3.9  Wetterbedingte Gefahren für die Luftfahrt

Richtiges fliegerisches Handeln in wetterbedingten Gefahrensituationen

Grundlage für die Vermeidung von Flugunfällen ist zu wissen, welche Gefahren und Risiken für Dich als Piloten überhaupt bestehen. Auch Wetterphänomene bergen potenzielle Risiken. In diesem Kapitel werden diese Gefahren an sich sowie deren Entstehung beschrieben, damit Du durch richtiges fliegerisches Handeln diesen Gefahrensituationen ausweichen und damit Unfälle vermeiden kannst. Entsprechend behandelt dieses Kapitel in speziellen Abschnitten wetterbedingte Gefahren für die Luftfahrt.  

In diesem Kapitel besprechen wir

• 3.9.1 Sichtreduzierende Phänomene
• 3.9.2 Turbulenz
• 3.9.3 Windscherung
• 3.9.4 Gewitter
• 3.9.5 Vereisung
• 3.9.6 Inversion
• 3.9.7 Gefahren in Berggebieten
• 3.9.8 Tornado und Staubteufel
• Zusammenfassung
• Anmerkung     

3.9.1  Sichtreduzierende Phänomene

Verursacher von Sichteinschränkungen beim Segelflug

Sichteinschränkungen sind möglich durch

• Niederschlag
• Schnee
• Nebel
• Dunst
• Rauch
• Sonne

Niederschlag und vor allem Schnee können die Sicht während des Fluges stark beeinträchtigen, deshalb wird der Segelflugbetrieb auch bei Regen unterbrochen, bis der Schauer vorüber ist. Vor dem nächsten Start werden dann die Kabinenhaube, der Rumpf und die Tragflächen getrocknet. Nasse Tragflächen können auch bei höheren Geschwindigkeiten einen Strömungsabriss verursachen. Nach einem Regenschauer beschlägt die Kabinenhaube schnell. Insbesondere muss vermieden werden, dass mit nasser oder feuchter Kleidung eingestiegen wird, da dadurch Feuchtigkeit ins Cockpit gelangt und innen an der kalten Kabinenhaube kondensieren kann. Du musst sicherstellen, dass die Kabinenhaube trocken ist, bevor du startest. Natürlich wird die Kabinenhaube durch den Fahrtwind klar geblasen, wenn die Belüftung offen ist, aber bei einem Seilriss in geringer Höhe ist die Kabinenhaube dann noch nicht ausreichend transparent. Du benötigst aber gerade dann eine gute Sicht, um Hindernisse zu erkennen und diesen auszuweichen.

Fliegen ist nur erlaubt, wenn die Sichtflugbedingungen erfüllt sind. Nebel, Dunst, Rauch und auch die Sonne können die Sichtverhältnisse verschlechtern. Segelflug wird in der Regel in den Luftraumklassen E und G (siehe: 1.6 Flugnavigation und Flugbetrieb) bei vorgeschriebener horizontaler Flugsicht von mindestens 1,5 km, in Wolkenfreiheit und mit ständiger Erdsicht durchgeführt (Luftraum G). Da auch bei Nebel die Sichtweite weniger als 1 km beträgt, ist das Segelfliegen bei Nebel und in Wolken (mit Ausnahme des besonders geregelten Wolkenfluges) nicht erlaubt. Wenn Seenebel landeinwärts zieht, kann es passieren, dass der Segelflugplatz nicht mehr erreichbar ist. Du musst dann rechtzeitig auf ein anderes Landefeld ausweichen.

3.9.2  Turbulenz

Gefahren durch Verwirbelungen wie z.B. Wirbelschleppen

Die Gefahren durch Turbulenzen wurden bereits in den Kapiteln 3.2.5 Orographisch bedingte Windsysteme und 3.2.6 Turbulenz beschrieben und werden nachstehend im Abschnitt 3.9.7 Gefahren in Berggebieten ergänzt. 

Verwirbelungen können durch turbulente Luftschichten, Hindernisse, Berge und starke Thermik verursacht werden. Extrem gefährlich sind die Wirbelschleppen von anderen Luftfahrzeugen, wenn sie auf ein leichteres Luftfahrzeug treffen.

Wenn das Auftreten von Turbulenzen zu erwarten ist, sollte die Fluggeschwindigkeit erhöht werden, um die Kontrolle über das Luftfahrzeug zu behalten bzw. zu verbessern.

3.9.3  Windscherung

Gefahren durch eine plötzliche Änderung der Windrichtung oder -geschwindigkeit

Die Windscherung ist eine örtlich begrenzte plötzliche Änderung der Windrichtung und/oder der Windgeschwindigkeit. Die Änderung kann sowohl horizontal als auch vertikal auftreten (siehe Kap. 3.2.6 Reibungsturbulenz). 

Windscherungen sind häufig ein begleitendes Phänomen bei Gewittern. Als Beispiel sei hier die sogenannte Fallböe (Downburst) genannt (siehe auch 3.9.4). Dabei handelt es sich um eine örtlich begrenzte Abwärtsströmung kalter Luft, die kurz vor dem Beginn eines Gewitters auftreten kann. Niederschlag wie Hagel und Regen sind typische Begleiter. Trifft die herabströmende Luft auf den Boden auf und strömt auseinander, kann der Wind lokal bis zu 180° gegenüber der vorherrschenden Windrichtung drehen. 

Auch kann die Sogwirkung von starken Schauern, Gewittern oder sogar schon starker Thermik zu einer Änderung von Windrichtung und Windstärke am Boden führen. 

