Kapitel 9: Der Temperaturgradient, kurz Temp oder Emagramm, und was er bedeutet

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1 Kapitel 9: Der Temperaturgradient, kurz Temp oder Emagramm, und was er bedeutet Der Temperaturgradient gibt an, um wieviel C es pro 100 Meter nach oben hin kälter wird. Je schneller es nach oben hin kälter wird, umso labiler die Luftschichtung. Labile Luft ist wichtig, damit Thermik aufsteigen kann. Deshalb ist es interessant zu wissen, wie der Temp des Tages aussieht. Wird es mit zunehmender Höhe nur langsam kalt oder sogar mal wärmer, ist die Atmosphäre stabil geschichtet, eine thermische Entwicklung wird um so unwahrscheinlicher, je stabiler es wird. Anhand des Temp kann der Pilot viele Vorhersagen bezüglich Thermik und Wetter machen. Kennt er den Temperaturverlauf mit der Höhe, weiß er dazu die Bodenfeuchtigkeit und den Taupunkt und die vorhergesagte Tageshöchsttemperatur, kann er folgende Werte ermitteln: Basishöhe, Auslösetemperatur (die Temperatur die am Boden nötig ist, damit die Thermik Kumuli bildet), die Gewitterwahrscheinlichkeit oder erwartete Wolkenmächtigkeit und die erwartete Thermikgüte. Das hört sich alles ziemlich kompliziert an. Anhand von vielen anschaulichen Beispielen wird es aber einfach erklärt. Die Werte erhält man von einer Radiosonde. Auf eine detaillierte Beschreibung des Diagrammpapiers mit den dazugehörigen Linien der Isothermen, dem Sättigungsmischungsverhältnis, den Feucht- und Trockenadiabaten usw. soll hier verzichtet werden. Es soll aber ein Verständnis für die prinzipielle Bedeutung des Temp vermittelt werden. Radiosonde Eine Radiosonde (besser bekannt unter dem Namen Wetterballon) dient der Meteorologie zur Messung von Parametern der Atmosphäre bis in große Höhen. Bild 9.1 Diese Ra- diosonde wurde im Isartal Die Radiosonde misst Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit während der Ballon in die Höhe steigt. Periodisch werden die gesammelten Daten per Funk an die Bodenstation gesendet. Per Richtfunk kann Höhe starke Temperaturabnahme feuchte Luft trockene Luft Taupunktskurve gefunden. Unten hängen Sensoren dran, per Funk werden die Messwerte übertragen. Höheninversion Temperatur Windrichtung schwache Temperaturabnahme Temperaturkurve der Luft Bodeninversion Bild 9.2 Aus dem Temperaturverlauf mit der Höhe (rot) und der Taupunktskurve (grün) erhält man viele Informationen bezüglich des Wetters. Ist der Abstand der beiden Linien groß, ist die Luft in dem Bereich trocken. Berühren sich die Linien, herrscht 100% Luftfeuchtigkeit, die Radiosonde ist durch eine Wolke gestiegen. Je steiler die Temperaturkurve nach links läuft, umso labiler ist die Luft. Läuft die Kurve nach rechts, nimmt die Temperatur zu, eine Inversion liegt in dieser Höhe. 212

