Wetter ist lebenswichtig
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Meteorologie 1 Meteorologie 1 Meteorologie 1 • • • • • Unser Lernziel : Wetter ist lebenswichtig • • • • • • • • • Zwei Hauptursachen für Unfälle in der General Aviation VFR • Pilotenfehler und Human Performance ca 45 % ca. • Fehlerhafte Wettereinschätzung ca. 43 % • Technik ca 12% Die Atmosphäre • • • • • • • • • Gasgemisch ca. 78% Stickstoff N ca. 21% Sauerstoff O ca. 1% Edelgase und Gasspuren Variabel : CO2, H2O Bis etwa 80km Höhe gleiche % - Anteile ½ Druck in ca. 5,5km Troposphäre – Wetter ! Tropopause ca. 11km darüber Isothermie Aufbau der Atmosphäre Temperatur, Druck, Feuchte Standardatmosphäre – Höhenmesser Wind Turbulenz Wind, Turbulenz, Thermodynamik Wolken, Niederschläge, Gewitter, Eis Luftmassen, Fronten und Druckgebiete Nebel Typische Wetterlagen im Alpenraum Die Atmosphäre • • • • • • • • • • • • • • (c) PCR 03/2013 Am Ende dieses Kurses werden Sie mehr über die Atmosphäre wissen Wettererscheinungen kennen lernen Gefahren des Wetters erkennen lernen Wetter besser verstehen können Gasgemisch ca. 78% Stickstoff N ca. 21% Sauerstoff O ca. 1% Edelgase und Gasspuren Variabel : CO2, H2O Bis etwa 80km Höhe gleiche % - Anteile ½ Druck in ca. 5,5km Troposphäre – Wetter ! Tropopause ca. 11km darüber Isothermie Bis zur Tropopause „Standardatmosphäre“ +150 C in MSL -20 C pro 1000 ft 1013,25 hP in MSL trocken 1 Meteorologie 1 Die Atmosphäre • • • • • Über der Tropopause Isothermie – zunächst gleichbleibende Temperatur ca. –560 C, dann wieder Temperaturzunahme Stratosphäre bis ca. 50 km Temperatur nimmt zu Mesosphäre bis ca. 80 km Temperatur nimmt ab Ionosphäre Temperatur nimmt zu Gase sind ionisiert Reflexion von LW, MW und KW Polarlichter Temperatur • • • • • Druck • • • • Flüssigkeiten nicht kompressibel Luft ist kompressibel nichtlinearer Druckverlauf Maßeinheiten Hektopascal hP mb nicht mehr Inch Länge der Quecksilbersäule im Quecksilberbarometer g mit Messung Quecksilberbarometer Dosenbarometer Höhenmesser ! • • • • • • Prinzip Dosenbarometer mit Anzeigekorrektur für den eingestellten Luftdruck • QFE der auf dem Flugplatz gemessene aktuelle Luftdruck • QNH der auf Meeresniveau reduzierte aktuelle Luftdruck • QNE (Standard) Einstellung des Höhenmessers auf 1013,25 hP (Flugflächen) (c) PCR 03/2013 0K = 0C + 273 0C = 5/9 x (0F - 32) 0F = (9/5 x 0C) +32 Druck • • Höhenmessereinstellungen Erwärmung der Erde durch die Sonne Einfallswinkel der Strahlung Sommer / Winter Erwärmung der Atmosphäre durch Erwärmung des Bodens und Durchmischung Maßeinheiten 0C, 0K, 0F, andere nicht mehr Messung mit Flüssigkeitsthermometer Bimetallthermometer Widerstandsthermometer Infrarotsensor Flüssigkeiten nicht kompressibel Luft ist kompressibel nichtlinearer Druckverlauf Maßeinheiten Hektopascal hP mb nicht mehr Inch Länge der Quecksilbersäule im Quecksilberbarometer g mit Messung Quecksilberbarometer Dosenbarometer Höhenmesser ! Druckabnahme nahe MSL ca. 27 ft / hP Druckabnahme in 5.5km Höhe ca. 54 ft / hP Hauptdruckflächen 850 hP, 700 hP, 500 hP Höhenmessereinstellungen • Prinzip Dosenbarometer mit Anzeigekorrektur für den eingestellten Luftdruck • QFE der auf dem Flugplatz gemessene aktuelle Luftdruck • QNH der auf Meeresniveau reduzierte aktuelle Luftdruck • QNE (Standard) Einstellung des Höhenmessers auf 1013,25 hP (Flugflächen) • Temperaturfehler „vom Warm ins Kalt – es knallt“ 2 Meteorologie 1 Zustandsänderungen des Wassers Feuchte • • Wasserdampf in der Atmosphäre abhängig von der Temperatur kann Luft Wasserdampf bis zu einem maximalen Wert aufnehmen Maßeinheiten absoluter Wert g/m3 unpraktisch 0,8g bei -200C , 28g bei 30 0C ! relativer Wert in % des maximal möglichen Wertes Wertes, gutes Maß für menschliches Befinden (Sauna) Temperatur und Taupunkt Temperatur ist immer höher als der Taupunkt Differenz = Spread wenn gleich - Kondensation Messung relative Feuchte mit Haarhygrometer (Naturhaar oder hygroskopischer Kunststoff) Widerstandmessung (feuchteabhängiges Material) • • Dampfdruck Druckanteil (Partialdruck) des Wasserdampfs am Gesamtluftdruck, ein Maß für die Luftfeuchtigkeit • • • • Taupunkt Die Temperatur, auf die ich abkühlen muss, damit Kondensation eintritt fest - gasförmig Energie (Wärme) wird zugeführt Eis „verschwindet“, ohne vorher zu schmelzen gasförmig – fest Energie (Wärme) wird abgegeben Eis setzt sich an, ohne dass Wasser zu sehen ist (Reif) kann auch mit % relativer Feuchte und Temperatur errechnet werden Thermodynamik Thermodynamik • • Vertikaler Temperaturgradient : Änderung der Temperatur mit der Höhe Schichtung: in der umgebenden Luft kann der Temperaturgradient anders sein als erwartet • Stabile Schichtung Ein Luftpaket kommt beim Aufsteigen kälter an als seine Umgebung – kann nicht weiter steigen • Labile Schichtung Ein Luftpaket kommt beim Aufsteigen wärmer an als seine Umgebung – steigt immer weiter • Indifferent Ein Luftpaket kommt beim Aufsteigen gleich warm an wie seine Umgebung – bleibt dort • Adiabatische Zustandsänderungen Ohne externe Zu – oder Abfuhr von Energie Aufsteigen - Expansion – Abkühlung Absinken - Kompression – Erwärmung Trockenadiabatischer Gradient ca. 10 C pro 100 m Feuchtadiabatischer Gradient ca. 0,60 C pro 100 m wegen der frei werdenden Kondensationswärme Messung Ballonaufstieg Temperatur, Druck, Feuchte • • • Thermodynamik • Föhneffekt feuchte Luft wird durch Wind zum Aufsteigen gezwungen Drucksysteme und Wind Aufsteigen feuchtadiabatisch nach Kondensation Abkühlung ca. 0,60C / 100 m Absinken trockenadiabatisch Erwärmung ca. 10C / 100 m feucht • • Linien gleichen Druckes Isobaren bezogen auf QNH Isohypsen bezogen auf QNE in der Flugfläche >> QFF Druckgradient Druckunterschied zwischen zwei Isobaren / Isohypsen bezogen auf ihre Entfernung • Windrichtung parallel zu den Isobaren, (Barisches Windgesetz), aber • Corioliskraft lenkt wegen der Erddrehung den Wind entlang der Isobaren ab ! trocken Die trockene Luft kommt wärmer an als die feuchte Luft vom Herkunftsort Bei 2000m Höhendifferenz: Abkühlung 120C Erwärmung 200C Bilanz +80C (c) PCR 03/2013 Wasser ist ein guter Wärmespeicher Verdunsten, verdampfen flüssig – gasförmig Energie (Wärme) wird zugeführt Schmelzen fest - flüssig Energie (Wärme) wird zugeführt Kondensieren gasförmig - flüssig Energie (Wärme) wird abgegeben Kristallisieren - Frieren flüssig – fest Energie (Wärme) wird abgegeben Sublimieren Überspringen eines Aggregatszustands Ohne Bodenreibung 3 Meteorologie 1 Drucksysteme und Wind Drucksysteme und Wind • Windrichtung (Nordhalbkugel) im Hoch : im Uhrzeigersinn im Tief : Gegen den Uhrzeigersinn • Windstärke Je enger die Isobaren aneinander liegen, desto stärker der Wind • Winddrehung