Windscherungen treten auch häufig im Bergland auf, wenn über dem Tal eine starke Windströmung senkrecht zu den Berghängen besteht. Im Anflug auf einen Flugplatz im Tal muss mit Änderung der Windrichtung um bis zu 180° gerechnet werden. Da der Auf- oder Abbau des Berg-Tal Wind Systems von oben nach unten (morgens) oder von unten nach oben (abends) erfolgt, kann es in Abhängigkeit von der Höhe in einem Gebirgstal zu kräftigen Windscherungen kommen. Das muss besonders beim Fliegen am Hang berücksichtigt werden.

In der freien Atmosphäre kann eine hereinfliesende Luftmasse in der Höhe eine andere Richtung und Stärke haben als die Luftschichten darunter. Gelangt ein Luftfahrzeug kurzfristig in eine Umgebung geändertem Strömungsverhalten, passt sich seine Bewegung trägheitsbedingt nur langsam an die plötzlich veränderte Windrichtung und -stärke an. Folge ist eine plötzliche Änderung der Fluggeschwindigkeit: bei abnehmender Strömungskomponente gegen die Flugrichtung wird sie abnehmen und sich der Gleitwinkel über Grund verringern (siehe Kap.3.2.6 Reibungsturbulenz), bei zunehmender Strömungskomponente in Flugrichtung zunehmen und sich der Gleitwinkel über Grund vergrößern. 

3.9.4  Gewitter

Wie entstehen Gewitter, wie ist ihr zeitlicher Verlauf, mit welchen Gefahren müssen wir rechnen?

Inhalt:

• 3.9.4.1 Bedingungen für die Entstehung von Gewitter und Gewitterwolken (Cb’s)
  
• 3.9.4.2 Gewitterkategorien
• 3.9.4.3 Verlauf und Zyklen einer Gewitterzelle
  
• 3.9.4.4 Gefahren beim Fliegen während eines Gewitters
  
• 3.9.4.5 Elektrische Entladungen
  
• 3.9.4.6 Die Auswirkungen eines Blitzeinschlags auf ein Flugzeug
  
• 3.9.4.7 Auswirkungen von Downbursts (Fallböen)
  
• 3.9.4.8 Vermeidung von Gefahrensituationen bei Gewitter    
  

3.9.4.1  Bedingungen für die Entstehung von Gewitter und Gewitterwolken (Cb’s)

Horizontale und vertikale Ausdehnung, Unterscheidung Hitze- und Frontgewitter

Gewitterwolken sind riesige mehrstöckige Wolken, die bei hochreichender instabiler Schichtung der Atmosphäre bis in große Höhen von 30000 bis 40000ft reichen. Wenn die Temperatur in der Cumuluswolke unter -12°C abfällt, bilden sich Eiskristalle und der Cumulus congestus verwandelt sich in einen Cumulonimbus. In großen Höhen ist die Temperatur noch niedriger und in der Wolke sind nur noch Eiskristalle zu finden. Wenn elektrische Entladungen stattfinden, spricht man von einem Gewitter.

Gewitterwolken steigen manchmal bis zur Tropopause auf. Die Gewitterwolke stößt an die Inversion der Tropopause und wird gezwungen, sich horizontal auszubreiten. Dadurch entsteht der Amboss, als typisches Erkennungszeichen eines Gewitters.

3.9.4.2  Gewitterkategorien

Einteilung in drei Kategorien

1. Einzelzellengewitter

Eine Cumulonimbuswolke als kleinste abgeschlossene Einheit mit ihren Stadien 

Eine Gewitterzelle ist die kleinste abgeschlossene Einheit, aus der ein Gewitter aufgebaut sein kann. Sie durchläuft immer drei Stadien, ein Wachstumsstadium, ein Reifestadium und ein Zerfallsstadium. Eine Gewitterzelle ist aus einer Cumulonimbuswolke aufgebaut. Häufig schließen sich mehrere Gewitterzellen zusammen und bilden größere, zusammenhängende Einheiten von Gewittern. 
Die Lebensdauer liegt bei 30 bis 60 Minuten.

2. Multi- oder Mehrfachzellengewitter

Interagierende nahe beieinander liegende Gewitterzellen

Eine Multizelle besteht aus mehreren einzelnen Gewitterzellen, die relativ nahe beieinander liegen und miteinander interagieren. Die Zellen können sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden. Bei der Multizelle lässt der Abwind einer Gewitterzelle eine neue Zelle entstehen. Obwohl die Lebensdauer einer Zelle innerhalb des Komplexes nicht höher ist als die einer isolierten Einzelzelle, kann das ganze System insgesamt mehrere Stunden existieren. Die Gewitterzellen treten entweder in Gruppen (Multizellen-Clustern) auf oder ordnen sich entlang einer Linie von bis zu mehreren 100km an. Multizellen-Linien werden auch als Böenlinien (engl. squall lines) bezeichnet, da an der Vorderseite von diesen häufig kräftig stürmt. Diese Böenfront sorgt dafür, dass ständig neue Gewitterzellen entstehen, die die alten ersetzen. Dieses geschieht, indem sich die kühlere und schwerere Luft, die unter den Gewittern entsteht, vor die Gewitterlinie schiebt und die feucht-warme Luftmasse angehoben wird.

3. Superzellengewitter

Sehr große und hochreichende Einzelgewitter, oft mit schweren Fallböen und großem Hagel

Superzellen sind riesiges Einzelgewitter, deren hochreichenden Aufwindbereiche zum großen Teil rotieren (sogenannte „Mesozyklone“). Sie können auch in einem Zell-Cluster oder einer Böenlinie eingebettet sein. Superzellengewitter sind oft begleitet von Wolkenbrüchen, großem Hagel über 4 cm Durchmesser und schweren Fallböen (Downbursts). Zudem können sich Tornados bilden. 

