Leewellen

Leewellen – eine Gefahr für die Luftfahrt?

Tim Takeoff
27.04.2020
4 Minuten

Gerade an stürmischen Tagen sorgt die enorme Energie des Windes für zahlreiche Wetterphänomene. Eines davon sind sogenannte Leewellen auf der windabgewandten Seite eines Gebirgszuges. Sie reichen bis in große Höhen und betreffen somit auch die Verkehrsluftfahrt.

Bereits bei mäßigem Wind ab 20 Knoten und gewissen Grundvoraussetzungen entstehen in der Atmosphäre Schwingungen. Diese können entweder durch verschiedene Luftschichtungen oder entsprechendes Gelände hervorgerufen werden.

Von Wasser und Luft

Die Luft, die wir atmen, verhält sich im Grunde genau wie das Medium „Wasser“. Es hat eine gewisse Dichte und besteht aus kleinsten Partikeln. Bleibt man bei der Vorstellung von Wasser, so trifft dieses beim Hinabfließen eines Flusslaufes auf Hindernisse. Äste und Steine lassen hinter sich Wellen entstehen. Auch verschiedenartige Strömungen auf dem Meer versprechen wiederkehrende Wellenbewegungen.

Luv und Lee

Diese Wellen können größer oder kleiner, breiter oder schmaler ausfallen. Exakt dasselbe passiert auch in unserer Atmosphäre. Große Luftmassen strömen über einen Gebirgszug. Die Luft wird auf der windzugewandten, der sogenannten „Luv“- Seite gezwungen, sich anzuheben. Durch diese Hebung entstehen oftmals dichte Wolken (Staubewölkung). Viel mehr von Interesse ist allerdings die „andere“ Seite, die windabgewandte Seite, das „Lee“.

Leewellen
Sehr gut erkennbare Wolkenformation der Leewellen / © Wikimedia Commons Torsten Paul

Ein hydraulischer Prozess

Im Lee des Berges hat die Luft nun die Bestrebung, sich der Erdanziehungskraft hinzugeben. Sie fällt, prallt in Bodennähe ab und entwickelt eine ganz eigene Dynamik. Die Luftmasse beginnt zu schwingen. Man nennt dieses Phänomen „Leewellen“, oder auch „Schwerewellen“. Es ist ein rein hydraulischer Vorgang, der gut physikalisch zu erklären ist. Je nach Stabilität der Luftmasse, Größe des Gebirges, Windrichtung und Stärke, kann diese Schwingung sehr variabel ausfallen.

Segelflieger machen sich dieses Phänomen seit langer Zeit zunutze. Sie „surfen“ regelrecht im Aufwindbereich der Welle bis in enorme Höhen. In den Anden Argentiniens oder den Rocky Mountains sind große Höhenflüge bis 8 Kilometer keine Seltenheit. Ein Verkehrsflugzeug bewegt sich zum Vergleich in etwa 10 Kilometern Höhe im Reiseflug.

In diesem Video seht ihr einige beeindruckende Bilder eines Wellensegelflugs. Immer wieder sehr gut zu erkennen: die wellenförmigen Wolkenformationen:

Entstehung

Betrachtet man eine solche Leewelle genauer, lässt sie sich in drei Hauptbereiche aufteilen. Auf der Luvseite wird der Welle Energie zugeführt, es entsteht ein Aufwindbereich, dem der Abwindbereich entgegengesetzt ist. Der Aufwindbereich hat eine absolut ruhige, sogenannte „laminare“ Strömung, es ist mit wenig bis überhaupt keiner Turbulenz zu rechnen. Gefährlicher ist es im Bereich unterhalb der Sinuskurve der Welle. Hier wird die Luft stark verwirbelt, und man spricht von „Rotoren“.

