Scherwind

 

 

GewitterVereisungScherwindTurbulenzLeewellenFehlanzeigenSicht
Home 
Flugsport 
Meteorologie 
Risiko Wetter 
Scherwind 

 

Hier erfahren Sie etwas über

Scherwind

Windscherung

Während der Begriff der Windscherung den Vorgang des Zusammentreffens unterschiedlicher Winde bezeichnet, betrifft der Begriff Scherwind den daraus resultierende Wind selbst. Ein Scherwind ist somit ein starker Wind, der in einem kleinen Gebiet auftritt, während in dessen Umgebung nur schwache oder anders gerichtete Winde vorherrschen.

Windscherungen sind abrupte, fast übergangslose Änderungen der Windrichtung und/oder der Windgeschwindigkeit zwischen zwei Punkten der Erdatmosphäre, die durch das Aneinandervorbeiströmen von zwei unmittelbar benachbarten Luftschichten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften hervorgerufen werden. Je geringer die vertikale Distanz ist, über welche der Richtungs- oder Geschwindigkeitswechsel auftritt, desto stärker ist die Scherung. Zur Beurteilung sind dabei stets beide Komponenten, die Geschwindigkeit und die Richtung, zu betrachten. Ein bloßer Geschwindigkeitsunterschied ist somit allein nicht besonders aussagekräftig. Sind z.B. die Richtungen der beiden Winde um 180° entgegengesetzt, so ist die Scherung genau die Summe der einzelnen Geschwindigkeiten.

Ihre Energie beziehen Windscherungen aus großen Luftdruckunterschieden, bei denen der Scherwind für den Ausgleich der Druckunterschiede zwischen diesen Punkten sorgt.

Je nachdem, ob sich diese Druckunterschiede auf unterschiedlichen Höhen oder unterschiedlichen geographischen Positionen befinden, wird von einer vertikalen oder horizontalen Windscherung gesprochen.

  • Horizontale Windscherungen treten auf, wenn sich zwei parallel zueinander liegende Luftströmungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei bewegen, wobei diese Luftströmungen sogar in entgegengesetzter Richtung wehen können. Die Trennlinie zwischen beiden Luftströmungen wird als "Scherungslinie" bezeichnet. Ein Beispiel für eine Scherungslinie ist die quasistationäre Bodenfront. Starke horizontale Windscherungen treten innerhalb von scharf ausgeprägten Frontalzonen auf. Im Extremfall kann sich die Windrichtung um 180 ° umkehren.
  • Vertikale Windscherungen treten bei unterschiedlichen Luftströmungen an den Grenzflächen unmittelbar übereinander befindlicher Luftschichten auf. Sie können sowohl durch verschiedene Windrichtungen als auch durch unterschiedliche Windgeschwindigkeiten hervorgerufen werden. Ändert die Windrichtung mit der Höhe und ist die Strömung geostroph, ist die vertikale Windscherung identisch mit dem thermischen Wind. Vertikale Windscherungen treten z.B. durch Advektion unterschiedlicher Luftmassen in verschiedenen Höhen auf und sind die häufigste Ursache für Turbulenz.

In Gebieten mit starker horizontaler Windscherung treten häufig zugleich auch vertikale Windscherungen auf, z.B. im Bereich der Jetstreams.

Die Abbildung rechts oben zeigt schematisch das Zustandekommen von horizontalen Windscherungen.
Dabei herrscht

  • Wind aus Südost in Bodennähe,
  • Wind aus Südwest auf der 700 hPa-Druckfläche und
  • Wind aus West auf der 300 hPa-Druckfläche.

Wie die Windvektoren (Pfeilelängen) zeigen, variiert der Wind mit der Höhe nicht nur in der Richtung, sondern auch in der Windstärke.

Windscherungen treten u.a. bei folgenden Wettererscheinungen auf:

  • Gewittern
  • starken Schauern
  • Temperaturinversionen
  • an der Obergrenze von Kaltluftseen
  • an der Grenzfläche zwischen freier Höhenströmung und in einem Tal geführtem Wind
  • Jetstreams (Strahlstrom), ggf. auch bodennah in Verbindung mit Bodeninversionen bzw. einer Peplopause
  • Wetterfronten.

Besonders ausgeprägte Schereffekte zeigen sich in Gewittern oder bei den Jetstreams. Windscherungen sind regelmäßig mit mehr oder weniger starken Turbulenzen verbunden.

 

Turbulenz

Turbulenz bezeichnet den Strömungszustand von Flüssigkeiten und Gasen, der durch die Bildung und den Zerfall von Wirbeln gekennzeichnet ist. Sie entsteht z.B. durch Reibung an rauhen Grenzflächen, wobei schon kleinste Unebenheiten Wirbel erzeugen können, oder die Überschreitung von kritischen Geschwindigkeiten. In der Atmosphäre herrschen stets turbulente Strömungen. Sie bewirken den Ausgleich von Gegensätzen bezüglich Lufttemperatur oder -druck.

Man unterscheidet dabei zwischen thermischer und dynamischer Turbulenz:

  • Thermische Turbulenz umfaßt insbesondere die Thermik, d.h. die über erhitzten Flächen aufsteigenden Warmluftblasen, die bei ausreichender Feuchte zu großräumiger Konvektion mit der Bildung von Schauer- und Gewitterwolken führen können.
  • Dynamische Turbulenz entsteht bei Veränderungen der Windgeschwindigkeit zwischen zwei über- oder nebeneinander liegenden Luftschichten (Windgeschwindigkeitsscherung) oder bei Reibung der bewegten Luft an der Erdoberfläche, wobei Art und Maß der Bebauung und Bepflanzung eine wichtige Rolle spielt. Die Größenordnung der Turbulenz reicht dabei von wenigen Zentimetern bis zu einigen 10 Metern.