2 die Position einer Radiosonde gemessen werden, um die Windrichtung zu bestimmen. Moderne Radiosonden nutzen dazu einen GPS-Empfänger. Im Internet kann sich jeder die Radiosondendiagramme anschauen. Ein Originaltemp ist im Bild 9.21, Seite 222 abgebildet. Die ermittelten Werte werden in ein Diagrammpapier eingetragen. Im Bild 9.2 ist das schematisch dargestellt. Die Sonden werden gegen Mitternacht und mittags gestartet. Für die eigene Vorhersage des Wetters ist es wichtig, sich die Sondenwerte anzuschauen, die wohl am besten für das ausgesuchte Fluggebiet passen. In den bayerischen Alpen könnte der Pilot sich die Werte von Innsbruck, Stuttgart oder München anschauen. Bei Südlagen treffen die Werte aus Innsbruck besser zu, weil die Luft aus Innsbruck zu den Voralpen geführt wird. Bei Nordlagen treffen eher die aus München zu. Im Bild 9.2 verlaufen die Linien konstanter Temperatur vertikal. Da die Temperatur mit zunehmender Höhe meistens abnimmt, läuft die Temperaturkurve normalerweise nach links. Läuft sie nach rechts, liegt in dieser Höhe eine Inversion. Dieses Diagramm wird als Temp bezeichnet. Das in der Schweiz bekanntere Diagramm, das Emagramm ist im Prinzip ähnlich aufgebaut, nur laufen die Linien konstanter Temperatur in einem 45 - Winkel nach links. Das bedeutet, die Kurve der Lufttemperatur ist nicht so schief wie im Temp. Im Emagram ist die normale Temperaturkurve damit in etwa eine Senkrechte. Rechts am Rand des Diagramms werden die Windgeschwindigkeit und Windrichtung eingezeichnet. Im Bild 9.2 nimmt die Geschwindigkeit nach oben hin zu und der Wind dreht von Ost auf Südost. Die durchschnittliche Abnahme der Temperatur mit der Höhe beträgt innerhalb der Troposphäre (Wetterschicht) 0,65 C/100m. Dieser Wert, den Schüler immer wieder mit trocken- und feuchadiabatischen Werten verwechseln, hat mit der Luft, die gerade vorhanden ist, nichts zu tun. Die trockenadiabatische Temperaturabnahme aufsteigender Warmluft beträgt zirka 1,0 C/100m. In der Wolke kühlt sich die weiter aufsteigende Thermik feuchtadiabatisch um zirka 0,6 C/100m ab. Die feuchtadiabatische Abnahme ist kleiner, weil bei der Wolkenbildung Kondensationsenergie frei wird. Die feuchtadiabatische Abnahme ist außerdem variabel und wird größer bei sinkender Temperatur. Das liegt daran, dass kalte Luft weniger Feuchtigkeit aufnehmen kann und der Einfl uss der Kondensationsenergie demzufolge geringer wird. In extrem kalter Luft nähert sich der feuchtadiabatische Wert dem trockenadiabatischen an. Grobe Schnellbestimmung des Temperaturgradienten der unteren Luftschichten Um eine Aussage über die Thermikgüte zu erhalten, sollen hier Anhaltswerte benutzt werden. Diese Daten erhält man zum Beispiel aus dem Segelfl ugwetterbericht. Höhe Temperatur Windrichtung Geschwindigkeit Meter C Grad km/h Der Gradient zwischen 1000 und 2000 Meter berechnet sich jetzt ganz einfach. Die Temperaturdifferenz von 7 C (die Differenz von 25 und 18 ) pro 1000m entspricht einen Temp von -0,7 C/100m (minus, weil die Temperatur abnimmt). Als Tabelle erhält man: 213

3 Temp, ( C/100m) Höhe 1000 bis 2000 m Höhe 2000 bis 3000 m Höhe 3000 bis 5000 m -0,7-0,8-0,4 schließen, dass bis in diese Höhen keine Inversion vorliegt und die Gewittergefahr am Nachmittag wäre erheblich. Tabelle 9.3 Ein ausgesprochen guter Tag: unten labile Luft, oben eine Inversion. Weitere Erklärungen im nächsten Absatz. Die Werte aus Tabelle 9.3 reichen aus, um eine grobe Vorstellung von der Thermik dieses Tages zu erhalten. Dieses Beispiel zeigt einen ausgesprochen guten Streckenfl ugtag. Im unteren Höhenbereich bis 3000 Meter besitzt die Atmosphäre eine starke Temperaturabnahme mit der