Mischphasen-Wolken

In Wolken in mittleren Höhen mit Temperaturen unter 0°C verbleiben die Wassertröpfchen in einer unterkühlten flüssigen Phase. Erst bei Temperaturen unter -35°C gefrieren reine Wassertröpfchen und unterkühlte flüssige Aerosolpartikel spontan und bilden Eispartikel (homogenes Gefrieren).

Bei Temperaturen zwischen 0 und -35°C kann das Gefrieren von unterkühlten Wolkentröpfchen durch bestimmte feste Aerosolpartikel, sogenannte Eiskeime (IN), induziert werden. Die heterogene Eiskeimbildung wird durch ein in den Tropfen eingetauchtes Partikel (Immersionsmodus) oder durch Kollision mit einem Tropfen (Kontaktmodus) induziert. Dasselbe Partikel kann zunächst als CCN und dann als INP wirken (Kondensationsmodus). Die direkte Ablagerung von Wasserdampf auf der Oberfläche eines Feststoffpartikels wird als Depositionsnukleation bezeichnet.

Die Anzahl der Eiskristalle in Mischphasenwolken ist typischerweise viel kleiner als die Anzahl der Tröpfchenkonzentration. Die Eiskristalle wachsen jedoch auf Kosten der Flüssigkeitströpfchen zu größeren Durchmessern an (Bergeron-Findeisen-Prozess). Durch die Eisinitiierung und die damit verbundenen Sekundäreffekte, wie z.B. die Bereifung, bilden sich Mischphasenwolken mit rasch wechselnder innerer Struktur, was sich auf das Abkühl- und Erwärmungsvermögen der Wolke auswirkt. In vielen Fällen löst die Eisbildung auch Niederschlagsereignisse aus. Die INP-Effizienz von Aerosolpartikeln hängt empfindlich von ihren physikalischen und chemischen Oberflächeneigenschaften ab.