Aufwind

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Aufwind ist aufsteigende Luft in der Atmosphäre. Ein Segelflugzeug gleitet durch den Auftrieb seiner Flügel immer nach vorne und unten. Durchfliegt das Flugzeug jedoch Aufwind, wird ein Teil des Sinkens, je nach Stärke des Aufwinds, kompensiert - oder das Flugzeug beginnt zu steigen. Schafft man es, das Segelflugzeug in diesem Aufwindfeld zu halten, gewinnt man an Höhe. Selbstverständlich sind auch Motorflugzeuge den Aufwinden ausgesetzt. Dort nennt man sie aber i.d.R. Turbulenz, da sie zu unruhigem Flug führen.

Je nach Bodenbeschaffenheit, Bodenform und Wetterbedingungen kommen unterschiedliche Arten von Aufwind zustande:

Inhaltsverzeichnis 1 Thermisch angetriebene Aufwinde 1.1 Die Konvektion (Thermik) 1.2 Land- Seewind Zirkulation 1.3 Berg- und Talwinde 1.4 Ähnliche Zirkulationssysteme 1.4.1 Wälder und Felder 1.4.2 Unterschiedlich farbige Oberflächen, die Oberflächenfeuchte 2 Dynamisch angetriebene Aufwinde 2.1 Leewellen 2.2 Hangwind 2.3 Die schnelle Kaltfront 3 Da fehlt bestimmt noch 'ne Menge 4 Weblinks

Thermisch angetriebene Aufwinde

Die Konvektion (Thermik)

Vertikal bewegte Luft kühlt sich beim Aufsteigen ab und erwärmt sich beim Absinken durch Druckänderung adiabatisch (d. i. ohne andere Wärmequellen oder -senken). Aus diesem Grunde ist die Troposphäre durch eine nach oben abnehmende Temperatur gekennzeichnet: Besonders an Tagen mit starker vertikaler Durchmischung ist die vertikale Temperaturabnahme gleich derjenigen von vertikal bewegter Luft. Diese vertikale Temperaturabnahme heißt daher neutrale Temperaturabnahme oder neutrale Schichtung.

Ist die Temperaturabnahme mit der Höhe schwächer als neutral, ist die Schichtung stabil. Aufsteigende Luft kühlt stärker ab als die Umgebung, ihre Dichte ist dann größer als in der Umgebung und die Luft wird daher wieder absinken. Umgekehrtes gilt für absinkende Luft. I. A. ist die Luft in der Troposphäre leicht stabil geschichtet. Besonders an ruhigen Tagen bilden sich nachts auch Inversionen mit nach oben zunehmender Temperatur also sehr stabil geschichtet.

Ist die Temperaturbnahme mit der Höhe stärker als neutral, heißt die Schichtung labil. Vertikal einmal ausgelenkte Luft wird beim Aufsteigen leichter und beim Absinken schwerer als die Umgebung und daher ihre Vertikalbewegung beschleunigt fortsetzen. Diese Bewegung heißt dann Konvektion. Durch die Abkühlung des aufsteigenden Astes kann es zu Kondensation und Wolkenbildung kommen. Die Kondensation setzt latente Wärme frei, wodurch die Konvektion verstärkt wird. Die Wolken über dem Thermikschlauch oder Bart sind Cumuli ("Blumenkohlwolken"). Thermikflieger werden dementsprechend nervös, wenn sie aus dem Fenster schauen und einen Himmel mit 2-3 Achtel Cumuli sehen.

Der Frühling ist die beste Jahreszeit für Thermikflieger: Nach Durchzug einer Kaltfront wird der Erdboden von schon kräftiger Sonne im Laufe des Tages stark erwärmt, wodurch die Luft von unten erwärmt wird und die Schichtung labilisiert wird. Nachmittags gibt's oft Schauer, manchmal auch als Hagel mit Gewitter. Dieses Aprilwetter trägt seinen Namen zu Recht. Einziges Handycap für die manntragenden Kollegen: Die Wolkenbasis ist im April für ausgedehnte Streckenflüge oft noch riskant niedrig.