Höhe. Nach oben hin wird es schnell kalt, was wiederum bedeutet, die Thermik besitzt starken Antrieb und steigt damit schnell. Das fast noch Wichtigere ist die geringe Abkühlung irgendwo zwischen 3000 und 5000 Meter. Das deutet auf eine starke Inversion in der Höhe hin und verhindert so übermäßiges Wachstum der begehrten Kumuli. Die Gewittergefahr ist sehr gering! Wäre die Temperatur in 5000 Meter nicht plus 2 C, sondern zum Beispiel minus 8 C, so wäre der Temp 0,9. Das würde darauf Von folgenden Richtwerten des Temp kann der Pilot ausgehen. - Ein positiver Gradient existiert in Inversionen, es entsteht keine Thermik. - Ein Gradient von 0 (Isothermie) bis 0,2 ist zum Thermikfl iegen ganz schlecht. - Ein Gradient zwischen 0,2 und 0,4 lässt auf schwache Inversionen und extrem schwache Thermik schließen. In der Höhe ist so ein Temp erwünscht, in Bodennähe ist er schlecht zum thermischen Fliegen. - Ein Gradient zwischen 0,4 und 0,5 deutet schwache Thermik an. Das ist gut um Thermikfl iegen zu erlernen, es ist nicht zu turbulent in der Luft. Er ist zu gering, um große Strecken zu fl iegen. Bei diesen Bild 9.4 Abendliche gewaltig wachsende Wolken deuten auf hohe Labilität hin. Aus dem Temp des Tages konnte diese Entwicklung abgelesen werden. Es lag keinerlei Inversion vor. Der Temp besaß Werte zwischen -0,7 und -1,0 und das bis in große Höhen. 214

4 Tempwerten dauert es lange, bis sich die Thermikblasen vom Boden lösen. Wenn sie sich lösen, steigen sie langsam auf und ziehen viel aufgewärmte Luft aus der Umgebung nach sich. Solche Blasen lassen sich einfach zentrieren, sind ruhig, kommen aber nur mit großen zeitlichen Abständen - Ein Gradient zwischen 0,6 und 0,8 lässt auf starke Thermik schließen. Entsprechend turbulent ist es in der Luft. Das sind gute Werte für den großen Streckenflug. - Ein Gradient zwischen 0,9 und 1,0 lässt auf stärkste Thermik schließen, daneben aber auch stärkste Sinkbereiche. Da bei einem so hohen Temp die Thermikablösung sehr schnell stattfindet, lösen sich schon kleinste Blasen vom Boden und steigen sehr schnell auf. Es entstehen extrem bockige Verhältnisse. Das ist nicht so gut zum Thermik- und Streckenfliegen geeignet. Wenn bei diesen Temp-Werten keine Inversion in der Höhe gegeben ist - oder trockene Luft in der Höhe liegt - besteht hohe Gewittergefahr. Oder die aufsteigenden Kumuli werden zu groß und bedecken großflächig den Himmel, was wiederum die nachfolgende Thermikentwicklung erheblich behindert. Vergleiche Bild 1,33 Seite 42. Idealtemp für starke und schöne, aber nicht bockige Thermik Es wäre schön, wenn am Boden der Gradient eine Größenordnung von -0,6 hat, dann entstehen genügend oft und genügend starke Blasen. Steigt der Gradient dann kontinuierlich auf Werte von -0,8 bis -0,9 ist das auch gut, damit die Blasen zügig nach oben weiter steigen. Nun sollte er aber gegen Basishöhe langsam wieder abnehmen, so zirka -0,4, damit die Blasen langsam gestoppt werden und damit die Turbulenzen am Rand der Thermik kleiner werden. Eine darüber liegende Absinkinversion verhindert Gewitter und trockene Luft in diesen Höhen verhindert, dass sich die Wolken ausbreiten. Solch ein Tag ist ein Genuss für Piloten. Es gibt viel Thermik, nicht