 

3.9.4.3  Verlauf und Zyklen einer Gewitterzelle

Beschreibung des Wachstums-, Reife- und Auflösungsstadium

Ein Gewitter dauert in der Regel nicht länger als 1 ½ bis 2 Stunde. Wenn Gewitter länger andauern, liegt das häufig daran, dass sich immer wieder neue Gewitterzellen entwickeln. In der Gewitterwolke können Vertikalgeschwindigkeiten von über 30 m/s in der aufsteigenden Luft und 10-15m/s in der absteigenden Luft auftreten. Wir können drei Phasen im Lebenszyklus einer Gewitterzelle unterscheiden:

• Das Wachstums- oder Aufbaustadium: Der Cumulus congestus wächst und die Temperatur sinkt unter -12°C. Es bilden sich Eiskristalle und Niederschlagselemente, die durch die starken Aufwinde im Cumulus in große Höhen getragen werden. Sobald die Spitze der Cumuluswolke zu gefrieren beginnt, bekommt sie ein cirrusartiges Aussehen, den Amboss, der vollständig aus Eisnadeln besteht.
• Das Reifestadium: Im Cb wird der fallende halbgeschmolzene Schnee wieder mit dem Aufwind nach oben transportiert und wächst weiter zu Hagelkörnern. Solche Hagelkörner können in einem Cb mehrmals herunterfallen und wieder in den Aufwindzonen angehoben werden. Wenn die Hagelkörner so groß geworden sind, dass sie trotz des Aufwindes herunterfallen, nehmen sie kalte Luft aus großer Höhe mit. Der sehr kalte herabfließende Luftstrom (Downburst) verteilt sich am Boden in alle Richtungen und verursacht eine Mini-Kaltfront. Die ausströmende Kaltluft kann nicht selten auch gegen die vorherrschende Windrichtung strömen. Oft ist diese Linie auch mit einer sogenannten Böenwalze verbunden, die bis zu 20km dem Gewitter vorauseilen kann. Wer bei der Landung im Segelflugzeug mit Gegenwind rechnet, wird plötzlich mit Rückenwind (Windscherung) konfrontiert. Aufgrund der kalten Luft hört das Steigen in der Wolke auf und der Hagel fällt, ob als Regen (geschmolzen) oder fest, heraus auf den Boden. In diesem Reifestadium gibt es bei großen Cb's Niederschläge, starke Windböen und elektrische Entladungen. 
• Das Auflösungsstadium: Wenn das Steigen im Cb vollständig zum Stillstand gekommen ist, beginnt die Auflösungsphase. Der Niederschlag wird gleichmäßiger (Regen) und nimmt schließlich ab. Die Wolke löst sich langsam auf.

 

3.9.4.4  Gefahren beim Fliegen während eines Gewitters

• Blitzschlag im Windenschlepp, das Schleppseil wirkt als Blitzableiter und zieht den Blitz an.
  Blitzschlag im Flug kommt zwar selten vor und ist auch für den Piloten meist nicht gefährlich, aber die Bordelektronik kann Schaden nehmen und es können auch Schäden an der Struktur des Flugzeuges entstehen.
• Windscherungen (starke Windzunahme und Richtungsänderung bis 180°)
• Böen und Turbulenzen
• sehr starke Auf- und Abwinde (besonders in der Wolke) 
• Downbursts, Tornados
• Starkniederschlag, Hagel, Eisansatz
• Orientierungs- und Kontrollverlust, weil du in der Wolke nichts mehr sehen kannst
• wenn du in die Wolke hineingesaugt wirst, besteht die Gefahr von Erfrierungen (-50 °C.)
• Sauerstoffmangel

 

  

In jeder Meteorologie-Prüfung gibt es eine Frage zu den Gefahren durch Gewitter. Auf dem Bild siehst du die Bildung einer Cumulonimbus (Cb). Das Foto wurde von einer Terrasse in Berlin aufgenommen. Das Foto zeigt den Beginn einer Gewittersituation.

 

3.9.4.5  Elektrische Entladungen

Gefahren beim Windenstart, rechtzeitige Sicherung der Flugzeuge

3.9.4.6  Die Auswirkung eines Blitzeinschlags auf ein Flugzeug

Unterschiedliche Struktur-Gefährdung von Metall- und Kunststoffflugzeuge sowie Flugzeugen mit Kohlefaserholm

Ein Blitz ist eine starke elektrische Entladung zwischen zwei Wolken oder zwischen einer Wolke und dem Erdboden. Wenn ein Flugzeug sich dazwischen befindet, kann der Strom durch das Flugzeug fließen.

  

Verkehrsflugzeuge meiden Gewitter so gut wie möglich. Dies ist aber während des Starts oder der Landung nicht immer möglich. Das Bild zeigt, dass kurz nach dem Start ein Blitz in den Bug des Flugzeugs eindringt und über die Tragfläche wieder austritt. Ein Passagierflugzeug funktioniert wie ein Faraday‘scher Käfig (Ladungen können nicht in den Faradayschen Käfig eindringen – sie bleiben an der Außenhaut). Durch die käfigförmige Konstruktion kann der Blitz nach dem Einschlag in das Flugzeug z.B. über die Außenseite wieder austreten. Normalerweise bemerken die Passagiere einen Blitzeinschlag gar nicht.

3.9.4.7  Auswirkungen von Downbursts (Fallböen)

Starker Abwind

3.9.4.8  Vermeidung von Gefahrensituationen bei Gewitter

Verhaltenshinweise am Boden und in der Luft

Segelflug und Gewitter vertragen sich nicht. Studiere die Wettervorhersage und vergewissere dich, ob die Gefahr von Gewittern besteht. Besonders in den Bergen können sich Gewitter schnell aufbauen. Typische optische Vorboten von Gewittern sind Altocumulus castellanus -Wolken.