Land- Seewind Zirkulation

Dies sind Winde, die durch unterschiedliches Wärmespeichervermögen der Land- oder Meeresoberfläche. Das Bild zeigt einen Höhenschnitt einer ausgereiften Land-Seewind Zirkulation am Tage, ausgehend von einem windstillen, sonnigen Tag:

• Landmassen heizen sich bei Sonneneinstrahlung schneller auf als Wasserflächen (kühlen in der Nacht aber auch stärker ab). Entsprechend erwärmt sich die Luft über Land stärker als über dem Wasser. Im Bild sind rote Linien Isothermen (Linien konstanter Temperatur) mit nach oben und über's Meer abnehmender Temperatur.
• In warmer Luft ist der Abstand von 2 Flächen gleichen Druckes (Isobaren) vertikal größer als in kalter Luft (schwarze Linien). Es bildet sich zunächst in der Höhe über warmem Land ein Hoch und über dem kalten Meer ein Tief. Eine Höhenströmung vom Hoch zum Tief setzt ein.
• Über dem Boden sammelt sich daher eine größere Masse Luft als über dem Wasser, d. i. gleichbedeutend mit der Bildung eines Hochs über dem Meer und eines Tiefs über Land. Der bodennahe Seewind beginnt zu blasen.
• Aus Kontinuitätsgründen bilden sich die vertikalen Windkomponenten: Aufwind über Land und Abwind über dem Meer.

Einige Besonderheiten der Land-Seewindzirkulation sind:

• Im Unterschied zur Konvektion ist die Bildung einer Land-Seewindzirkulation nicht abhängig davon, ob die thermische Schichtung labil ist.
• Die absinkende Luftbewegung über dem Meer führt zu einer systematischen Erhöhung der Zahl der Sonnenstunden. Dies ist der Grund, warum die Friesischen Inseln (Situation Meer) in Deutschland in spannendem Wettbewerb um die sonnenreichste Gegend liegen (in Konkurrenz zu Kaiserstuhl/Südbaden).
• Der zuverlässig blasende Seewind kann zu gut nutzbaren Aufwinden an Steilküsten führen (s.a. Hangwind).

Berg- und Talwinde

Ähnliche Phänomene gibt es im Gebirge. Die Skizze zeigt wieder die reife Berg- und Talwindzirkulation am Tage. Die physikalischen Prozesse sind ähnlich wie bei der Land-Seewindzirkulation:

• Die Erdoberfläche erwärmt sich gleichmäßig und hat die gleiche Oberflächentemperatur. Das Temperaturfeld der Atmosphäre ist somit charakterisiert durch abnehmende Temperaturen nach "oben-links".

• Über dem Hang in warmer Luft bildet sich ein Hoch und über dem Tal ein Tief. Die Luft strömt in der Höhe talwärts.

• Über dem Tal ist daher mehr Masse Luft als über dem Hang in jeweils gleicher Höhe(!). In Bodennähe gibt es daher ein Hoch im Tal und ein Tief am Hang.

• Die Vertikalbewegungen bilden sich jeweils aus Kontnuitätsgründen mit weiterem Aufsteigen über dem Hang und Absinken über dem Tal.

Weitere Eigenschaften:

• Die aufsteigende Luft kann konsensieren, was wieder durch Freiwerden latenter Wärme zu einer Verstärkung der Zirkulation führt.

• Die Bildung der Zirkulation erfordert keine labile Schichtung über dem Hang.

• Im Gebirge hat man oft Gewitter über dem Gipfel und ruhiges Wetter über dem Tal, warum?

Ähnliche Zirkulationssysteme

Mit ganz ähnlichen Mechanismen wie bei Land- und Seewind bilden sich in Gebieten mit großem Waldgebiet neben großem Gebiet mit Ackerbau Zirkulationszellen.

Wälder und Felder

Hier übernimmt der Wald die Aufgabe des Meeres mit großer Wärmekapazität und entsprechend schwacher Erwärmung bei Tage. Die Aufwinde werden daher bei Tage über dem Feld erwartet.

