nicht zu hören. Bei angehobenen Bedingungen oder vermuteten Überreichweiten kann das Abhorchen einer für eine bestimmte Richtung in Frage kommenden Bake nützliche Informationen liefern. Dabei ist die Auswertung von Baken im Nahfeld, d.h. in 100 - 200 km Entfernung, wenig sinnvoll, da sich stärkere Inversionen auf diese kurzen Distanzen kaum auswirken. Auch das Abhören von Baken, die zu hoch liegen, also auf ca. 3000 m, bringt nichts, da in diesen Höhen Inversionen selten auftreten und für Weitverbindungen kaum zu nutzen sind.

Ich hatte erwähnt, dass UKW-Überreichweiten nur bei Hochdrucklagen entstehen können, weil sie die erforderliche Besonderheit der Luftschichtung hervor zu rufen im Stande sind, die wir "Inversion", also Temperaturumkehr nennen, ohne die eine Spiegelung der Funkwellen nicht möglich ist. Man kann sich ein Hochdruckgebiet wie einen "Luftberg" vorstellen, der einmal zu stärkeren, ein andermal zu schwächeren "Hängen" neigt.

Die warme Luft im Hoch ist dünner als diejenige ihrer Umgebung und hat deshalb die Tendenz, in allen Höhenschichten aus dem Hoch heraus zu fließen. So kommt es dazu, dass manchmal das Absinken der Luft, bisweilen aber auch das Auseinanderfließen überwiegt. Die abfließende Luft strebt dabei dem tieferen Druck der Umgebung zu. Dem Hoch würde rasch die Luft ausgehen, wenn diese nicht durch aus großen Höhen abfließende Luft ständig ersetzt würde. Jene Abwärtsbewegung der Luft ist es, die zu einer Erwärmung und zu einer Verringerung der relativen Feuchte führt, und somit vielfach auch zu einer Auflösung von Wolken. Dadurch entsteht die sog. "Absinkinversion", die je nach Höhe zu bemerkenswerten Weitverbindungen führen kann. Wenn also das Hoch am Boden viel Luft abgibt und mit absinkender Luft aus der Höhe wieder aufgefüllt wird, können sich Inversionen zwischen 500 und 2000 m Höhe ausbilden. Bisweilen treten noch höher gelegene, meist schwächere Inversionen in 3 - 4 km Höhe auf, die für Weitverbindungen jedoch kaum Bedeutung haben.

Die zweite Inversionsart ist die sog. "Bodeninversion" oder "Strahlungsinversion". Sie entsteht durch Energieabgabe der Erdoberfläche, meist in klaren Nächten. Die Luftschicht über dem Erdboden kühlt sich ab und bildet dann eine Temperatur-Umkehrschicht unter der darüber liegenden Luft aus. Die Höhe jener Inversion reicht auch in klaren Winternächten selten über 300 m Höhe hinaus. Jene Inversion hat wegen ihrer Bodennähe den Namen "Bodeninversion" erhalten. Sie tritt wesentlich häufiger als die Absinkinversion auf, führt aber nur zu geringeren Überreichweiten, selten zu Weitverbindungen, lässt jedoch die Feldstärken im Nahbereich bis ca. 200 km oft markant ansteigen, wodurch es oft zu Störungen im Relais-Funkverkehr kommt. Manchmal arbeiten Boden- und Absinkinversion zusammen. Dann wird es von oben wärmer, während die Temperatur von unten gleichzeitig abnimmt. Der Temperaturknick wird dadurch stärker oder es treten gleich zwei davon - übereinander liegend - im Bereich zwischen 300 und ca. 600 m Höhe auf.

In Tiefdruckgebieten können sich derartige Temperaturumkehrschichten nicht ausbilden, da sich aufsteigende Luftmassen abkühlen. Es wird also mit zunehmender Höhe kälter in unserer Troposphäre. Dennoch gibt es Fälle, wo die UKW-Bedingungen sich auch im Bereich eines Tiefs - wenn auch nur kurzfristig und meist sprunghaft- verbessern können. Dieses Phänomen wurde schon öfter im Bereich einer Kaltfront beobachtet.

Die kalte Luft trifft meist zuerst in Bodennähe ein und hebt die wärmere Luft an, so dass sich im regional begrenzten Raum der Front kurzzeitige Überreichweiten ergeben können. Hinter der Kaltfront kann es zudem manchmal zu einem sprunghaften Luftdruckanstieg kommen, was ein Absinken von Luftmengen zur Folge hat, so wie es im Hochdruckgebiet im großen Stile geschieht. Außerdem ist die Luft hinter der Kaltfront meist sehr trübungsarm und daher besonders strahlungsdurchlässig. Eine vorübergehende Abnahme des Windes und Aufklarung nachts hinter der Front verstärken die Effekte. Sind die allgemeinen Ausbreitungsbedingungen in Tiefdruckgebieten gewöhnlich ziemlich normal, so sind jedoch die Funkverbindungen von Stationen auf gleichen Isobaren, also Linien des gleichen Luftdrucks, im Allgemeinen weitreichender als quer zu den Isobaren.