Mit zunehmender Höhe dreht der Wind nach rechts und wird stärker • Im Hoch Absinken der Luft (Subsidenz) Divergenz (Auseinanderfließen) Erwärmung - Wolkenauflösung Drucksysteme und Wind • Windangaben • In Meldungen Richtung / Stärke z.B. Grad / Knoten oder m/sec Angabe fünfstellig In Karten Windpfeil mit Richtung Stärke am Ende mit Symbol • • Windmessung • Stärke Schalen – Anemometer Federbelastete Platte Pitotrohr mit Windfahne Richtung Wetterfahne • Vertikalbewegung Im Tief Aufsteigen der Luft Konvergenz (Zusammenströmen) Abkühlung - Kondensation Lokale Windsysteme • Durch verschiedene Aufheizung bei Tag und Nacht • Land - Seewind tagsüber vom Meer (See). nachts vom Land • Berg - Talwind tagsüber aus dem Tal nachts in das Tal SALOWW 211420Z 26015KT 9999 SCT025 ... SALZIB 211400Z 24008MPS 9999 SCT023 ... Turbulenz Turbulenz • Turbulenz = Luftunruhe es gibt keine „Luftlöcher“ • Auslöser Berge, Gebäude Föhn - Linsenwolken Thermik und Konvektion (c) PCR 03/2013 • Wirbelschleppen hinter Großflugzeugen im Anfl flug oder d Abflug Abfl Große Gefahr für folgende Flugzeuge ! Daher Kategorie L M H J im Flugplan angegeben 4 Meteorologie 1 Wolken Wolken • Wasserdampf ist nicht sichtbar gasförmig • Wolken durch Kondensation sichtbar gewordener Wasserdampf • Kondensation Temperatur sinkt bis auf den Taupunkt Wassertröpfchen lagern sich an Kondensationskeime. • Wolkenformen • KondensationsAlle Wolken erfordern Hebung der Luft auf niveau Temperatur und das Kondensations - Niveau Taupunkt sind dort Cumulus Stratus gleich in labiler Schichtung in stabiler Schichtung Faustformel : = 400 x Spread Wolkenstockwerke Stabile Schichtung Durch alle Stockwerke Boden bis Tropopause Oberes Stockwerk ab 6000 m Bezeichnung „cirro“ Nimbostratus Labile Schichtung Cumulonimbus Cirrostratus Cirrocumulus Altostratus Altocumulus Mittleres Stockwerk 2000 – 6000 m B Bezeichnung i h „alto“ lt “ Unteres Stockwerk Boden bis 2000 m Stratus Cumulus Messung der Wolkenhöhe Beobachtung / Schätzung Höhenvergleich mit Gelände Ceilometer : Laser – oder Radarmessung Wolkenscheinwerfer Wolken Wolken Zusammenfassung Bedeckungsgrad Vom Beobachter aus gesehen rund um die Beobachtungsstation ! Angabe in Achteln SKC 0/8 Sky Clear Wolkenlos FEW 1/8 – 2/8 Few Wenig bewölkt SCT 3/8 – 4/8 Scattered Aufgelockert BKN 5/8 – 7/8 Broken Durchbrochene Wolkendecke OVC 8/8 Overcast Geschlossene Wolkendecke Wolken Beispiele Stratus – auch auf Oberseite flach Cumulus (c) PCR 03/2013 Wolken Beispiele Stratocumulus Towering Cumulus Cumulonimbus Cirren Nimbostratus und Cumulus fractus Cirren, Lenticularis, Altocumulus 5 Meteorologie 1 Stadien : Cumulusstadium Towering Cumulus schießt schnell hinauf Eis über Nullgradgrenze Reifestadium Bis zur Tropopause (Amboss), Hagel, Vertikalströmungen mit > 5000 fpm, Ladungstrennung Böenwalze am Boden Auflösungsstadium regnet aus, wird „unscharf“ Gewitter Gewitter Voraussetzung : feucht, labil, Energiezufuhr Gefahren : Extreme vertikale Windscherungen Böenwalze bei Landung und Start Vereisung, Hagel, Blitze Voraussetzung : feucht, labil, Energie- (Wärme-) zufuhr, dadurch starke Konvektion Luftmassengewitter (Wärmegewitter) : feuchtlabile Luftmasse, einzelne isolierte Gewitter entstehen. Innerhalb einer Luftmasse vorhersagbar, der genaue Ort aber nicht Oft am Ende einer sommerlichen Hochdruckperiode, wenn die Luft