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Geographisches Institut Geographisches Institut Niederschlag Niederschlag

Geographisches Institut Niederschlag. Einführungsübung: Geomorphologie(Fr. 16:00 – 18:00 Uhr c.t.)RN 239 Niederschlag Definition: Unter Niederschlag versteht

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NiederschlagNiederschlag

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NiederschlagNiederschlag

Definition:Definition: Unter Niederschlag versteht man allgemein das aus der Atmosphäre ausgeschiedene Wasser, das zuvor von der gasförmigen Phase (Wasserdampf) in die flüssige oder feste Phase übergegangen ist.

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NiederschlagNiederschlag

1.1. Niederschläge in flüssiger Form:Niederschläge in flüssiger Form:

a)a) Sprühregen / NieselnSprühregen / Nieseln

0,5 – 5,0 mm0,5 – 5,0 mm

geringe Intensität, gleichmäßig fallendgeringe Intensität, gleichmäßig fallend

langanhaltend & gleichmäßiglanganhaltend & gleichmäßig

SchauerSchauer

LandregenLandregen

0,1 – 0,5 mm0,1 – 0,5 mm

b)b) RegenRegen kurz & heftigkurz & heftig

PPtt > 6 h > 6 h PPii > 0,5 mm/h > 0,5 mm/h

Schauer / SchneeschauerSchauer / Schneeschauer

Landregen / DauerschneefallLandregen / Dauerschneefall typisch für Warmfrontentypisch für Warmfronten

typisch für Kaltfrontentypisch für Kaltfronten

(= Aufgleitvorgänge)(= Aufgleitvorgänge)

(= Vordringen von Kaltluft (= Vordringen von Kaltluft in die Höhe)in die Höhe)

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NiederschlagNiederschlag

2.2. Niederschläge in fester Form:Niederschläge in fester Form:

a)a) SchneekristalleSchneekristalle

b)b) SchneeflockenSchneeflocken

c)c) SchneegrieselSchneegriesel

d)d) ReifgraupelReifgraupel

e)e) FrostgraupelFrostgraupel

f)f) EiskörnerEiskörner

g)g) EisnadelnEisnadeln

h)h) HagelHagel

1 – 5 mm1 – 5 mm

> 10 mm> 10 mm

< 1 mm< 1 mm

< 5 mm< 5 mm

1 – 5 mm1 – 5 mm

< 5 mm< 5 mm

sehr kleinsehr klein

5 – 505 – 50++ mm mm

sechseckige Plättchen / Prismen; unter 0 °Csechseckige Plättchen / Prismen; unter 0 °C

sechsstrahlige Sternchen; unter 0 °Csechsstrahlige Sternchen; unter 0 °C

undurchsichtige weiße Körner aus Schneekristallen undurchsichtige weiße Körner aus Schneekristallen mit reifartigem Überzug, meist platt oder länglich; mit reifartigem Überzug, meist platt oder länglich; unter 0 °Cunter 0 °C

schneeähnlich, meist kegelförmig / abgerundet; ~ 0 °Cschneeähnlich, meist kegelförmig / abgerundet; ~ 0 °C

halbdurchsichtige Bällchen mit weißem, trüben Kern, halbdurchsichtige Bällchen mit weißem, trüben Kern, von klarer Eisschicht umgeben; um 0 °Cvon klarer Eisschicht umgeben; um 0 °C

gefrorene Regentropfen, durchsichtig; um 0 °Cgefrorene Regentropfen, durchsichtig; um 0 °C

sehr kleine Eiskristalle bei Windstille und sehr kleine Eiskristalle bei Windstille und klarem Himmel; durch Sublimation des klarem Himmel; durch Sublimation des WasserdampfesWasserdampfes

Eiskugeln oder -klumpen, große Hagelkörner Eiskugeln oder -klumpen, große Hagelkörner haben einen Schalenaufbau durch mehrmaliges haben einen Schalenaufbau durch mehrmaliges Auf- und Absteigen in der WolkeAuf- und Absteigen in der Wolke

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NiederschlagNiederschlag

In der Meteorologie unterscheidet man zwischen abgesetzten und fallenden Niederschlägen.