Wenn du auf dem Flugplatz bemerkst, dass ein Gewitter aufzieht, bringe alle Flugzeuge rechtzeitig in den Hangar. 

Wenn du während des Fluges feststellst, dass ein Gewitter aufzieht, lande so schnell wie möglich. Wenn es keinen geeigneten Landeplatz gibt, flieg vom Gewitter weg und suche einen sicheren Landeplatz. Umflogen werden sollten Gewitter mit mindestens 20km Abstand.

Wenn du in die Wolke hineingesaugt wirst, fahre sofort die Bremsklappen vollständig aus und trimme das Segelflugzeug kopflastig. Wenn du nichts mehr sehen kannst, lasse den Steuerknüppel los und lasse das es durch die Eigenstabilität fliegen, bis du aus der Wolke heraus bist. 

3.9.5  Vereisung

Inhalt:

• 3.9.5.1 Arten und Ursachen von Vereisung
• 3.9.5.2 Risiken der Vereisung und Vermeidung von Vereisung  
  

3.9.5.1  Arten und Ursachen von Vereisung

• Ursachen von Vereisung
• Vereisungsarten 

Ursachen von Vereisung

Entstehung durch stark unterkühlte Wassertröpfchen, größte Vereisungsgefahr in Luftschichten mit -2° bis -12°C

In Wolken können stark unterkühlte Wassertröpfchen vorkommen (Temperatur < 0°C), die noch nicht kristallin geworden sind. Es bedarf eines Kristallisationskerns oder -körpers. Beim Aufprall auf ein Luftfahrzeug gefrieren diese Tröpfchen dann schlagartig, er kommt zur Vereisung. Die größte Vereisungsgefahr gibt es in Luftschichten mit -2° bis - 12°C. 

Besonders im Frühjahr kann die Lufttemperatur in der Höhe, in der wir fliegen, unter Null Grad liegen. Die Tragflächen kühlen bis unter den Gefrierpunkt ab. Fliegt man unter diesen Bedingungen z.B. in wolkennahen Luftschichten, können unterkühlte Wassertropfen einen Eisansatz hervorrufen, der das Profil an Tragflächen und Rudern und damit die Flugeigenschaften dramatisch verschlechtern kann.

 

Vereisungsarten

Man unterscheidet folgende Arten der Vereisung:

Klareis (klar, durchsichtig, fest)	entsteht aus relativ großen unterkühlten Wassertropfen. Der Gefriervorgang geht langsamer vor sich als bei Raueis, da beim Auseinanderlaufen durch die größere Masse mehr Wärme beim Gefrieren frei wird. Klareis ist wegen der Schwerpunktänderung und dem erhöhten Gewicht des Luftfahrzeugs gefährlich. Besonders kritisch wird dies bei Flügen in unterkühltem Regen (d.h. Regentropfen fallen in kältere Luftschichten und kühlen unter 0°C ab ohne zu gefrieren, kann auch außerhalb von Wolken vorkommen und führt zu gefrierendem Regen), bei dem große Tropfen am Luftfahrzeug anfrieren und das Luftfahrzeug innerhalb weniger Minuten manövrierunfähig werden lassen.
Raueis (weiß und spröde)	entsteht beim Auftreffen von kleineren unterkühlten Wassertröpfchen auf Luftfahrzeugbauteile. Es entsteht in Schichtwolken bei Temperaturen zwischen -4°C und -12°C. Raueis verändert das Profil und damit den Auftrieb und die Flugeigenschaften erheblich. Raueis ist milchig weiß, porös und mit rauer, körniger Oberfläche, da die Wassertröpfchen beim Auftreffen auf ein Hindernis schlagartig gefrieren.
Mischeis (hartes, raues Konglomerat)	entsteht sowohl aus größeren als auch kleinen unterkühlten Wassertröpfchen. Es ist also ein Gemisch aus Rau- wie auch Klareisansatz. Das geschieht zwischen -10 °C und -15 °C. Dies ist besonders bei Steig- und Sinkflug der Fall. Wie auch Raueis bildet es sich an den Vorderkanten des Luftfahrzeugs. Die Raueispartikel sind in Klareis eingebettet und bilden eine harte und grobkantige Masse. Dieses Mischeis haftet sehr stark und lässt sich nur schwer entfernen.
Raureif (weißer, kristalliner, federartiger Eisbelag)	entsteht am Boden durch Sublimation von Wasserdampf in wolkenfreier Luft. Das ist häufig der Fall, wenn im Winter ein Luftfahrzeug über Nacht außerhalb einer schützenden Halle, z.B. auf dem Vorfeld, abgestellt worden ist.  Das kann am Luftfahrzeug zu Gewichtsproblemen und zur Auftriebsverminderung führen.

Gefährlich ist es auch nach einem längeren Flug bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt durch eine sehr feuchte Luftschicht oder sogar Wolke auch mit Temperaturen über 0^oC zu fliegen, weil dann die Feuchtigkeit am unterkühlten Luftfahrzeug zur Eisbildung führen kann.  Eine weitere Gefahrenquelle für Segelflugzeuge ist das Einfrieren des Wasserballastes bei niedrigen Temperaturen.

3.9.5.2  Risiken der Vereisung und wie man sie vermeidet

• Vereisungsrisiken
• Vereisung vermeiden
  

Vereisungsrisiken

Gefahren durch aerodynamische Veränderungen, Gewichts- und Schwerpunktänderungen, Ruder- und Instrumentenversagen

• Erhöhung der Überziehgeschwindigkeit durch Verschlechterung des Profils sowie Erhöhung des Gewichts
• Schwerpunktverlagerung, 
• Blockieren der Ruder, 
• Versagen der Instrumente durch Verstopfen von Druckabnahmeöffnungen für Staudruck und statischen Druck
• Motorausfall i.w. durch Vergaservereisung. 