Verständlich ist dies, wenn man bedenkt, dass die Luftschichtungen entlang der Isobaren meist einheitlicher sind als quer dazu. Es herrschen nämlich in nahezu gleichen Luftdruckbereichen um das Tief herum sich manchmal ähnelnde Windstärken, Temperaturverteilungen und Feuchteverhältnisse. Bisweilen gibt es im Bereich von Tiefdruckgebieten auch Luftturbulenzen im höheren Troposphärengebiet, starke vertikale Luftströmungen, Wirbel und Schlieren, im Flugverkehr als sog. "Luftlöcher" gefürchtet. Oft sind hochreichende Gewitter daran beteiligt. Aber auch die Nähe eines Jet-Streams kann über uns solche Verhältnisse herbeiführen. An den dadurch bisweilen entstehenden wabenartigen Luftpaketen können durch diffuse Reflexionen im UKW-Bereich ebenfalls Überreichweiten hervorgerufen werden. Bei hochreichenden Gewittern können zudem Wärme- und Feuchteumwälzungen zeitweise zu regional auftretenden Unregelmäßigkeiten in der UKW-Ausbreitung führen. Der Grund dafür: zellenartige Änderungen in der Luftdichte. Aber dennoch bleibt es dabei: Großräumige, längerfristige und markante Inversionslagen treten nur im Bereich von Hochdruckgebieten auf mit ihren warmen "Deckeln" auf kühlem Grund.

Zudem spielen die Windverhältnisse eine große Rolle. Hier sind es schwache Luftbewegung oder Windstille, die man als Voraussetzung einer verbesserten UKW-Ausbreitung anführen muss. Beobachtet hat man gute Verbindungsmöglichkeiten von Amateuren, die auf der gleichen Isobare ( gleiche Luftdrucklinie) über einer Höheninversion liegen.

Besteht in der Nacht die Tendenz zu Wolkenauflösung und nimmt dabei der Wind ab, kann mit einer Bodeninversion in den frühen Morgenstunden gerechnet werden. Fällt der Begriff "Warmluftadvektion", sollten Sie den Empfänger mal einschalten und die Ausbreitungsbedingungen überprüfen. Die "Hoch-Zeiten" der Tropo-Weitverbindungen sind die Jahreszeiten Herbst und Winter. Aber auch im Frühjahr und Sommer entstehen bisweilen Wetterlagen , die Weitverbindungen ermöglichen.

Regen- und Gewitterwolken reflektieren und streuen nämlich Mikrowellen-Frequenzen. Die Meteorologie nutzt die Reflektion an den Wolken, um Kurzzeitprognosen über Niederschläge (Regenradar) zu erstellen. Diese Streuungen lassen sich auch für Funkverbindungen vor allem im 3 cm- Band (10GHz) benutzen. Da auf den höheren Bändern der Antennengewinn recht groß wird, lassen sich mit ca. 1 Watt und einem 50 cm Spiegel durchaus Verbindungen über 300 km erreichen. Auf Grund der diffusen Streuung und anderer Effekte sind Regenscatter- Signale stark verbrummt und zischen teilweise.

3 cm Wellen werden an dichten Regenwolken reflektiert. Auf diese Weise lassen sich mehrere hundert Kilometer überbrücken. Man beobachtet z.B. auf www.wetteronline.de das Regenradar, hält seinen Spiegel auf eine Regenfront im näheren Umfeld - und schon hört man viele OM in CW CQ rufen. Der Klang der Signale ist etwas gewöhnungsbedürftig, da sie sehr verbrummt klingen. Ähnlich wie bei Aurora. In einer ausgeprägten und voll ausgebildeten Gewitterwolke, einem Cumulonimbus, sind die Abläufe folgendermaßen (Ich beziehe mich auf das Originalskript von DL3NQ):

"Der Gewitterturm eines Cumulonimbus besteht natürlich nicht nur aus einem, sondern aus einer Vielzahl von Auf- u. Abwind-Schloten, die auch 'Echozellen' genannt werden. Ihre einzelne Lebensdauer beträgt nur ca. 20 Minuten, es werden aber fortwährend neue gebildet (begleitet von heftigen, inneren elektrischen Entladungen).

