Cumulus

Cumulus (Abk.: Cu) bezeichnet einen Wolkentyp mit großer vertikaler Erstreckung. Umgangssprachlich wird sie treffend Haufenwolke oder Quellwolke genannt. Die klassische, unverwechselbare „Blumenkohlwolke” mit ihrer flachen Unterseite und strahlend weißen Blumenkohlköpfen auf der Oberseite besteht aus Wassertröpfchen und ist in den unteren Wolkenstockwerken anzutreffen.

Cumuluswolken treten häufig bei schönem Wetter auf, wenn die Luft etwas feuchter ist. Sie entstehen durch lokal begrenzten Aufwind, also durch Thermik oder orografisch bedingten Hangaufwind. Die entsprechende Luftmasse steigt auf, dehnt sich aus und kühlt dabei ab. Dies ist im Kapitel Adiabasie eingehend dargestellt. Die Bildung von Wolken wird im Kapitel Niederschlag näher erläutert.

Ab einer bestimmten Höhe, wenn nämlich der Taupunkt erreicht ist, kondensiert die mitgeführte Feuchtigkeit. Aus diesem Grund ist die Unterseite der Cumuluswolken flach und auch die Unterseiten der Wolken in der Umgebung befinden sich – gleiche Wetterverhältnisse bzw. Luftschichtung vorausgesetzt – etwa in der gleichen Höhe. Die flache Unterseite der Wolken kennzeichnet damit das Kondensationsniveau.

Für Segelflieger, Gleitschirm- und Hängegleiterpiloten sind Cumuli daher gute Anzeiger von Aufwinden.

Erscheinungsformen

Cumuluswolken (Cu) sind in sich dichte und deutlich voneinander abgegrenzte Wolken. Stratocumulus-Wolken haben dagegen eine eher zusammengewachsene Struktur. Typische Cumulus-Wolken weisen an der Unterseite eine relativ glatte, horizontale Grenze auf, die teils schattig und verhältnismäßig dunkel erscheint. Darüber wölben sich dann die bauschigen und schneeweißen „Blumenkohlköpfe“. Die Unterkante der Wolke kann bei entsprechend hohem Wasserdampfgehalt der Luft und entsprechendem Temperaturverlauf bereits in wenigen hundert oder erst in tausend und mehr Metern Höhe über dem Erdboden liegen. Der bei aufgelockerter Bewölkung von der Sonne leuchtend weiß beschienene obere Bereich befindet sich meist noch im tiefsten der drei Wolkenstockwerke, nämlich in einer Höhe zwischen 600 m und 2 km, kann aber auch (wie bei Cumulus congestus) bis zu 6 km in die Höhe reichen. Als Quellwolken mit hoher vertikaler Mächtigkeit zeugen sie von den darin herrschenden starken Aufwärtsbewegungen der Luft.

Cumulus-Wolken sind reine Wasserwolken (im Gegensatz zu den Eiswolken höherer Regionen) und weisen in ihrem Inneren Temperaturen von −10 °C bis 0 °C auf.

In der Meteorologie werden ihrer Größe nach vier Arten von Cumulus-Wolken unterschieden:

Cumulus humilis (Cu hum) sind die kleinsten Vertreter ihrer Art. Es handelt sich um kleine, flockige und meistens großräumig auftretende Schönwetterwolken. Sie entstehen bei relativ schwacher Konvektion und haben deshalb nur eine geringe Höhenausdehnung (600 m - 1 km). Dem Betrachter erscheinen sie vom Erdboden aus meist breiter als hoch.
Cumulus mediocris (Cu med) sind mittelhohe (600 m - 1,2 km) Wolkenhaufen. Sie bilden meist die kurzlebige Übergangsform zwischen dem geringer entwickelten C. humilis und dem stärker aufgequollenen C. congestus und weisen nur schwache Quellungen an der Oberseite auf. Dieses Stadium der Wolkenentwicklung wird in Mitteleuropa in der Regel erst am Nachmittag erreicht. Sie sind oft nach einem Kaltfrontdurchgang sichtbar. Je früher diese Entwicklung eintritt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Gewitter folgt. Vom Erdboden aus scheinen diese Wolken ebenso hoch wie breit.
Cumulus congestus (Cu con) stellen in der Entwicklung der Haufenwolken das nächste Stadium dar. Man erkennt sie an maßig aufgeblähten Gipfeln und scharfen Umrissen, wobei die Wolke wegen der darin herrschenden starken Konvektionsströme in Höhen bis zu 6 km reicht, weshalb C. congestus vom Erdboden aus höher als breit erscheint. Eine nachhaltige Wetterverschlechterung mit Schauern und Windböen ist in Mitteleuropa binnen weniger Stunden zu erwarten, wenn Congestuswolken aus südwestlicher Richtung heranziehen. Sie können auch die Vorstufe eines Cumulonimbus (Cb) bilden, einer der typisch sommerlichen Gewitterwolken, die einen typischen amboßartigen Ausbruch am Oberrand aufweisen. In der Luftfahrt werden Cumulus congestus auch als Towering Cumulus (TCU) bezeichnet.
Cumulus fractus (Cu fra) ist das Ergebnis, wenn bei stärkerem Wind Haufenwolken auseinander gerissen werden und bezeichnet Wolkenfetzen, die rasch und mit sich ständig ändernden Umrissen über den Himmel getrieben werden. Ein typisches Beispiel für einen solchen Fracto-Cumulus ist die Rotorwolke im Bereich von Leewellen.