Passagierflugzeuge verfügen über ein Enteisungssystem, bei dem die wichtigen Teile des Luftfahrzeugs beheizt werden und das Eis abschmilzt. Segelflugzeuge verfügen nicht über ein solches System. Beim Fliegen in den Wolken besteht die Gefahr von Eisansatz besonders. 

Klareisbildung ist besonders gefährlich. Bei Klareis bildet sich eine transparente Eisschicht, die auf dem Flügel nicht leicht zu erkennen ist. Das Profil verändert sich, das Gewicht nimmt zu, Druckabnahmeöffnungen am Rumpf können verstopfen und bewegliche Teile können festfrieren. Die Überziehgeschwindigkeit steigt und die Flugeigenschaften des Segelflugzeuges ändern sich drastisch. Auch eine Eisschicht auf der Kabinenhaube kann die Sicht stark behindern. 

Vereisungsvermeidung

Sorgsame meteorologische Flugvorbereitung, Meidung von Luftschichten mit kritischen Temperaturen

Grundsätzlich sollte ein Flug gut vorbereitet werden. Dazu gehört das Einholen einer Flugwetterberatung bzw. eines Flugwetterberichts. In den Wetterberichten wird die Höhe der Nullgradgrenze angegeben. Bei Flügen über der Nullgradgrenze sind die Vereisungsrisiken zu beachten.  

Die Flugwettervorhersagen liefern auch direkte Informationen zur Vereisung: hier wird die Vereisungsintensität in einem Höhenbereich angegeben, die die maximal zu erwartende Vereisung eines Luftfahrzeuges beschreibt.

Grundsätzlich muss ein Einflug in unterkühlten Niederschlag und in Wolken im Temperaturbereich zwischen 0°C und -20°C vermieden werden. Ein besonders hohes Risiko für unterkühlten Niederschlag besteht beim Durchgang von Warmfronten oder Warmfrontokklusionen nach winterlichen Kälteperioden. 

Beim Überflug eines Gebirges vom Lee zum Luv bei größerer Windgeschwindigkeit muss berücksichtigt werden, dass die Nullgradgrenze auf der Luvseite gegenüber der Leeseite bei Zunahme der Luftfeuchte sprunghaft absinkt. Hier ist erhöhte Vorsicht bzgl. einer Vereisung geboten.

Wenn bei einem Flug trotzdem Vereisung auftritt, musst du umgehend in eine Flughöhe mit positiven Temperaturen wechseln!

3.9.6  Inversion

Gefahren durch reduzierte Flugsicht und Windscherungen

Der Begriff "Inversion" kommt aus dem lateinischen (inversio) und heißt Umkehrung. Eine Inversionswetterlage ist von der Umkehr der Temperaturverhältnisse zwischen Höhe und Erdboden geprägt. Aus dieser Erscheinung können sich sekundäre Gefährdungssituationen ergeben:

• Inversionswetterlagen als Ursache für sichtreduzierende Phänomene
  Besonders im Herbst und Winter treten Inversionswetterlagen gehäuft auf. Bei windschwachem Hochdruckwetter kühlen sich die bodennahen Luftschichten in den langen Nächten stark ab. Weil kalte Luft schwerer ist als warme Luft, sammelt sich diese Kaltluft in Mulden, Senken und Flusstälern, wo sich dann häufig Nebel bildet. Schafft es die Sonne tagsüber nicht mehr, diese Kaltluftseen ausreichend zu erwärmen, löst sich der Nebel mitunter tagelang nicht auf. Gleichzeitig ist es auf den Bergen häufig sonnig und mild, denn die leichtere, weil die wärmere Höhenluft nunmehr über der kalten Nebelluft liegt. 
  Reichern sich zusätzlich Schadstoffe in der bodennahen Kaltluft an (z.B. Autoabgase in Ballungsgebieten) kann es zu einer extremen Sichtverschlechterung, dem „Smog“, kommen. Der Begriff 'Smog' ist eine Kombination aus zwei Wörtern, 'smoke' (engl. für Rauch) und "fog" (engl. für Nebel). Eine ausgeprägte Inversionswetterlage wird häufig erst bei Annäherung eines Schlechtwettergebietes aufgelöst, weil der dann stärkere Wind die beiden unterschiedlichen Luftschichten durchmischt und so den Nebel auflösen kann.

• Inversionen als Ursache für Turbulenz und Windscherungen
  Eine Inversion ist eine Sperrschicht in der Atmosphäre, wobei per Definition die Temperatur mit der Höhe zunimmt. Da ein Vertikalaustausch der Luftschichten nicht möglich ist, können sich an Inversionen markante Windscherungen aufbauen. An der Obergrenze der Inversion findet man oft einen sogenannten Low-Level-Jet, der in den frühen Morgenstunden am stärksten ist. Bei morgendlichen An- und Abflügen im Bereich eines Flugplatzes in bergigem Gelände kann es neben der Sichtreduktion an der Grenze der Bodeninversion auch zu heftigen Turbulenzen bzw. Scherwinden kommen, die bei schwach motorisierten Luftfahrzeugen Probleme verursachen können.