Die Gesamtlebensdauer eines Cumulonimbus kann - je nach Größe- zwischen 40 und 120 Minuten liegen. Besonders mächtige Exemplare können selbst die Tropopause bei max. 12.000 m erreichen und die Aufwinde der Schlote stoßen dann mit großer Energie in die stabile 'Stratosphäre' hinein. Die Turbulenz in diesen Türmen ist enorm, daher wird auch von den größten Verkehrsflugzeugen ein Durchfliegen gern vermieden".

Die Theorie besagt, dass Reflexion und Streuung von Energie im elektrischen Wellenfeld auftritt, wenn sich im 'durchstrahlten Medium' die Dielektrizitäts - Konstante auf kurze Entfernung ändert. Wassertröpfchen erfüllen diese Voraussetzungen recht gut, denn sie stellen dielektrische Kügelchen dar, deren Durchmesser kleiner als 1/20 Wellenlänge ist. Umfangreiche Forschungen nach dem 2. Weltkrieg haben ergeben, dass neben ihrer Dichte vor allem ihre Größe ausschlaggebend ist für das Rückstreumaß

Wenn zum Beispiel 1000 Tröpfchen mit dem Radius 0,005 mm koagulieren und so ein neues Tröpfchen mit dem Radius 0,05 mm bilden, dann gibt es zwar 1000 kleine Reflektoren weniger, aber dafür einen neuen, der l.000 000 - fach stärker rückstreut! Würden das alle im Gebiet befindlichen Tröpfchen gleichzeitig tun, würde dessen 'Scatterleistung' also schlagartig um 30 dB zunehmen!

So läuft das zwar nicht ab, aber es lässt sich leicht einsehen, warum man einen Landregen schwächer 'hört' als einen Regenschauer und wieso die Scatter- Echos von aktiven Quellwolken manchmal binnen 20 Minuten um mehrere Zehnerpotenzen ansteigen können. Es kondensiert nämlich die aufsteigende, feuchte- gesättigte Warmluft infolge der adiabatischen Abkühlung zu kleinsten Tröpfchen, die nach und nach wachsen, schließlich zu fallen beginnen, jedoch von dem stärker werdenden Sog erneut mit nach oben gerissen werden, immerfort mit anderen koagulieren und so weiter: Ein "Echoturm" bildet sich! Nähert sich der Durchmesser der Wassertröpfchen 0,5 mm, dann wird die 6. Potenz des Durchmessers immer schneller kleiner, so dass ab ca. 8 mm Durchmesser das Rückstreumaß nicht mehr weiter wächst.

Nach dem Überschreiten der weit tiefer liegenden Nullgradgrenze gehen die nach oben wirbelnden Tropfen zunächst in einen 'unterkühlten' Zustand über und gefrieren dann schließlich zu Eiskörnern. Werden sie aus dem Schlot herausgeschleudert, oder lassen die Auftriebskräfte nach, fallen sie zurück und schmelzen meistens, bevor sie den Erdboden erreichen. Geraten sie aber mehrfach in nachfolgende Schlote, in denen sie wieder nach oben gerissen werden und dabei weiter wachsen, dann droht Hagelschlag.

Eis hat etwas andere Scatter- Eigenschaften als Wasser. Bis zu einer Größe von 10 mm verhalten sich Eiskugeln ähnlich wie Wassertropfen, allerdings mit etwa 10 dB schlechterer Rückstreuung. Das ändert sich, wenn sie weiter wachsen. Ab 20 mm sind sie so gut wie gleich große Wassertropfen, aber ab 50 mm Durchmesser scattern sie etwa 20mal stärker als jene - solange sie 'trocken' sind. Sobald sie aber angetaut sind, d.h. von einem Wasserfilm umgeben, verhalten sie sich auch wie Wassertropfen.

Der Vollständigkeit halber will ich nun aber auch noch erwähnen, dass Regen in selteneren Fällen auch ohne Eis entstehen kann. Denn auch Wolken, die relativ warm und an ihrer Ober-fläche nicht kälter als -15 Grad sind, können Regen liefern. Dabei spielt der Zusammenstoß von Wolkentröpfchen die entscheidende Rolle. Damit die Anzahl jener Zusammenstöße mengenmäßig groß genug wird, müssen die Wolkentröpfchen zunächst einmal unterschiedlich groß sein, damit sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in der Wolke unterwegs sind. Beim Zusammenstoß können sich zwei Tröpfchen zu einem größeren Tropfen vereinigen. Wegen der Oberflächenspannung muss das aber nicht immer der Fall sein.