ausreichend Feuchtigkeit hat. Frontalgewitter : Gewitter durch Hebung an der Kaltfront. Gut vorhersagbar, auch der Ort entlang der Front. Wenn zusammenwachsen – Squall Line Orographische Gewitter : Hebung der feuchten Luft an einem Hindernis (Berg, Gebirge). Gut vorhersagbar, natürlich auch der Ort. Extremfälle : Tornados, Hurrikan. Durch extreme Konvektion entsteht im Kern ein Tiefdruckschlauch mit entsprechend starken Drehimpuls. Nicht nur in den Tropen ! Gewitter Luftmassen und Frontsysteme • • • hochschießende Towering Cumulus wird zur CB • • Luftmasse eine Luftmenge mit bestimmten Eigenschaften, z.B. Druck, Temperatur, Feuchte Grenze zwischen zwei verschiedenen Luftmassen Front Kalte Luft schwer – Hochdruck Polarkappe Subtropische Hochdruckgürtel Warme Luft leicht – Tiefdruck Subpolare Tiefdruckrinne Tropische Zone Allgemeine Zirkulation der Luft auf der Erde (Windsysteme und Jets (Starkwindbänder) Tornado südlich von Wien Frontsysteme • • • Polarfront in unseren Breiten wichtig für unser Wetter Wellenbildung an der Polarfront erzeugt ein Tiefdruckzentrum Kontinentale Luftmassen trocken im Sommer heiß, im Winter kalt Maritime Luftmassen feucht Im Sommer kalt im Winter warm (c) PCR 03/2013 Frontsysteme • • • • • Querschnitt durch ein Frontsystem mit Wolkenbildung und Niederschlägen Warmfront : warme Luft gleitet auf die kalte Luft kontinuierlich auf Warmsektor : stabil, schlechte Sichten Kaltfront : kalte Luft schiebt sich unter die warme Luft Rückseitenwetter : labil, gute Sichten 6 Meteorologie 1 Frontsysteme • • • Frontsysteme Okklusion : Kaltfront ist schneller als die Warmfront „Zusammenklappen“ Kaltfrontcharakter : nachkommende kalte Luft ist kälter – schiebt sich darunter Warmfrontcharakter : nachkommende kalte Luft ist wärmer – gleitet auf • Entwicklung einer Okklusion daher Fronten in der Höhe meist Eigenschaften sowohl von Kaltfront als auch von Warmfront Tröge auf der Rückseite der Kaltfront durch starke Krümmung der Isohypsen eine Tiefdruckrinne Zyklonenfamilien die erste Zyklone löst durch Resonanz weitere aus. Die Drehbewegung verursacht Kaltluftzufuhr aus dem Norden Niederschläge • • • • • • • • • • • Vereisung • Koaleszenz Die bei Kondensation entstehenden kleinsten Tröpfchen lagern sich an größere an, bis sie schwer werden und auch gegen Aufwinde zu Boden fallen. Cumulus >> mehr Aufwind – Tropfen können sich länger halten – Regenschauer Stratus >> weniger Aufwind – Tropfen fallen früher – Nieseln und regnen Unterkühlte Tropfen bis etwa –150C kann Wasser flüssig bleiben und gefriert erst beim Auftreffen auf Kondensationsteilchen oder ein Flugzeug – Vereisung ! Einteilung g der Niederschläge g : Nieseln - bis ca. 0,5 mm Tropfengröße Regen - mehr als 0,5 mm Tropfengröße Schnee - verzweigte Eiskristalle, die sich zusammenbacken (hexagonal) Schneegriesel – feine Eiskörnchen bis etwa 1 mm Reifgraupel - Eiskörnchen bis etwa 5 mm Frostgraupel - Eiskügelchen bis etwa 5 mm Hagel - Eiskugeln ab 5mm Eisprismen – feine Eisnadeln und Plättchen – schweben oft in Cirruswolken • • • Vereisung • • Eisansatz am Propeller Wirkungsgrad sinkt – kein Antrieb ! Vergaservereisung Eis im Vergaser kann Motor komplett abstellen ! • Eisansatz an Turbine oder Jet zerstört Strömung im Lufteinlass – Wirbel Bei ausreichender Feuchtigkeit auch bis +200C leicht möglich ! • • • Hagel kann enorme Schäden