3.9.7  Gefahren in Berggebieten

• Vorwort
• 3.9.7.1 Einfluss des Geländes auf Wolken, Niederschlag und den Durchgang von Fronten
• 3.9.7.2 Aufwind, Wellen, Rotoren und Vereisung
• 3.9.7.3 Entwicklung und Auswirkung der Talinversion
  

Vorwort

Wolken, Niederschläge, Leewellen und Rotoren in Gebirgen

3.9.7.1  Einfluss des Geländes auf Wolken, Niederschlag und den Durchgang von Fronten

Ursachen stärkerer Thermik und Wetterwirksamkeit von Fronten im Bergland gegenüber dem Flachland

In den Bergen steht die Sonne bereits morgens nahezu senkrecht auf den nach Osten ausgerichteten Hängen, nachmittags auf den nach Westen ausgerichteten. Die Thermik setzt daher insgesamt früher ein als im Flachland, hält lange an und ist an den Stellen am stärksten, wo die Sonnenstrahlen möglichst senkrecht auftreffen. Kahle Trockenhänge geben die meiste Thermik. Normalerweise kühlt sich aufsteigende Luft trockenadiabatisch ab, aber da entlang des Hangs ständig neue warme Luft zugeführt wird, beträgt die Abkühlung weniger als 1°C pro 100 m. Daher wird das Steigen mit der Höhe stärker und das Kondensationsniveau liegt höher als über dem Flachland. 

Auch der Durchgang von Fronten ist anders als über flachen Gebieten. Beim Überströmen der Berge wird die Luft zusätzlich angehoben, was u.a. zu mehr Niederschlag auf der Luvseite der Berge führt. Der Wind bewegt sich häufiger um Berggipfel herum als über sie hinweg, was bedeutet, dass er zwischen zwei Berggipfeln besonders stark bläst und dort Turbulenzen viel stärker sind. 

3.9.7.2  Aufwind, Welle, Rotoren und Vereisung

Auf der Luvseite eines Berges wird der Wind gezwungen, am Berg aufzusteigen. Diesen Wind kannst du dir z.B. beim Hangfliegen zunutze machen. Auf die Leeseite solltest du dabei nicht kommen. 

 

Bei wenig Wind geht der Luftstrom den Hang hinauf und auf der Leeseite hinunter. Bei mehr Wind kann die Luft dem Berghang auf der Leeseite nicht mehr folgen und es entstehen Wirbel. Bei starkem Wind kann sich auf der Leeseite ein Rotor bilden (siehe: 3.2.5 Welle). Bei starkem Wind bildet sich auf der Leeseite sehr turbulente Luft. Es wurde bereits beschrieben, dass wenn der Wind doppelt so stark bläst, die Turbulenzen viermal so stark sind.

 

Auch eine Senke in einem Hang kann Turbulenzen verursachen. Bei starkem Wind kommt es hier zu plötzlichen Fallwinden und Geschwindigkeitsschwankungen. Deshalb solltest du an Berghängen immer mit erhöhter Geschwindigkeit fliegen.

 

3.9.7.3  Entwicklung und Auswirkung der Talinversion

Bergwind nach Sonnenuntergang kann zu eine Inversionsschicht im Tal führen

3.9.8  Tornado und Staubteufel

• Einleitung
• 3.9.8.1 Tornado
• 3.9.8.2 Wasserhose
• 3.9.8.3 Staubteufel

Einleitung

Unterscheidung von Tornados und Staubteufeln

„Tromben“ wie Tornados (Wind- und Wasserhosen) sowie Staubteufel sind kleinräumige Luftwirbel mit annähernd senkrechter Drehachse. Tromben treten nur in Verbindung mit Cumulusbewölkung auf. Sie sind kleinräumige, aber sehr starke Aufwindbereiche, in denen sehr hohe Windgeschwindigkeiten auftreten können. Manchmal kondensiert durch den darin entstehenden Unterdruck auch der Wasserdampf und der Aufwind wird sichtbar.

3.9.8.1  Tornado

Einstufung nach ihren Windgeschwindigkeiten, verursachte Schäden

Der aus einem Cumulonimbus nach unten wachsende Wolkenrüssel wird als Tornado bezeichnet, wenn er den Boden erreicht (vergl. Abb. 3.9.8.1).  Dies ist meist an aufgewirbeltem Material erkennbar. Vorher wird das Gebilde als „Funnel Cloud“ bezeichnet. Bei einem Tornado (auch als Großtrombe oder Windhose bezeichnet) wird feuchte Luft nach oben gewirbelt. Die rotierende Luft kann Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Stunde erreichen. Der Durchmesser beträgt einige zehn Meter bis einige Kilometer. Der trichterförmige Drehwirbel wird durch die Kondensation von Wasserdampf und allem, was er von der Bodenoberfläche mit sich führt, sichtbar.  

Ein solcher „Wirbel“ kann großen Schäden anrichten: er kann Autos von der Straße reißen, Bäume entwurzeln und sogar Holzhäuser aus ihrem Fundament reißen. Durch den heftigen Wind werden schon kleine, herumfliegende Trümmer zu lebensgefährlichen Geschossen.

Um den Schaden eines Tornados einschätzen zu können, stufen Meteorologen sie nach Windgeschwindigkeit ein. In den USA wird die Enhanced Fujita-Skala verwendet, benannt nach dem Forscher Dr. Tetsuya Theodore Fuijta. Sie umfasst fünf Stufen.