Beim Fallen fängt ein größerer Tropfen auf der Vorderseite kleine Tröpfchen ein, während andere durch den Sog auf der Rückseite angezogen werden. Im Verhältnis zum Wachstum eines Eiskristalls erfolgt das Anwachsen eines Regentropfens allerdings sehr langsam. Deshalb muss er sich relativ lange in der Wolke aufhalten. Zum Beispiel fällt ein Wassertropfen von 0,2 mm bei ruhiger Luft in 12 Minuten durch eine 500 Meter dicke Wolke. Durch Aufwinde verringert sich die Fallgeschwindigkeit und der Wolkentropfen kann noch größer werden. Das ist zum Beispiel bei einem warmen Stratus der Fall, in dem durch solche Zusammenstöße Wolkentröpfchen so groß werden können, dass sie als Nieselregen bis zum Boden fallen können.

Einen Sonderfall gibt es in den Tropen. Dort können selbst mächtige Quellwolken bis zur Obergrenze im positiven Temperaturbereich bleiben. Durch starke Aufwinde werden die Wolkentröpfchen dort so lange getragen, dass sie durch ihre Zusammenstöße zu recht großen Regentropfen anwachsen können. In unseren Breiten geschieht so etwas sehr selten.

Die Entstehung der sogenannten "UKW-Bedingungen" hat im meteorologischen Bereich (Tropo) ihre Ursache in den Temperaturänderungen der Luft unter dem Einfluss ihrer Vertikalbewegungen (Thermodynamik). Wenn auch die im unteren Bereich der Troposphäre durch die Sonne zugeführten Wärmemengen zeit- und gebietsmäßig großen Schwankungen unterliegen, so sind der Temperaturabnahme der Luft in Abhängigkeit von der Höhe doch ziemlich enge Grenzen gesetzt. Die in jenen Grenzen auftretenden Unterschiede haben jedoch eine große Auswirkung auf das Wetter und damit auch auf die Ausbreitung der ultrakurzen Wellen.

Eine Luftmenge, die angehoben wird, kommt in unserer Atmosphäre unter geringeren Druck und dehnt sich dabei aus. Für diese Ausdehnung wird Energie benötigt, die der Luft in Form von Wärme entzogen wird. Das Luftquantum kühlt sich also ab. Voraussetzung ist jedoch, dass Wärme von "außen" weder zu- noch abgeführt wird, das heißt, der Prozess muss "adiabatisch" verlaufen. Bei einem "adiabatischen" Vorgang wird der Luft nur ihre eigene "innere" Energie entnommen.

Die adiabatische Temperaturänderung eines Luftteilchens bei seinem Aufsteigen beträgt 1°C pro 100 m in allen Höhenlagen. Umgekehrt wird absinkende Luft um den gleichen Betrag erwärmt. Die Luft gerät dann unter höheren Druck, sie wird also komprimiert, was ihrer inneren Energie zugute kommt. Sie erwärmt sich. Man bezeichnet jene eintretenden Temperaturänderungen von 1° je 100 m als "trockenadiabatisch".

Die feuchtadiabatische Temperaturänderung ist geringer als die trockenadiabatische. Die trockenadiabatische Abkühlung wird also verringert, und zwar um so mehr, je größer die Wasserdampfmengen sind, die für die Kondensation zur Verfügung stehen. Die Menge des in der Luft vorhandenen Wasserdampfes hängt nun aber von der "Sättigungsfeuchte" ab - und diese wiederum von der Temperatur.

Die Sättigungsfeuchte sinkt mit abnehmender Temperatur. Deshalb wird die feuchtadiabatische Temperaturänderung mit abnehmender Temperatur immer größer und nähert sich bei sehr tiefen Temperaturen sogar dem Wert von 1°C je 100 m. Außerdem hängt die Sättigungsfeuchte auch noch vom Luftdruck ab. Bei abnehmendem Luftdruck hat sie ebenfalls abnehmende Werte.

Will man etwas über die Vertikalbewegungen eines Luftteilchens aussagen, muss man stets die trocken- und feuchtadiabatischen Temperaturänderungen beachten. Jene sind es nämlich, die das Verhalten eines Luftteilchens, eines Luftquantums und oft auch einer größeren Luftschicht bestimmen. Dabei ist eine "Inversion", die unsere UKW-Ausbreitung verbessert, nur ein "Sonderfall", sozusagen eine regionale "extreme", nicht "normale" Stabilität in unserer Lufthülle.