an Flügeln, Leitwerk und Rumpf anrichten (c) PCR 03/2013 Reif : Belag aus Eis, meist durch Sublimation Gepackter Schnee : Schnee oder Eiskristalle zusammengebacken Intensität : leicht : keine Richtungs – oder Höhenänderung notwendig, mäßig : Richtungs – oder Höhenänderung wünschenswert (< 5mm/min) stark : Richtungs – oder Höhenänderung sofort notwendig (> 5mm/min) Gefahren Aerodynamik der Tragflächen und der Steuerflächen wird gestört ! Gewicht ist weniger wichtig, aber auch Faktor Stall Speed wird höher ! Gefrierender Regen führt zu schlagartiger Vereisung (Klareis) – unterkühlter Regen unter Warmfronten. Nebel • • • • verringern Triebwerksleistung – „Flameout“ Eisbrocken können Schaufeln des Verdichters zerstören – Totalausfall • Voraussetzung Flugzeug muss mit unterkühlten Wassertropfen in Berührung kommen Temperaturbereich 00C bis –150C am gefährlichsten Vereisungsarten Raueis : Weiß milchig kleine gefrorene Tröpfchen mit Lufteinschlüssen Klareis : Durchsichtig, Tröpfchen schmelzen vor dem Gefrieren zusammen Definition : Sichtweiten unter 1000 Meter Hochnebel : bis 200 Fuß über dem Boden, sonst „Low Stratus“ Nebelbildung Advektionsnebel feuchte warme Luft streicht über kalten Boden und kondensiert. Wind notwendig. Nebel am Boden. Mischungsnebel feuchte warme Luft mischt sich mit kalter Luft und kondensiert. Wind notwendig. Nebel am Boden oder Hochnebel. St Strahlungsnebel hl b l Bei klarer Nacht kühlt sich feuchte Luft durch Wärmeabstrahlung des Bodens ab und kondensiert. Geht vom kalten Boden aus. Windstille und wolkenfreier Nachthimmel notwendig, Auflösung und Beständigkeit Der Boden muss wärmer werden oder warme Luft zugemischt werden. Die kalte (nebelige) Luft am Boden bildet in Beckenlagen oft einen „Kaltluftsee“ und bleibt liegen. Darüber oft warme Luft (Inversion) Hohe Vereisungsgefahr und geringere Triebwerksleistung 7 Meteorologie 1 Typische Wetterlagen im Alpenraum • Westwindlage bringt feuchte Meeresluft, östlich der Alpen Aufheiterung durch Föhneffekt Typische Wetterlagen im Alpenraum • • Nordföhn mit Nordstau Auf der Alpen – Nordseite staut sich die feuchte Luft und regnet aus Sie fällt trockener auf der Südseite ins Tal – Temperaturerhöhung. Temperaturerhöhung • • • V b Wetterlage ein Höhentrog über Mitteleuropa, durch die Zyklone nordöstlich erzeugt, induziert ein Bodentief, das langsam nordöstlich zieht Dauerniederschläge Meteorologie 1 • • • • • • • • • • Zusammenfassung Was wir jetzt besser kennen : Aufbau der Atmosphäre Temperatur, Druck, Feuchte Höhenmessereinstellungen Wind Turbulenz, Wind, Turbulenz Thermodynamik Wolken, Niederschläge, Gewitter, Eis Luftmassen, Fronten und Druckgebiete Nebel und seine Entstehung Typische Wetterlagen im Alpenraum ABER ES GIBT NOCH VIEL ZU LERNEN ! Südföhn mit Südstau Auf der Alpen – Südseite staut sich die feuchte Luft und regnet aus (feuchtadiabatisch) Sie fällt trocken auf der Nordseite ins Tal Temperaturerhöhung. Meteorologie 1 Weiterführende Information • Flugwetterkunde Willy Eichenberger Motorbuchverlag ISBN: 3613016834 • Flugwetterkunde Band 2 Der Privatflugzeugführer Verlag Schiffmann ISBN: 3935220049 • Flugwetterkunde Josef Struber Vom PPL zum ATPL nach JAR-FCL Weishaupt Verlag ISBN 3705901753 • Wetterlexikon ACG – Internetseite http://www.austrocontrol.at Wetter Wetterlexikon Ende Meteorologie 1 (c) PCR 03/2013 8