Skala	Geschwindigkeit	Auswirkungen
F0	bis 116 km/h	leichte Schäden (z.B. abgebrochene Äste)
F1	117 bis 180 km/h	mäßige Schäden (z.B. Autos kommen von der Straße ab)
F2	181 bis 251 km/h	starke Schäden (z.B. abgerissene Dächer, entwurzelte Bäume)
F3	252 bis 330 km/h	verwüstende Schäden (z.B. abgerissene Wände, entgleiste Züge)
F4	331 bis 417 km/h	vernichtende Schäden (z.B. umgeworfene Autos, größere Gegenstände schleudern durch die Luft)
F5	ab 418 km/h	katastrophale Schäden (z.B. solide Holzhäuser werden aus dem Fundament gerissen)

 

Tornados treten in den USA regelmäßig auf. In Europa sind es meist nur schwache Tornados (F0-F2) auf, die dann als Windhosen bezeichnet werden. In Deutschland wurden von 2011 bis 2021 jährlich zwischen 23 und 62 Tornadobeobachtungen bestätigt, 2016 sogar 490 Beobachtungen gemeldet (siehe „Tornadoliste Deutschland“). Sogar ein F4-Tornado konnte schon in Deutschland (Pforzheim)  registriert werden.

 

3.9.8.2  Wasserhose

Wasser ansaugende Tornados über dem Meer

Wasserhosen sind Tornados, die sich über dem offenen Wasser bewegen. Während der schnellen Drehbewegung wird auch Wasser mit angesaugt. Ein solches Phänomen tritt normalerweise im Herbst auf, wenn über dem Meer das Wasser noch warm ist und die kalte Polarluft darüber geführt wird. Sobald die Wasserhose über Land kommt, nimmt die Aktivität schnell ab.

 

3.9.8.3  Staubteufel

Kleinräumige, thermisch verursachte Luftverwirbelungen mit z.B. Staub und Sand

Staubteufel oder dust devils treten im Gegensatz zu Tornados nicht in Zusammenhang mit Wolken auf. Sie bilden sich im Gegensatz zu Tornados nicht in der Höhe, sondern am Boden durch Überhitzung. Es sind kleine wirbelartige Aufwinde, die Staub, Laub, Sand oder Heu in einem Strudel nach oben tragen. Staubteufel treten an guten Thermiktagen mit wenig Wind auf, wenn sich eine Thermikblase vom Boden löst. Sie sind weniger heftig als Windhosen und verursachen in den meisten Fällen keine Schäden. Sie werden meist nur einige zehn Meter hoch. In Wüstengebieten können Sandstürme auftreten, bei denen der Sand in große Höhen getragen wird.

 

Zusammenfassung

Gefährliche Flugzustände können verursacht werden durch:

• Sichtreduzierende Phänomene: Segelflug ist nur erlaubt, wenn die Sichtflugbedingungen erfüllt sind. Nebel, Dunst, Rauch können die Sicht verschlechtern, besonders beim Fliegen gegen die Sonne.

• Turbulenz kann durch Verwirbelungen in Luftschichten, an Hindernisse, Bergen und durch starke Thermik verursacht werden. Gefährlich sind auch die Wirbelschleppen hinter Luftfahrzeugen, wenn sie auf ein leichteres Luftfahrzeug treffen. Wenn das Auftreten von Turbulenzen zu erwarten ist, sollte die Fluggeschwindigkeit erhöht werden, um die Kontrolle über das Luftfahrzeug zu behalten.

• Windscherung ist eine örtlich begrenzte plötzliche Änderung der Windrichtung und Windstärke. Sie tritt sehr häufig während eines Gewitters auf.

• Gewitterwolken sind riesige mehrstöckige Wolken, die bei hochreichender instabiler Schichtung in große Höhen reichen. Die Wolke wächst weiter bis zur Tropopause, wo sie sich nur noch zur Seite ausbreitet und den Amboss bildet. Wir können drei Stadien unterscheiden:
  • Wachstums- oder Aufbaustadium: Der Cumulus congestus wächst weiter und es bilden sich Eiskristalle und die Anfänge von Niederschlagselementen, die durch die starken Aufwinde im Cumulus in große Höhen getragen werden. 
  • Das Reifestadium: Der Niederschlag, der herunterfällt, kann u.U. wieder hochgesaugt werden und mehrmals im Aufwindbereich aufsteigen und sich zu Hagelkörnern entwickeln halb geschmolzene Schnee, der herunterfällt, wird wieder hochgesaugt und entwickelt sich zu Hagelkörnern. Wenn die Hagelkörner bis zum Boden fallen, nehmen sie kalte Luft aus großer Höhe mit. Dieser sehr kalte absteigende Luftstrom (Downburst) fließt am Boden in alle Richtungen und verursacht eine Mini-Kaltfront. Die herabfallende Kaltluft kann gegen die vorherrschende Hauptwindrichtung strömen (Windscherung). Sind die Hagelkörner zu groß fällt der Hagel, ob geschmolzen als Regen oder fest, auf den Boden. In diesem Entwicklungsstadium gibt es bei großen Cb's Niederschläge, starke Windböen und elektrische Entladungen. 

  • Das Auflösungsstadium: Wenn die Hebungsprozesse im Cb vollständig zum Stillstand gekommen sind, beginnt die Auflösungsphase. Der Niederschlag nimmt ab und wird gleichmäßiger. Die Wolke löst sich langsam auf.

• Die Gefahren von Gewittern:
  • Blitzeinschläge
  • drehender Wind, Böen und Turbulenzen
  • Downbursts, Tornados
  • starke Windzunahme und Drehung der Windrichtung (180°)

  • Starkniederschlag, Hagel, Eisansatz

• Eisansatz an Tragflächen und an den Rudern: In Wolken können stark unterkühlte Wassertröpfchen (-4°C bis -12°C) vorkommen, die beim Aufprall auf das Luftfahrzeug gefrieren und zum Eisansatz führen (Raueis).

• Eis an Rumpf und Tragflächen: Wenn du durch unterkühlten Regen fliegst, prallen die Wassertröpfchen (< 0°C) auf das kalte Luftfahrzeug, gefrieren und es bildet sich langsam eine durchsichtige Schicht Eis auf der Tragfläche (Klareis).