zerissen, breit, mit wenig Turbulenzen, oben raus ist die Thermik stark und die Basis ist hoch. Das sind die seltenen Tage für Rekordflüge. Für Thermikeinsteiger ist es ruhiger, wenn der Gradient überall -0,5 bis -0,6 beträgt. Die Thermik ist breit und meist nicht zu turbulent. Je aktiver der Pilot fliegen kann, um so größer dürfen die Gradientwerte werden. Bild 9.5 Thermik steigt großflächig auf, das Wolkenwachstum ist aber nach oben hin begrenzt. Der Temp des Tages zeigte zwischen 2000 und 3000 Metern eine Inversion, der Gradient betrug dort -0,3 C/100m. Bild 9.6 Anfängertaugliche Thermik. Großflächig, nicht zu stark und nicht zu hoch gewachsen. Der Temp betrug in unteren Höhen -0,55 und in 3000 Meter lag eine Absinkinversion. 215

5 Gradientcheck zweier Bergstationen Mit einem Gradientcheck zweier Bergstationen kann sich der Pilot den durchschnittlichen Temp in dieser Region besorgen. Diese Daten bekommt man aus dem Internet, Radio oder telefonisch. Die Temperatur- und Höhendifferenzen werden geteilt. Beispiel 1: Säntis (2500 m) Temperatur 12 C Jungfraujoch (3573 m) Temperatur 4 C ergibt einen Temp von -0,75 Erfahrungen der Segelfl ieger ergeben, dass gute Streckenlagen vorliegen, wenn der Temperaturunterschied zwischen Säntis und Jungfraujoch zwischen 6 und 9 C beträgt. Dann ist der Temp zwischen -0,56 und -0,84. Ermittlung der Wolkenbasis und Wolkenhöhe Aus dem Radiosondendiagramm kann der Pilot nicht nur auf die Thermikgüte schließen, sondern folgendermaßen auch Basishöhe und Wolkendicke bestimmen. Höhe Höhe der Blauthermik Höhenwolke Feuchtigkeit welche die Thermik mit nach oben nimmt Temperaturabnahme der Thermik Beispiel 2: Hohenpeißenberg (977 m) Temp. 16 C Zugspitze (2960 m) Temperatur 2 C ergibt einen Temp von -0,71 Erfahrungen der Segelfl ieger ergeben, dass gute Streckenlagen vorliegen, wenn der Temperaturunterschied zwischen Hohenpeißenberg und Zugspitze zwischen 12 und 15 C beträgt. Dies entspricht einem Temp von 0,61 bis 0,76 Ist der Temperaturunterschied geringer als die angegebenen Werte, ist die Thermik schwach. Ist der Temperaturunterschied höher, war es zu labil und durch Überentwicklungen oder Ausbreitungserscheinungen war der Thermiktag zu früh zu Ende. Temperatur z.b. 20 C Bild 9.7 In den Temp des Tages zeichnet der Pilot die erwartete Tagestemperatur (z.b 20 C) ein. Mit einer (trockenadiabatischen) Abnahme der Temperatur von -1 C zieht er eine Linie (blau) zur Zustandskurve der Luft. In der Höhe, wo sich die beiden Linien treffen, hört die Thermik auf. Jetzt stellt sich die Frage: Gibt es auch Wolken? In diesem Beispiel noch nicht. Um das bestimmen zu können, zieht er eine Linie (gepunktet grün) vom Taupunkt des Bodens (das ist die Feuchtigkeit, die in der Thermik mit aufsteigt) leicht schräg (auf der Linie des Sättigungs-Mischungsverhältnisses) nach oben. Berührt die blaue Linie die Temperaturkurve niedriger als die gepunktete, gibt es keine Wolken, sondern Blauthermik. Wer hier genau rechnen möchte besorgt sich ein Stüve-Diagramm Papier. Da sind auch die ganzen angesprochenen Linien drauf zu finden. Bild 9.8 Der Rosengarten, Dolomiten (I), gegen Abend. Eine im Temp erkennbare Absinkinversion ließ weiterhin gutes Wetter erwarten. 216