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Martin Claußen
Der bodennahe Wind (Teil II) - Die Böigkeit des Windes

 
Im ersten Teil meiner Beschreibung des bodennahen Windes bin ich hauptsächlich auf die mittlere Windgeschwindigkeit eingegangen. Im zweiten Teil folgt nun die Darstellung der Böigkeit des Windes, wobei drei Aspekte im Vordergrund stehen: die Stärke der Böigkeit, ihre Häufigkeit sowie die ungefähre räumliche Gestalt einer Bö. Im Gegensatz zum ersten Teil möchte ich allerdings hier nicht sämtliche Formeln für die Statistik der Windschwankungen auflisten. Denjenigen, die es interessiert, schreibe ich sie auf Anfrage gerne auf.
 
Wie Böigkeit bzw. Windschwankungen zustandekommen, ist recht schwierig zu verstehen. Ich will daher nur auf die Eigenschaften der Böigkeit eingehen. Die Böigkeit des Windes hängt im wesentlichen von der mittleren Windgeschwindigkeit, der Bodenrauhigkeit sowie den bodennahen Temperaturverhältnissen ab. Je stärker der Wind bläst, desto kräftiger werden die Windschwankungen, während bei gleicher mittlerer Windgeschwindigkeit die Windschwankungen über rauhem Untergrund stärker sind als über glattem. Ein Bumerang fliegt also über einem Golfrasen ruhiger als über einem Stoppelfeld. Aber Vorsicht! Böigkeit kann auch transportiert werden. Auf einer Wiese in Lee einer Waldfläche ist es u.U. turbulenter als über einer weiten, ebenen Wiese. Doch dazu mehr im dritten Teil dieser "Meteorologieserie".
 
Wie sieht es mit der Abhängigkeit der Böigkeit von der Dichteschichtung der bodennahen Luft aus? Wenn die Luftdichte mit der Höhe abnimmt, d.h. wenn die Lufttemperatur mit der Höhe zunimmt, wie z.B. abends nach Sonnenuntergang, dann dämpfen die archimedischen Auftriebskräfte die Windschwankungen. Der Wind wird also ruhiger. Umgekehrt, wenn die Lufttemperatur mit der Höhe ab, bzw. die Luftdichte mit der Höhe zunimmt, wie z.B. tagsüber bei sonnigem Wetter - man spricht dann von instabiler oder auch konvektiver Dichteschichtung, dann steigt die Böigkeit an. Aus diesem Grunde starten Ballonfahrer, die ruhigen, stetigen Wind bevorzugen, lieber in den Abendstunden statt mittags.
 
Aber es gibt noch weitere Unterschiede beim Wechsel der Stabilität der Dichteschichtung. In neutraler und stabil geschichteter Luft ist die Komponente der Windschwankungen in Richtung des mittleren Windes am stärksten, gut doppelt so kräftig wie in vertikaler Richtung -womit die Auf- und Abwärtsbewegung gemeint ist. Bei sonnigem Wetter nimmt die Komponente der Windschwankungen in vertikaler Richtung mit wachsender Temperaturdifferenz Boden - Luft stetig zu, während die horizontalen Komponenten sprunghaft ansteigen. Dies liegt daran, daß sich bei instabiler Dichteschichtung Luftzirkulationen ausbilden, die die Luft in dem untersten Kilometer umwälzen. Diese Zirkulationen machen sich insbesondere als Richtungsschwankung der Böen bemerkbar, d.h. in den horizontalen Komponenten der Windschwankungen - in Richtung des mittleren Windes und senkrecht dazu.
 