Ist die Luftmasse feucht genug, kann man Leewellen anhand des Wolkenbildes sehr klar erkennen. Staubewölkung auf der Luvseite des Gebirges, Wolkenauflösung auf der Leeseite. Häufig sieht man dies bei uns auf der Alpennordseite bei „Südföhn“. Durch ein Genuatief werden feuchte Luftmassen von Süden über den Alpenhauptkamm gepresst. Auf der Südseite herrscht dichteste Bewölkung aus der häufig starker Regen fällt. Im Prozess der Überströmung und des Abfalls auf der Nordseite trocknet die Luftmasse immer weiter ab. Im nördlichen Bereich entsteht so ein warmer, trockener Wind aus südlichen Richtungen.

Rotoren als Gefahr für die Luftfahrt

Im unteren Lee-Bereich kann man kleinere Cumuluswolken entdecken. Sie entstehen immer wieder an der gleichen Stelle, drehen sich dann um ihr eigene Achse und „rollen“ förmlich mit dem Wind nach hinten aus, um sich aufzulösen. Es handelt sich eindeutig um eine „Rotorwolke“ und somit um den turbulenten Bereich unterhalb der Welle.

UFOs?

Betrachtet man die höhere Atmosphäre, lässt sich oftmals auch die „Spitze“ der Welle erkennen. Flache, linsenförmige Wolken entstehen dort. Manch ein Entdecker vermeintlicher „Ufos“ hat mit Sicherheit schon einmal eine solche Wolke gesehen. In der Fachsprache nennt man diese Wolken „Lenticularis“. Sie bestehen hauptsächlich aus Eiskristallen und sind in erster Linie harmlos für die Fliegerei.

Je nach Windschichtung der Atmosphäre können sich solche Wellen sogar überlagern und es entstehen regelrechte Wellensysteme. Mehrstöckige Lenticularis zeichnen imposante Wolkenformationen in den Himmel, unterhalb derer man jedoch auch ohne Anzeichen von Rotorbewölkung mit extremen Turbulenzen rechnen muss.

Lenticularis - Wolke - Luv - Leewellen
Eine Lenticularis-Wolke über der Essener und Rostocker Hütte – Hohe Tauern, Österreich / © Wikimedia Commons Rosebud23

Neue Vorhersagemodelle zur Erhöhung der Sicherheit

Um diese Gefahr für die Verkehrsluftfahrt zu minimieren, entwickeln die Meteorologen mit Erfolg immer neue Vorhersagemodelle. Es werden Schwingungsvorhersagen gemacht, um Turbulenzbereiche in den Wetterkarten der Piloten hervorzuheben. Da eine Leewelle sehr dynamisch und niemals gleich ist, sind diese Vorhersagen nicht leicht zu treffen.

Es gab bereits einige Vorfälle extremer Turbulenzen, die für schwere Verletzungen von Personen an Bord von Verkehrsflugzeugen sorgten. Dabei wurde der Flieger in einen stark verwirbelten Bereich der Leewellen geflogen. Passieren kann dies in allen Phasen des Fluges in der Nähe von gebirgigem Terrain.

PIREPS und Perlan

Es zeigt wieder einmal wie energiereich unsere Atmosphäre ist. Als Pilot sollte man immer wachsam sein und sich auch auf sogenannte „Pilot Reports“ (kurz: PIREPS) verlassen. Auf dem Wetterradar informieren sich Fluglotsen über mögliche Turbulenzzonen, die sie an alle Flugzeuge in der betroffenen Höhe weitergeben können.

Wir berichteten bereits vor einiger Zeit über das „Perlan-Project“. Ein Team wissenschaftlicher Segelflieger versucht Leewellen genauer zu erforschen und sich zunutze zu machen. Die Verkehrsluftfahrt soll davon bereits in naher Zukunft profitieren. Im Jahr 2018 wurde dabei ein neuer Weltrekord im Segelflug aufgestellt: 23.200 Meter.

Lenticularis Wolke
Lenticularis Wolke über Madeira / © Wikimedia Commons KarlHeinz Essl

Titelbild © Wikimedia Commons Torsten Paul

von Tim Takeoff

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