Weist unsere Troposphäre z.B. einen Zustand auf, bei dem der Temperaturgradient (regelmäßige Temperaturabnahme mit der Höhe) geringer als 1° je 100 m ist, so kommt ein Luftteichen, das sich entlang seiner Trockenadiabate aufwärts bewegt (also 1° Temperaturabnahme mit der Höhe) in seiner Umgebung immer kälter an als die Luft ist, die es umgibt. Es ist somit schwerer als seine Umgebung und muss deshalb wieder in seine Ausgangslage zurück sinken. Sein Zustand ist stabil, in unserem Falle "trockenstabil" in Bezug auf Vertikalbewegungen.

Bei einem Temperaturgradienten von 1° C je 100 m hat das Teilchen immer dieselbe Temperatur wie seine Umgebung. Es treten keine Dichteunterschiede auf. Das Teilchen kann somit in jeder Höhe sich aufhalten. Sein Zustand ist "trockenindifferent". Alle drei Zustände haben auf die UKW-Ausbreitung keine nennenswerten Einflüsse.

Betrachten wir nun die Vertikalbewegung feuchter Luft. Wir erinnern uns daran, dass die feuchtadiabatische Temperaturänderung wesentlich geringer ist (auf Grund der freiwerdenden Kondensationswärme). Ist der vertikale Temperaturgradient z.B. kleiner als 0,5° je 100 m, so kommt ein Luftpaket mit einer feuchtadiabatischen Temperaturänderung von 0,5° C je 100 m immer kälter an als die Umgebungstemperatur ist. Es sinkt also wieder ab. Sein Zustand ist "feuchtstabil". Ist der Temperaturgradient größer als 0,5°C/100 m kommt die Luft wärmer an als die Umgebung und kann weiter aufsteigen. Man nennt den Zustand deshalb "feuchtlabil".

Den Zustand, bei dem eine Luftschicht eine gleichbleibende Temperatur aufweist, nennt man "Isothermie". Er kann nach dem oben gesagten "trocken- oder feuchtindifferent" sein. Auf jeden Fall ist es ein sehr stabiler Zustand, der einen vertikalen Luftaustausch verhindert. Wenn es über dieser Schicht, deren Dicke ja zwangsläufig begrenzt ist, kälter wird, bleiben die UKW-Bedingungen "normal". Für die UKW-Ausbreitung bedeutsam wird erst ein Zustand, bei dem die Temperatur in der Luftschicht nach oben zunimmt ("Inversion"). Isothermie und vor allem Inversionen wirken noch stärker hemmend auf Vertikalbewegungen ein als es bei gewöhnlichen stabilen Zuständen der Fall ist.

Inversionen können sich aus verschiedenen Ursachen ausbilden. In den bodennahen Luftschichten treten sie als sogenannte "Bodeninversionen" auf. In klaren Nächten kühlt sich der Boden infolge von Wärmeausstrahlung stark ab und somit auch die darüber liegende Luftschicht. Diese wird kälter als die darüber liegenden Luft, so dass die Temperatur vom Boden aus nach oben zunimmt. Die Ultrakurzwellen treten daher aus einem dichteren Medium in ein dünneres ein und werden vom Einfallslot weg in Richtung Erdoberfläche gebrochen. Es kommt zu Überreichweiten, deren Größe in erster Linie vom Temperaturunterschied im Bereich der Inversion abhängt, aber auch von der Höhe der Inversion, die meist nur wenige Dekameter aufweist.

2. "Absink- oder Schrumpfungsinversionen". Bei absinkenden Luftbewegungen, die ja stets trockenadiabatisch sind, also eine Temperaturerhöhung von 1° C/ 100 m bewirken, fließt die Luft bei erhöhtem Luftdruck am Boden auseinander, wobei oftmals der Fall eintritt, dass sich die Absinkbewegungen nicht bis zum Boden durchsetzen. So bleiben die Temperaturverhältnisse in der unteren Schicht gleich, während sich die darüber befindlichen Luftmassen trockenadiabatisch erwärmen.

Nehmen wir einmal an, der vertikale Temperaturgradient betrüge 0,6°/ 100 m. Da sich die absinkende Luft jedoch trockenadiabatisch um 1°/ 100 m erwärmt, hat sie bald eine wesentlich höhere Temperatur als die in Nähe des Bodens lagernde Luft, so dass sich im Grenzbereich eine Absinkinversion ausbilden kann. Jene "Schrumpfungsinversion" (Schrumpfung deshalb, weil die Luft in größeren Höhen unter geringerem Druck stand und "gestreckter" war) liegt höher als eine Bodeninversion. Für verbesserte UKW-Bedingungen mit guten Überreichweiten hat sich eine Höhenlage der Absinkinversionen zwischen 500 und 2000 Metern erwiesen.