Unterscheidung von anderen Wolkenarten

Bei entsprechender Wetterlage können kleine Cumulus-Wolken mitunter derart zahlreich sein und so dicht beieinander liegen, daß sie wie eine Schicht aus Stratocumulus- oder Altocumulus-Wolken aussehen. Dieses Bild ergibt sich insbesondere, wenn sie in Horizontnähe beobachtet werden. Es handelt sich aber um Cu, wenn und solange ihre Oberseiten noch "blumenkohlförmig" aufgewölbt und die Unterseiten der einzelnen Wolken nicht zusammengewachsen sind. Sc hat dagegen immer eine abgeflachte Oberseite. Erst wenn die Unterseiten der Cu-Wolken zusammenwachsen und sich ihre Oberseiten abflachen sind, handelt es sich um Sc.

Eine ausladende Cu-Wolke, unter der sich der Beobachter befindet und aus der möglicherweise sogar Niederschlag fällt, kann u.U. mit Altostratus oder Nimbostratus verwechselt werden. Hier bildet aber der Niederschlagscharakter das geeignete Unterscheidungsmerkmal. Handelt es sich nämlich um  schauerartigen Niederschlag, handelt es sich um eine Cu-Wolke.

Cumulonimbus (Cb) entwickelt sich bei entsprechenden Bedingungen häufig aus Cu-Wolken. Deshalb ist es mitunter schwierig, eine Cu-Wolke mit starker Vertikalentwicklung von einem Cb zu unterscheiden. Solange die sich auftürmenden Wolkenteile scharf abgegrenzt sind und keine faserigen oder streifigen Strukturen erkennbar sind, wird es sich zumeist noch um eine Cu-Wolke handeln, falls nicht Blitz, Donner oder Hagel eine eindeutige Bestimmung als Cb ermöglichen.

Zerfetzter Cumulus (Cu fra) läßt sich von Stratus-Fetzen dadurch unterscheiden, daß er meist eine größere vertikale Ausdehnung besitzt und häufig auch heller und weniger durchsichtig aussieht. Zerfetzter Cu hat außerdem manchmal abgerundete oder aufgewölbte Oberseiten, welche bei St-Fetzen stets fehlen.

Bedeutung für die Wettervorhersage

An strahlungsreichen Tagen entwickeln sich oft schon am Vormittag kleinere Cu-Wolken von geringer bis mäßiger vertikaler Ausdehnung - die bekannten Schönwettercumuli (Cu humilis). Verbleiben sie in diesem Stadium, wird es auch bei dem schönen Wetter bleiben, vorausgesetzt, es treten darüber keine anderen Wolken auf. Abends fallen diese Schönwettercumuli wegen der abnehmenden Konvektion in sich zusammen und lösen sch auf.

Stehen Cumuli allerdings schon am frühen Morgen am Himmel, kann davon ausgegangen werden, daß sich später Gewitter bilden werden. Normalerweise bilden sich Cu-Wolken wegen ihrer Entstehung durch die Thermik nämlich erst im weiteren Tagesverlauf, wenn die Sonne den Boden genügend aufgeheizt hat. Türmen sich Cu-Wolken immer weiter in die Höhe (congestus) ist das ein "Frühwarnsystem", ihre weitere Entwicklung genau zu verfolgen. Bei genügend hoher Luftfeuchtigkeit und entsprechender Konvektion können sich sich aus den Cumuli dann recht schnell Cumulonimbuswolken (Cb) mit allen Begleiterscheinungen entwickeln. Sind die Wolken eher kugelig, ist nicht genügend Luftfeuchtigkeit für die Gewitterbildung vorhanden oder Sperrschichten verhindern ihre weitere vertikale Ausdehnung. Aus mächtigen Cumulus congestus kann es auch regnen, allerdings nur in geringen Mengen und nicht anhaltend. Es kommen dabei weder Blitz noch Donner vor.

Ohne wesentliche Sonneneinstrahlung sowie abends oder nachts aufkommende und stark in die Höhe quellende Cu-Wolken sind zumeist ein Hinweis auf eine herannahende Kaltfront oder einen heranziehenden Trog mit Schauern und Gewittern.

Wolkenstraße

Als Wolkenstraße bezeichnet man hintereinander bänderförmig auftretende Haufenwolken (meist  Cumuli). Sie sind in Windrichtung angeordnet. Sie markieren bei ausreichender Luftfeuchtigkeit Wirbel mit horizontaler Achse, über deren aufsteigenden Luftbewegungen sich die Wolken bilden. Ursache der Wirbelrollen und somit der Wolkenstraßen ist die Verknüpfung von thermischer Konvektion und Windscherung. Wolkenstraßen bilden sich bei Zufuhr kälterer Luft über dem Flachland oder flachem Hügelland oder über See parallel zur Windrichtung. Sie entstehen dann, wenn die Windgeschwindigkeit mit der Höhe bei gleichbleibender Windrichtung zunimmt, das Windmaximum sich etwa im oberen Drittel der Basishöhe befindet und eine Inversion oberhalb des Kondensationsniveaus den ungehemmten Aufstieg der Wolken bremst.

Sie werden besonders häufig bei sog. Kaltluftausbrüchen über dem Meer beobachtet, wo sie sich über einige hundert Kilometer in Windrichtung erstrecken können. Sie können sich aber auch im Flachland über mehrere hundert Kilometer erstrecken und sind auf Satellitenbildern gut zu erkennen. Der Abstand zwischen benachbarten Wolkenstraßen beträgt im Durchschnitt 3 - 5 km. Die vertikale Entwicklung der Konvektionsströme erstreckt sich auf eine Höhe von 1.500 bis 2.500 m, denn diese wird durch eine  Inversionsschicht begrenzt.

Da Wolkenstraßen ein konstantes Aufwindfeld aufweisen, bietet diese Form organisierter Konvektion für Segelflieger ideale Voraussetzung für Schnell- und Streckenflüge.