Unterschiedlich farbige Oberflächen, die Oberflächenfeuchte

Oberflächen unterschiedlicher Farbe heizen sich bei Sonneneinstrahlung unterschiedlich auf (s. a. Albedo). Trockene Flächen heitzen sich stärker auf als feuchte Flächen, weil feuchte Böden die Wärme gut nach unten leiten und weil feuchte Oberflächen verdunsten, wodurch durch Verbrauch latenter Wärme gekühlt wird. An sonnigen und ruhigen Tagen

• bildet sich Thermik somit gerne über dunklen und trockenen Industriehöfen oder Autobahnen neben Feldern
• bildet sich die Thermik aber eher über dem hellen aber trockenen abgeernteten Getreidefeld neben dem mit feuchten grünen Rüben bepflanzten Nachbarfeld.

Dynamisch angetriebene Aufwinde

Leewellen

Bläst eine Windströmung quer zu einem markanten Höhenzug (z. B. Fön in den Alpen) und ist die großräumige thermische Schichtung sehr stabil, bilden sich in ihrem Lee sehr hochreichende Wellen aus. Sichtbar werden diese Wellen durch die typischen linsenförmigen Lenticularis-Wolken (korrekt: Altocumulus Lenticularis). Unterhalb der Wellenberge liegen sehr turbulente Rotoren (rotierende Luftwalzen), die ein erhebliches Risiko für den Segelflieger darstellen. Leewellen haben sehr großflächige, z. T. kräftige Aufwindzonen im ansteigenden Teil des Wellenbergs.

Im bemannten Segelflug sind Wellenlagen gut für Rekordflüge (Höhe, Strecke) geeignet. In den Arbeitshöhen der Modellflieger sind sie i. d. R. aber nicht nutzbar. Wir müssen uns mit dem Rotor herumschlagen ;-)

Hangwind

Als Hangwind wird ein lokal beeinflusster Wind bezeichnet, dessen Richtung durch einen Berghang nach oben oder unten abgelenkt wird oder der durch Sonneneinstrahlung entsteht. Je nach Sonne, regionaler Windstärke und Form des Hanges kann die Vertikalkomponente von Hangwinden mehrere Meter pro Sekunde erreichen.

Hangwind ist für Modellflieger sehr gut nutzbar, da sie wegen des Piloten am Boden ohnehin in Bodennähe fliegen müssen, wo die Hangwinde am stärksten sind.

Reiner Hangaufwind ist selten. Da Bodenwide oft als Konvergenzströmungen zu thermischen Aufwinden zustandekommen (wie bei Talwind beschrieben), ist der Hangwind oft thermisch bedingt oder beeinflusst und auch mit Thermikblasen gemischt (und dementsprechend wenig konstant). Reiner, zuverlässiger Hangwind, wie er für F3F Wettbewerbe eigentlich erwünscht ist, kommt vor allem an Steilküsten oder an Hangkanten am Rande großer Ebenen zustande. Es sollte also ein großes, ebenes Vor-"Land" vorhanden sein.

Die schnelle Kaltfront

Fronten sind in der Meteorologie in der Höhe schräg liegende Grenzflächen zwischen kalter Luft und warmer Luft. Bei einer Kaltfront schiebt sich die kalte Luft unter die warme Luft, die zu Aufsteigen gezwungen wird. Die weiteren Eigenschaften sind somit ähnlich wie beim Hangwind.

Für manntragende Segelflieger erscheint die schnelle Kaltfront gerne als Wolkenstraße. Für den ortsfesten Modellflieger ist die Wetterlage nur schwer von klassischer Thermik zu unterscheiden.

Da fehlt bestimmt noch 'ne Menge

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Weblinks

• Karlsruher Wolkenatlas Beschreibung vieler typischer Wolkenarten mit Ihrer Entstehung

• Aufwind, Thermik sowie Hangwind bei Wikipedia sind empfehlenswert.