Meteorologie in der Luftfahrt

Meteorologie in der Luftfahrt

Die Atmosphäre

Zusammensetzung

Die Atmosphäre ist die gashaltige Hülle der Erde, die man auch Luft nennt. Sie besteht aus verschiedenen Gasen (hauptsächlich: Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlendioxid), sowie aus flüssigen Partikeln (Wasser) und festen Körpern (Staub, (industrielle) Abgase, …).

Luftdruck

An einer bestimmten Stelle entspricht der atmosphärische Druck dem Gewicht der übereinanderliegenden Luftmolekülen (auf einer Oberflächeneinheit). Die Messeinheit ist der Pascal bzw. Hektopascal (Abk.: hPa). Der Durchschnittsdruck auf der Meeresoberfläche entspricht 1013,25 hPa. In der Höhe sinkt das Gewicht der übereinanderliegenden Luftmoleküle, wobei der Druck jede 15 km um den Faktor 10 fällt. In 5500 Metern Höhe beispielsweise entspricht der Druck 500 hPa. Diese Eigenschaft wird zur Höhenmessung benutzt, wobei der Höhenmesser eine einfache Druck-Höhe Umrechnung durchführt.

Dennoch ist der Druck auf der Erdoberfläche nicht immer gleich. Er kann sich sehr schnell verändern, wobei die Veränderung identisch zur Höhe erfolgt. Um eine Höhe hinsichtlich der Erde oder einer wahren Höhe zu messen, muss man die altimetrische Referenz mit dem aktuellen Druck auf Erdhöhe (das die Piloten QFE nennen), oder auf Meereshöhe (QNH) schlichten.

Die Druckunterschiede von einer geogr. Zone zur anderen veranlassen die Luft dazu, sich zu verschieben. Unter Auswirkung der Erdrotation (Corioliskraft), nimmt der Wind eine Richtung, in der er die Hochdrucks- und Niederdruckszonen nach einer Linie gleichen Drucks (auch Isobare genannt) einrollen kann. In Anbetracht der Reibung der Luft auf der Erde (in den niedrigen Schichten der Atmosphäre) ist der Wind viel schwächer und weicht um 30° (in die linke Richtung der Nordhemisphäre) ab. Diese Reibung bewirkt unter anderem Turbulenzen.

Siehe auch: Luftdruckmessung in der Luftfahrt

Temperatur

Die Lufttemperatur spielt in der Luftfahrt eine ebenso wichtige Rolle, weil sie die Dichte der Luft und ihre Zusammensetzung beeinflusst (Unter 0° neigen die Wasserpartikel beispielsweise dazu, zu gefrieren). Im Regelfall sinkt die Temperatur hinsichtlich der Höhe, wobei die Temperatur je 300 m um 2° fällt.

Allgemeine und besondere Phänomene

Fronten

Die Grenze zwischen der Kaltluft des Pols und der heißen Luft der Äquatorialzonen wird Polarfront genannt. Die Bewegungen der Heißluft in Richtung Pol und der Kaltluft in Richtung Äquator bewirken unter anderem, was man Umwälzung nennt. Ein Warmluftsektor zwischen zwei Kaltluftmassen bewirkt auf der Vorderseite eine Warmluftfront und auf der Hinterseite eine Kaltluftfront. Die Bewegungen dieser beiden Fronten bewegen ein ganzes Wolkensystem.

Wolkenbildung

Die Kondensation des Wasserdampfs bildet Wolken, die man in 10 verschiedene Arten klassifizieren kann:

• In niedriger Höhe findet man folgende Wolkenarten: Stratus, Stratocumulus, Cumulus und Cumulonimbus.
• In mittlerer Höhe findet man folgende Arten: Nimbostratus, Altostratus und Altocumulus.
• Am höchsten stehen folgende Wolkenarten: Cirrus (Wolke), Cirrostratus und Cirrocumulus. Die stratoformen Wolken sind durch einen beständige Winde, die cumuliformen durch unbeständige Winde gezeichnet.

Auf Erdhöhe werden die Rückgänge der Sichtbarkeit unter 5 km Dunst genannt. Sobald die Sichtbarkeit unter 1 km liegt, spricht man vom Nebel.

Abschirmung

Unter einer Abschirmung versteht man in der Segelflugmeteorologie eine mittelhohe bis hohe Wolkenschicht, welche die Sonneneinstrahlung und somit die Bildung von Thermik behindert.

Gefahren

Die besonderen und potenziell gefährlichen Phänomene in der Luftfahrt sind:

• Zu starke Turbulenzen können bei einem Flugzeug zu starken Strukturzwängen führen.
• Die Vereisung (des Flugzeugs) kann zu folgenden Effekten führen:
  • Erschwerung des Flugzeugs
  • Veränderung des Aerodynamikprofils und damit verringertem Auftrieb
  • Instrumentenfehler oder Blockierung der Steuerbefehle
  • Vereisung der Lufteingänge mit einem Absterben des Motors
  • beträchtliche Senkung des Rotorertrags des Propellers
• Die Gewitter schließlich vereinen die Gefährlichkeit beider vorangegangener Phänomene und fügen noch die Gefahr von starken Regengüssen und elektrostatischen Effekten, die von Blitzen begleitet werden, hinzu.

Die Unterstützung der Piloten

Die Piloten verfügen immer über eine bestimmte Anzahl an (Wetter-)informationen, die ihren Flug um ein vielfaches erleichtern.

Zunächst werden regelmäßige Beobachtungen auf bestimmten Geländen durchgeführt, die jede Stunde bzw. halbe Stunde in Form einer codierten Nachricht namens "METAR" übermittelt werden. Die Prognosen, Terminal Aerodrome Forecast genannt, werden zu diesen bestimmten Geländen assoziiert und bekommen eine Geltungsdauer von 3 Stunden. Diese Nachrichten enthalten folgende Informationen: Wind, Sichtbarkeit, Temperatur, Hygrometer, Wolkenhöhe und Trübheit, atmosphärischer Druck und besondere Phänomene. Außerdem zeigen Karten die besonderen Phänomene und die verschiedenen Windverhältnisse in den verschiedenen (Flug-)Höhen an. Während eines Fluges kann der Pilot beim Flugverkehrsservice die aktuellen Wetterinformationen und Prognosen anfragen.

Um einen Sichtflug oder einen Instrumentenflug durchzuführen, muss der Pilot auf ein paar meteorologische Minima achten, die von seiner Qualifikation, der Flugzeugausstattung, der Zonen, in denen er fliegt und dem Gelände, auf dem er startet oder landet, abhängen.

Bei Sichtflügen muss die Sichtbarkeit über 1,5 km (5 km bei einem naheliegendem Großgelände) und die Wolkenbasis mindestens 150 m über dem Boden liegen (500  m bei einem naheliegendem Großgelände). Sichtflugwettervorhersagen werden durch Sichtflugwetter-Kurzmeldungen (GAFOR) regionsspezifisch zu Verfügung gestellt. Ein Instrumentalflug hingegen hat keine Begrenzungen, außer bei der Start- und der Landephase, wo eine Präzisionslandung (KategorievI) 800 m Sichtbarkeit und 75 Maximal(steig)höhe voraussetzt.