Wie häufig treten die kräftigsten Windschwankungen auf? Wieder muß zwischen den verschiedenen Richtungskomponenten des Windes unterschieden werden. Bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 2 m/sec in 2 m Höhe treten kräftige Windschwankungen in vertikaler Richtung, also die Auf- und Abwärtsbewegungen, etwa alle 10 Sekunden auf. Mit zunehmendem Wind und in größeren Höhen vergrößert sich die Pause zwischen den stärksten Schwankungen. Bei stabiler Dichteschichtung kommen die energiereichen vertikalen Windschwankungen häufiger vor als in neutraler Schichtung; bei labiler Schichtung weniger häufig, etwa nur alle 30 Sekunden (wieder bei 2 m/sec Wind in 2 m Höhe). Die kräftigsten Schwankungen der horizontalen Komponenten des Windes tauchen bei neutraler und stabiler Dichteschichtung etwas seltener auf als die vertikalen, bei neutraler Schichtung und 2 m/sec Wind in 2 m Höhe etwa jede Minute. Doch bei instabiler Dichteschichtung erscheinen sie in deutlich größerem Abstand, etwa alle fünf bis zehn Minuten.
 
Wie kann man sich eine Windbö in etwa räumlich vorstellen? Grundsätzlich handelt es sich bei Böen, oder besser: Böen- oder Turbulenzelemente, um hier und dort sporadisch auftretende, eng begrenzte Gebiete mit starken Aufwärtsbewegungen (im Englischen: bursts). Während konvektiver Verhältnisse wurden Böenelemente bisher am besten experimentell erfaßt. Zunächst steigt die Luft direkt über dem Boden ungeordnet auf. Über heißen Fläche wie z.B. Asphalt erkennt man dies am Flimmern der Luft. Doch innerhalb weniger Meter organisieren die vielen kleinen Thermikblasen sich selbst zu größeren Aufwindschläuchen, die einem Staubsauger ähneln, der sich etwas langsamer als der mittlere Wind bewegt, aber in etwa in dessen Richtung. Wenn so ein "Staubsauger" naht, kann eine immer stärker werdende Aufwärtsbewegung registriert werden, während der Wind in der Horizontalen abnimmt. Die Abbildung 1 ist aus einem Lehrbuch entnommen und zeigt schematisch die Registierung eines Aufwindschlauches (Im Englischen: plume oder thermal). w´ bedeutet die Änderung des Windes in vertikaler Richtung und u´ die in Richtung des mittleren Windes. Mit der Aufwärtsbewegung wird auch warme Luft vom Boden angesaugt und nach oben transportiert. Die Temperatur nimmt nahezu linear zu (T´>0) und zwar etwa 1-2 Grad; daher werden solche Gebilde in der Fachwelt auch "Temperaturrampen" genannt. Während ein solches Gebilde vorbeizieht, ist die Luft besonders turbulent und die Vertikalgeschwindigkeit kann durchaus 5 m/sec betragen, aber erst in der hinteren Hälfte der Rampe, da sich dort der eigentliche Aufwärtsschlauch befindet (siehe Abbildung 2, in der ein Böenelement in der Seitenansicht gezeigt wird, von rechts nach links ziehend. H bedeutet, daß der Luftdruck dort höher als normal ist, und L, niedriger als normal).
 
Ist die Bö vorbeigezogen, wird die Luft ziemlich abrupt wieder deutlich kälter und auch ruhiger. Diese abrupte Änderung wird daher als "Mikrofront" bezeichnet (in Analogie zur großräumigen Wetterfront, an der sich das Wetter drastisch ändert). Über homogenem Gelände treten solche Rampen zufälligerweise irgendwo auf, aber relativ häufig, etwa bis zu 40%. Über inhomogenem Gelände entstehen die Aufwärtsschläuche bevorzugt über den heißeren Flächen. Eine Rampe dauert etwa eine halbe bis eine Minute und ist in Richtung des mittleren Windes einige hundert Meter lang, quer dazu etwas kürzer. Mit etwas Glück kann man das Herannahen einer Rampe ausfindig machen, z.B. durch aufsteigende Seifenblasen, wie von Heinrich Link in der B.W. I´88 vorgeschlagen. Diese staubsaugerartigen Böen sind natürlich ein Traum für MTA-Flieger, insbesondere, wenn sie den Ansatz einer höherreichenden Cumuluswolke bilden. Auch andere Luftsportler suchen die "plumes", z.B. die Segelflieger und Modellsegelflieger - einen haben sie schon ins Guinessbuch der Rekorde katapultiert.
 
Martin Claußen
Faberstr. 15
2000 Hamburg 20

Teil 3

 
   
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