Weitere Einzelheiten hierzu finden Sie im Kapitel Turbulenz.

 

Windscherungen in der Luftfahrt

Windscherungen sind regelmäßig mit Turbulenzen verbunden, u.U. sogar mit starker Turbulenz. Das führt im einfacheren Fall bloß zu einem unruhigen Flug, ggf. aber auch zu ernsten Problemen und Gefahren bei Start und Landung von Segel- und Motorflugzeugen, weil die Änderungen der Windgeschwindigkeit auch den Gleitweg eines Flugzeuges verändern. Windscherungen sind daher für die Luftfahrt eine ernste Gefahr, insbesondere wenn sie ein Flugzeug während der besonders heiklen Start- oder Landephase treffen. Bei einem in der Luft befindlichen Flugzeug kann eine Windscherung, je nach Windrichtung, auf die Tragflächen wie ein zusätzlicher Auftrieb (positive Windscherung) bzw. Auftriebsverlust durch zu- bzw. abnehmende Anströmung des Profils (negative Windscherung) einwirken (Windgeschwindigkeit +/- 15 kt). Solche Turbulenzen können durchaus zur strukturellen Überlastung führen oder ein heftiges Durchsacken oder Hochsteigen des Flugzeugs bewirken. Das ist insbesondere bei Start und Landung zu beachten. So kann z.B. eine negative Windscherung im Landeanflug unvermittelt eine Rückenwindkomponente mit einen plötzlichen Abfall der Geschwindigkeit der anströmenden Luft bewirken, so daß ein sofortiges Durchstarten mit voller Triebwerksleistung erforderlich wird. Eine positive Windscherung stellt dagegen keine Gefahr für ein Flugzeug dar, da sie die Fahrt durch zusätzlichen Gegenwind erhöht. Gefährlich wird es jedoch, wenn nach einer positiven Windscherung die Leistung reduziert wird und es dann zu einer negativen Windscherung mit einem Wegfall der vorherigen zusätzlichen Gegenwindkomponente kommt. Windscherungen müssen daher rechtzeitig erkannt werden, um Flugunfälle zu vermeiden.

Windscherungen gehen für Segelflieger oft mit einer gewissen Turbulenzhäufigkeit einher, wenn in der Thermik in kurzer Zeit verschiedene Höhen erreicht und dort unterschiedliche Luftströmungen mit Windrichtungsänderungen bzw. Änderungen der Windstärke angetroffen werden. Aber auch für Motorflugzeuge bedeutet z.B. im Gebirge das Verlassen einer Luftschicht mit - noch ungestörtem - Höhenwind bzw. das Eintauchen in die oft vom Talwind beeinflußte Luftschicht häufig den Einflug in von Windscherungen durchsetzte Bereiche. Zudem gibt es auch im Lee von Hindernissen häufig heftige Windscherungen mit starken Turbulenzen.

 

Scherwinde in der fliegerischen Praxis

Für Flugzeuge sind Scherwinde besonders im kleinräumigen Bereich und da gerade bei Start und Landung kritisch, wo der Pilot wegen der ohnehin schon geringen Fluggeschwindigkeit und der großen Bodennähe nur wenige Möglichkeiten für sichernden Flugmanövern hat. Am schwierigsten zu kompensieren sind Fälle, in denen sich unterschiedliche Einflußarten überlagern, wie z.B. die Kombination einer abwärtsgerichteten Luftströmung mit der Abschwächung des Gegenwindes, was einen großen Gesamtverlust an Höhe bedeutet, aber auch Fälle einer plötzlichen Umkehr der Windrichtung in ihr Gegenteil. Von großer Schwierigkeit sind ebenfalls mehrfache Windscherungen.

Solche Situationen werden zusätzlich erschwert, wenn Scherwinde mit schlechter Sicht, niedriger Wolkenuntergrenze und evtl. sogar mit Niederschlägen in der Dunkelheit einhergehen. Das Problem der Windscherung stellt sich zunehmend auch aus folgenden Gründen:

  • Das Fliegen bei Wetterminima erhöht die Forderung an Genauigkeit der Einhaltung des Gleitweges und verstärkt die Notwendigkeit, alle Faktoren der Einflußnahme genau zu erfassen, auch die Windscherung.
  • Die Steuertechnik moderner schwererer Flugzeuge wird immer komplizierter, weshalb sich die Möglichkeiten eines schnellen Manövers zum Ausgleichen einer Windscherung im Vergleich zu kleineren und einfacher gebauten Flugzeugen verringern.
  • Die Vergrößerung der Flugmasse der Luftfahrzeuge fuhrt zu größeren Masseträgheiten.
  • Im Endanflug fliegt ein Luftfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit und großem Anstellwinkel, so daß näher an den zulässigen Flugminima geflogen wird als auf anderen Abschnitten. Die Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Vertikal- und Gegen- bzw. Rückenwindkomponenten wächst dadurch an.
  • Bei der geringen Landegeschwindigkeit und dem großen Widerstand reagiert ein Luftfahrzeug in Landekonfiguration schwächer auf Steuerausschläge. Damit ist nur ein begrenztes Reagieren auf Windscherungen möglich.
  • Die Beschleunigungszeiten der Triebwerke und damit der Flugzeuge sind beträchtlich. Die Möglichkeit, Windscherungen mit Leistungsänderungen zu begegnen, ist entsprechend gering.

 

HomeFlugsportJuraDownloadsFeinstaubÜber michImpressumDatenschutzSitemap