Definition:Definition: Unter Niederschlag versteht man allgemein das aus der Atmosphäre ausgeschiedene Wasser, das zuvor von der gasförmigen Phase (Wasserdampf) in die flüssige oder feste Phase übergegangen ist.

festfest(Resublimation)(Resublimation)

flüssigflüssig(Kondensation)(Kondensation)

in der freienin der freienAtmosphäreAtmosphäre

an / nahe deran / nahe derErdoberflächeErdoberfläche

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NiederschlagNiederschlag

1.1. abgesetzte Niederschläge in flüssiger Form:abgesetzte Niederschläge in flüssiger Form:

a)a) TauTau

b)b) TaubeschlagTaubeschlag

2.2. abgesetzte Niederschläge in fester Form:abgesetzte Niederschläge in fester Form:

a)a) ReifReif

b)b) FrostbeschlagFrostbeschlag

isolierte Tröpfchen bildendisolierte Tröpfchen bildend

isolierte Kristalle bildend isolierte Kristalle bildend

homogen benetzendhomogen benetzend

homogen benetzendhomogen benetzend

Größe hängt von relativer Größe hängt von relativer Luftfeuchte, Temperatur Luftfeuchte, Temperatur

und Zeit abund Zeit ab

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NiederschlagNiederschlag

Entstehung von Wassertröpfchen (Niederschlag)Entstehung von Wassertröpfchen (Niederschlag)

• LuftfeuchteLuftfeuchte

• SättigungSättigung durch weitere durch weitere VerdunstungVerdunstung

durch durch AbkühlungAbkühlung

= = Durchmischung Durchmischung mit kalter Luftmit kalter Luft

= = AufsteigenAufsteigen der Luft der Luft

• KondensationKondensation / „/ „ResublimationResublimation““

zum Kondensieren benötigt der Wasserdampf einen zum Kondensieren benötigt der Wasserdampf einen KondensationskernKondensationskern, , an dem sich der Wasserdampf der gesättigten Luft ausschlagen kann;an dem sich der Wasserdampf der gesättigten Luft ausschlagen kann;

zur Resublimation benötigt der bereits kondensierte Wasserdampf einen zur Resublimation benötigt der bereits kondensierte Wasserdampf einen GefrierkernGefrierkern;;

da jedoch geeignete Gefrierkerne in der Atmosphäre deutlich seltener da jedoch geeignete Gefrierkerne in der Atmosphäre deutlich seltener vorkommen als Kondensationskerne, kann ein Tropfen in einer Wolke vorkommen als Kondensationskerne, kann ein Tropfen in einer Wolke auch jenseits des Gefrierpunktes in der flüssigen Phase existieren;auch jenseits des Gefrierpunktes in der flüssigen Phase existieren; flüssige Phase bis -35°C möglichflüssige Phase bis -35°C möglich Tropfen mit Temperaturen unter 0°C =Tropfen mit Temperaturen unter 0°C = unterkühltes Wasser unterkühltes Wasser

Damit aus den kleinen Wassertröpfchen jedoch Niederschlagstropfen

Damit aus den kleinen Wassertröpfchen jedoch Niederschlagstropfen

werden, reicht die reine Kondensation / Sublimation i.d.R. nicht aus!

werden, reicht die reine Kondensation / Sublimation i.d.R. nicht aus!

Die Tröpfchen sind noch so klein, dass sie durch die Wolkenthermik

Die Tröpfchen sind noch so klein, dass sie durch die Wolkenthermik

und -zirkulation in der Schwebe gehalten werden können!

und -zirkulation in der Schwebe gehalten werden können!

Die Tröpfchen müssen wachsen!

Die Tröpfchen müssen wachsen!Größenvergleich Wolkentröpfchen – Regentropfen

Größenvergleich Wolkentröpfchen – Regentropfen

Ein Regentropfen von 1 mm

Ein Regentropfen von 1 mm

besteht aus ~ 1 000 000 Wolkentröpfchen

besteht aus ~ 1 000 000 Wolkentröpfchen

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NiederschlagNiederschlag

vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 1)vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 1)

durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) kommt es zur kommt es zur KollisionKollision der der bereits kondensierten Wassertröpfchenbereits kondensierten Wassertröpfchen; ;

die Wolkentröpfchen aggregieren sich zu größeren Tröpfchen;die Wolkentröpfchen aggregieren sich zu größeren Tröpfchen;

mit der Größenzunahme gewinnen die Tröpfchen auch an Gewicht, mit der Größenzunahme gewinnen die Tröpfchen auch an Gewicht, wodurch sie zu fallen beginnen;wodurch sie zu fallen beginnen;

durch die erhöhte Dynamik (durch das Fallen) der Tröpfchen erhöht durch die erhöhte Dynamik (durch das Fallen) der Tröpfchen erhöht sich die Kollisionsrate mit anderen Wolkentröpfchen;sich die Kollisionsrate mit anderen Wolkentröpfchen;

das Tropfenwachstum erhöht sich.das Tropfenwachstum erhöht sich.