• Eisbildung:
  • verschlechtert das Profil
  • reduziert den Auftrieb
  • erhöht das Gewicht
  • verstopft Pitot- und die Statiköffnungen
  • kann die Ruder blockieren
  • Orientierungs- und Kontrollverlust, weil man in der Wolke nichts mehr sehen kann
  • beim Einsaugen in die Wolke besteht die Gefahr des Erfrierens (-50 °C.)
  • Sauerstoffmangel
  • sehr starkes Steigen und Fallen in der Wolke

• Inversion kommt aus dem lateinischen und heißt Umkehrung. Eine Inversionswetterlage ist also von der Umkehr der Temperaturverhältnisse zwischen Höhe und Erdboden geprägt. Aus dieser Erscheinung können sich sekundäre Gefährdungssituationen ergeben:
  • Inversionswetterlagen als Ursache für sichtreduzierende Phänomene kommen besonders im Herbst und Winter bei windschwachem Hochdruckeinfluss vor. Weil kalte Luft schwerer ist als warme Luft, sammelt sich die nächtliche Kaltluft in Mulden, Senken und Flusstälern, wo sich dann häufig Nebel bildet. Schafft es die Sonne tagsüber nicht diese Kaltluftseen ausreichend zu erwärmen, löst sich der Nebel lange nicht auf. 
  • Reichern sich zusätzlich Schadstoffe in der bodennahen Kaltluft an (z.B. Autoabgase in Ballungsgebieten) kann es zu einer extremen Sichtverschlechterung, dem „Smog“, kommen. Der Begriff 'Smog' ist eine Kombination aus zwei Wörtern, 'smoke' (engl. für Rauch) und "fog" (engl. für Nebel). Häufig kann sich der Nebel erst bei Annäherung eines Schlechtwettergebietes auflösen, wenn sich durch den stärkeren Wind die beiden unterschiedlichen Luftschichten durchmischen.
  • Inversionen können auch Ursache für Turbulenz und Windscherungen sein.
    Da ein Vertikalaustausch der Luftschichten im Bereich von Inversionen nicht möglich ist, können sich hier markante Windscherungen aufbauen. An der Obergrenze der Inversion findet man oft einen sogenannten Low-Level-Jet. Bei An- und Abflügen im Bereich eines Flugplatzes in bergigem Gelände kann es neben der Sichtreduktion an der Grenze der Bodeninversion somit auch zu heftigen Turbulenzen bzw. Scherwinden kommen, die bei schwach motorisierten Luftfahrzeugen Probleme verursachen können.

• Gefahren beim Fliegen im Gebirge: 
  • Bei starkem Wind können auf der Leeseite eines Berges sehr turbulente Luftströme entstehen. 
  • Der Wind bewegt sich im Gebirge lieber um die Berggipfel herum als über sie hinweg. Das bedeutet, dass er zwischen zwei Berggipfeln besonders stark bläst, und hinter dieser Düse können die Turbulenzen noch viel stärker sein. 
  • Ein Gewitter, das in einem Tal entsteht, kann in kürzester Zeit in das nächste Tal ziehen. Ein zu spät erkanntes heranziehendes Gewitter in einem Tal oder eine sich schließende Wolkendecke können die Rückkehr zum Landeplatz komplett blockieren. 
  • Ein starker Wind kann einen Rotor auf der Leeseite des Berges erzeugen. 

  • Je steiler der Hang und je stärker der Wind, desto größer ist die Gefahr von Verwirbelungen oberhalb des Gipfels und an der Stelle, an der sich der Hang nach oben wölbt.

• Tornados (Wind- und Wasserhosen) sind kleinräumige Luftwirbel in der Erdatmosphäre mit annähernd senkrechter Drehachse. Sie wirbeln feuchte Luft mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Stunde auf. Sie sind unter Gewitterwolken als trichterförmiger Rüssel sichtbar. Eine Wasserhose ist ein Tornado, der über offenem Wasser bleibt und Wasser in die Höhe zieht.

• Staubteufel sind durch Thermikablösung entstandene kleine Wirbel, die Staub, Blätter, Sand oder Heu nach oben tragen.
  

Anmerkung

Und wenn du Interesse hast und das eine oder andere noch wissen möchtest, findest du in diesem Kapitel unter - Unterrichtsmaterial "Meteorologie" - ältere Flugsicherheitsmitteilungen (fsm), die sich mit

• Gewitter und Flugbetrieb
• Vereisung
• Einflug in Schlechtwetter mit der Gefahr der räumlichen Desorientierung

befassen.

 

Anker:  sichtred. Phäno = Gefa0; Turbulenz = Gefa1; Windscherung = Gefa2;

Gewitter = Gefa3; Entsteh. Gew. = Gefa3a; Verlauf Zxklen =Gefa3b;Gefahren fliegen = Gefa3c; elektr. Entl. = Gefa3d; Blitzeinschlag = Gefa3e; Downburst = Gefa3f; Vermeidung = Gefa3g;

Vereisung = Gefa4; Arten+Ursachen = Gefa4a; Ursachen = Gefa4a1; V-Arten = Gefa4a2; Risiken Vereisung = Gefa4b; Vereisungsrisiken = Gefa4b1; Vereisungsvermeidung = Gefa4b2;

Inversion = Gefa5; Gefahren in Berggebieten = Gefa6; Vorwort = Gefa6; Einfluss Gelände = Gefa6a; Aufwind = Gefa6b; Talinversion = Gefa6c;

Tornado+Staub = Gefa7; Einleitung Gefa7; Tornado = Gefa7a; Wasserhose = Gefa7b; Staubteufel = Gefa5c;

Zusammenfassung = Gefa-Zus; Anmerkung = Gefa8

xxxxxxxxxxxxxxxx