KoaleszenzKoaleszenz

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a)a) Kollision von Eiskristallen mit „temperierten“ Wolkentröpfchen:Kollision von Eiskristallen mit „temperierten“ Wolkentröpfchen:die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für die Wassertröpfchen, die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für die Wassertröpfchen, wobei das energetisch höhere Potential dieser Wassertröpfchen wobei das energetisch höhere Potential dieser Wassertröpfchen (> 0°C) ausreicht, um die Eiskristalle zu Niederschlagstropfen zu (> 0°C) ausreicht, um die Eiskristalle zu Niederschlagstropfen zu schmelzen;schmelzen;

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NiederschlagNiederschlag

vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 2)vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 2)

durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) durch die Wolkendynamik (thermische Zirkulation innerhalb der Wolke) kommt es zur kommt es zur KollisionKollision von von Eiskristallen mit WolkentröpfchenEiskristallen mit Wolkentröpfchen; ;

die Wolkentröpfchen gefrieren an den Eiskristallen fest;die Wolkentröpfchen gefrieren an den Eiskristallen fest;

a)a) Kollision von Eiskristallen mit unterkühlten Wolkentröpfchen:Kollision von Eiskristallen mit unterkühlten Wolkentröpfchen:die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für das unterkühlte die Eiskristalle fungieren als Gefrierkerne für das unterkühlte Wasser und es reifen zunehmend größer werdende Schneeflocken;Wasser und es reifen zunehmend größer werdende Schneeflocken;

GrößenzunahmeGrößenzunahme

KoagulationKoagulation

GewichtszunahmeGewichtszunahme erhöhte Dynamikerhöhte Dynamik erhöhtes Tropfenwachstumerhöhtes Tropfenwachstum

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NiederschlagNiederschlag

vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 3)vom Wassertröpfchen zum Niederschlagstropfen (Teil 3)

eine weitere Möglichkeit des Wachstum ergibt sich nach dem eine weitere Möglichkeit des Wachstum ergibt sich nach dem Prinzip der „Prinzip der „KoaleszenzKoaleszenz““ vonvon Eiskristallen Eiskristallen untereinander; untereinander;

Die Wolkendynamik bedingt eine Kollision von Eiskristallen, Die Wolkendynamik bedingt eine Kollision von Eiskristallen, wobei diese sich aufgrund des gefrorenen Zustands nicht wobei diese sich aufgrund des gefrorenen Zustands nicht miteinander aggregieren können;miteinander aggregieren können;

Aufgrund der Kristallstruktur verhaken sich die einzelnen Aufgrund der Kristallstruktur verhaken sich die einzelnen Eiskristalle miteinander und wachsen so zu Schneeflocken Eiskristalle miteinander und wachsen so zu Schneeflocken (Pulverschnee);(Pulverschnee);

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NiederschlagNiederschlag

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NiederschlagNiederschlag

Veränderungen von Niederschlagselementen beim FallVeränderungen von Niederschlagselementen beim Fall

Die Modifikationen resultieren aus den Schmelz- und Verdunstungsprozessen Die Modifikationen resultieren aus den Schmelz- und Verdunstungsprozessen während des Fallswährend des Falls

Entscheidend für diese Vorgänge sind:Entscheidend für diese Vorgänge sind:

1.1. die Temperaturschichtung unterhalb der Wolkenbasis;die Temperaturschichtung unterhalb der Wolkenbasis;2.2. Das Sättigungsdefizit der Umgebungsluft unterhalb der WolkenbasisDas Sättigungsdefizit der Umgebungsluft unterhalb der Wolkenbasis

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NiederschlagNiederschlag

Veränderungen von Niederschlagselementen beim FallVeränderungen von Niederschlagselementen beim Fall

• Gelangen Gelangen NiederschlagstropfenNiederschlagstropfen durch den Fall in Bereiche unterhalb der durch den Fall in Bereiche unterhalb der Wolkenbasis, beginnen sie zuWolkenbasis, beginnen sie zu verdunsten verdunsten..

Dies geschieht einerseits aufgrund der Fall-/ReibungsDies geschieht einerseits aufgrund der Fall-/Reibungsenergieenergie,…,…und andererseits wegen der nunmehr und andererseits wegen der nunmehr ungesättigten Umgebungsluftungesättigten Umgebungsluft, , die wiederum Feuchtigkeit aufnehmen kann die wiederum Feuchtigkeit aufnehmen kann

Niederschläge aus Wolken mit einer Basis von über 3000 m Niederschläge aus Wolken mit einer Basis von über 3000 m über der EOF fallen nur selten auf den Erdboden, da auf über der EOF fallen nur selten auf den Erdboden, da auf dieser langen Fallstrecke meist auch noch die großen Tropfen dieser langen Fallstrecke meist auch noch die großen Tropfen verdunsten verdunsten

• Leichter Leichter SchneefallSchneefall kann unmittelbar unterhalb der Wolkenbasis kann unmittelbar unterhalb der Wolkenbasis eisverdunsteneisverdunsten, so dass die Luft aufgrund der dadurch stattfinden Abkühlung , so dass die Luft aufgrund der dadurch stattfinden Abkühlung bei ausreichender Instabilität taschenweise absinkt und die Untergrenze der bei ausreichender Instabilität taschenweise absinkt und die Untergrenze der Wolke ein diffus fleckiges Aussehen annimmtWolke ein diffus fleckiges Aussehen annimmt

• Regen, der in der Regen, der in der warmen Jahreszeitwarmen Jahreszeit aus Wolken fällt, ist meist aus festen aus Wolken fällt, ist meist aus festen Niederschlagselementen entstanden, die nach dem Passieren der im Sommer Niederschlagselementen entstanden, die nach dem Passieren der im Sommer hohen Nullgradisothermehohen Nullgradisotherme geschmolzen sind geschmolzen sind

• in der in der kalten Jahreszeitkalten Jahreszeit hingegen, wenn die hingegen, wenn die NulIgradisotherme unter 500-300m NulIgradisotherme unter 500-300m über Grund liegt, kann der Niederschlag den Erdboden in Form von über Grund liegt, kann der Niederschlag den Erdboden in Form von SchneeSchnee erreichenerreichen

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NiederschlagNiederschlag

NiederschlagstypenNiederschlagstypen

1.1. Konvektiver Niederschlag:Konvektiver Niederschlag:

2.2. Frontaler / Zyklonaler Niederschlag:Frontaler / Zyklonaler Niederschlag:

3.3. Orographischer Niederschlag:Orographischer Niederschlag:

Stau und KüstenStau und Küstenkonvergenzkonvergenz, , SteigungSteigungsregen sregen

flächenhafter Niederschlag der flächenhafter Niederschlag der wandernden Tiefdruckgebiete wandernden Tiefdruckgebiete in den mittleren Breitenin den mittleren Breiten (an der Polarfront, Westwindzone), (an der Polarfront, Westwindzone),

Maximum der Zyklonenaktiviät im Winter, da die Polarfront gegen Maximum der Zyklonenaktiviät im Winter, da die Polarfront gegen den Äquator wandert (näher bei uns) den Äquator wandert (näher bei uns)

in den in den TropenTropen:: sehr stark an der ITC ausgeprägt, sehr stark an der ITC ausgeprägt, in den in den mittleren Breitenmittleren Breiten: : NSNSmaxmax im Sommer über dem Land (aufheizende Landmassen) im Sommer über dem Land (aufheizende Landmassen)

NSNSmaxmax im Winter über dem Meer (speichernde Wassermassen) im Winter über dem Meer (speichernde Wassermassen)

im im PolargebietPolargebiet:: wenig Niederschlag (wenig Niederschlag (wenig Wasserdampfwenig Wasserdampf))

KonvektionstypKonvektionstyp

AdvektionstypAdvektionstyp

Orographischer TypOrographischer Typ

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NiederschlagNiederschlag

l / ml / m2211 == 0,1 cm0,1 cm 1 mm1 mm==== ==1 dm1 dm33

mm22

1 000 cm1 000 cm33

10 000 cm10 000 cm22

Messung des NiederschlagsMessung des Niederschlags

gemessen wird nach gemessen wird nach HELLMANNHELLMANN

kreisrunder Becherkreisrunder Becher mit einer Auffangfläche von mit einer Auffangfläche von 200 cm200 cm22 ; ; rund, damit bei jeder Strömungsgeschwindigkeit und –richtung dierund, damit bei jeder Strömungsgeschwindigkeit und –richtung die Messbedingungen gleich sind!Messbedingungen gleich sind! Montagehöhe des Niederschlagssammlers /-messers = Montagehöhe des Niederschlagssammlers /-messers = 1m1m über Grund, über Grund, in Schneeregionen z.T. höher (etwas höher als die in Schneeregionen z.T. höher (etwas höher als die -Schneehöhe);-Schneehöhe);

fester Niederschlag wird geschmolzen und anschließend gemessen.fester Niederschlag wird geschmolzen und anschließend gemessen.

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NiederschlagNiederschlag

Messung des NiederschlagsMessung des Niederschlags

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NiederschlagNiederschlag

Messung des NiederschlagsMessung des Niederschlags

!!! Achtung !!!!!! Achtung !!!

Bei der Messung des Niederschlags gibt es noch einige Dinge zu beachten!Bei der Messung des Niederschlags gibt es noch einige Dinge zu beachten!

Wo messe ich?Wo messe ich? auf freier Flur!auf freier Flur! effektiver Niederschlag!effektiver Niederschlag!

Wie messe ich?Wie messe ich?

im Wald!im Wald! Bestandsniederschlag!Bestandsniederschlag!

diskret!diskret! Verdunstung?!?!Verdunstung?!?!

kontinuierlich!kontinuierlich!

analog / digitalanalog / digital

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NiederschlagNiederschlag

Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)

1.1. Äquatorialer TypÄquatorialer Typ

2.2. Typ der äußere TropenTyp der äußere Tropen

3.3. Typ der RandtropenTyp der Randtropen - Monsun-Typ- Monsun-Typ - randtropischer Passat-Typ- randtropischer Passat-Typ

4.4. Typ der randtropish-subtropischenTyp der randtropish-subtropischenTrockengebieteTrockengebiete

5.5. Typ der SubtropenTyp der Subtropen - Sommerregen-Typ- Sommerregen-Typ - Winterregen-Typ- Winterregen-Typ

6.6. Typ der MittelbreitenTyp der Mittelbreiten - Kontinentaler Typ- Kontinentaler Typ - Maritimer Typ- Maritimer Typ

7.7. Subpolar-TypSubpolar-Typ - Kontinentaler Typ- Kontinentaler Typ - Maritimer Typ- Maritimer Typ

8.8. Polar-TypPolar-Typ - Kontinentaler Typ- Kontinentaler Typ - Maritimer Typ- Maritimer Typ

vgl. hierzu die Walter/Lieth-Diagramme aus der Sitzung zum Thema „Temperatur“ vgl. hierzu die Walter/Lieth-Diagramme aus der Sitzung zum Thema „Temperatur“

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NiederschlagNiederschlag

Äquatorialer Typ (Yangambi): Niederschlag zu allen Jahreszeiten, Maxima nach Zenitstand und Minima zu Solstitien, Niederschläge durch Konvergenz der Passate, zu den Wendekreisen hin wachsen Die beiden Maxima zusammen

Typ der äußere Tropen (San Jose): Doppelte Regenzeit durch Zenitalregen, zum Höhepunkt monsunregenartige Niederschläge

Typ der Randtropen (Timbuktu): Eine Regenzeit und Trockenzeit, Zenitalregen 1-2 Monate verschoben, winterliche Trockenzeit durch Ostpassat

Monsuntyp der Tropen (Bombay): Randliche Gebiete von S- und SE-Asien, überhöhte Menge und längere Andauer der tropischen Sommerniederschläge, hochreichende Konvektion, asiatische Festlandsmasse gegen Indischen Ozean

Randtropischer Passat-Typ (Turrialba): Randtropische Ostküsten mit Überprägung der äußeren Tropen durch tropischen Regengang mit winterlichem Steigungsregen, Zenitalregen

Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)

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NiederschlagNiederschlag

Typ der randtropish-subtropischen Trockengebiete (Tamanrasset): Besonders an der West seite der Kontinente und angrenzenden Ozeanen mit sehr geringen Niederschlägen aufgrund der Vorherrschaft des trockenen Passats, Herrschaft des Subtropenhochs, subtropische Wüstenräume

Typ der Subtropen: Westseite mit Winterregen und Ostseite mit SommerregenSubtropischer Sommerregentyp (Buenos Aires): Ostseite der Kontinente infolge Strömungen vom Meer zum Land, auch Winterregen aber schwächerSubtropischer Winterregentyp (Perth): Subtropische Westseite der

Kontinente mit Regen im Winter und regenarmen SommernTyp der Mittelbreiten

Ozeanischer Typ der Mittelbreiten (Brest): Schwaches Maximum im Winter, gleichmäßige Verteilung über das ganze JahrKontinentaler Typ der Mittelbreiten (Berlin; Omsk): Je weiter im Inland desto feuchtere Sommer und trockenere Winter, Regen zu allen Jahreszeiten

Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)

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NiederschlagNiederschlag

Subpolar-TypOzeanischer Subpolartyp (Reykjavik)Kontinentaler Subpolartyp (Nome): Ganzjährige Niederschläge,

Unterscheidung durch geringere NS-Mengen

Polar-TypMaritime Polartyp (Novolazarevskaya)Kontinentale Polartyp (Nordpol): Winter- und Frühjahrsniederschläge nach langer andauernder Schneedecke im Winter, Jahresniederschläge meist weniger als 300 mm

Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)Niederschlag in Intensität & Verteilung (global)