Windscherung

 

 

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Windscherung

Windscherung

Windscherungen sind abrupte, fast bergangslose 훞derungen der Windrichtung und/oder der Windgeschwindigkeit zwischen zwei Punkten, die durch das Aneinandervorbeistrmen von zwei unmittelbar benachbarten Luftschichten mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften hervorgerufen werden. Je geringer die vertikale Distanz ist, ber welche der Richtungs- oder Geschwindigkeitswechsel auftritt, desto strker ist die Scherung. Zur Beurteilung sind dabei stets beide Komponenten, die Geschwindigkeit und die Richtung, zu betrachten. Ein bloer Geschwindigkeitsunterschied ist somit allein nicht besonders aussagekrftig. 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 groen Luftdruckunterschieden, bei denen die als Scherwind bezeichnete Luftbewegung fr den Ausgleich der Druckunterschiede zwischen diesen Punkten sorgt. Whrend der Begriff der Windscherung also 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 geografischen Gebiet auftritt, whrend in dessen Umgebung nur schwache oder anders gerichtete Winde vorherrschen.

Weitere Einzelheiten zu den Scherwinden stehen im Kapitel Scherwind.

Je nachdem, ob sich die Druckunterschiede auf unterschiedlichen Hhen oder unterschiedlichen geographischen Positionen befinden, wird von vertikaler oder horizontaler Windscherung gesprochen:

  • Horizontale Windscherungen treten auf, wenn sich zwei parallel zueinander liegende Luftstrmungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbei bewegen, wobei diese Luftstrmungen sogar in entgegengesetzter Richtung wehen knnen. Die Trennlinie zwischen beiden Luftstrmungen wird "Scherungslinie" genannt. Ein Beispiel fr eine Scherungslinie ist die quasistationre Bodenfront. Starke horizontale Windscherungen treten innerhalb von scharf ausgeprgten Frontalzonen auf. Im Extremfall kann sich die Windrichtung um 180  umkehren.
  • Vertikale Windscherungen treten bei unterschiedlichen Luftstrmungen an den Grenzflchen unmittelbar bereinander liegender Luftschichten auf. Sie knnen sowohl durch verschiedene Windrichtungen als auch durch unterschiedliche Windgeschwindigkeiten hervorgerufen werden. 훞dert die Windrichtung mit der Hhe und ist die Strmung geostroph, ist die vertikale Windscherung identisch mit dem thermischen Wind. Vertikale Windscherungen treten z.B. durch Advektion unterschiedlicher Luftmassen in verschiedenen Hhen auf und sind die hufigste Ursache fr Turbulenz.

In Gebieten mit starker horizontaler Windscherung treten hufig 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 Sdost in Bodennhe,
  • Wind aus Sdwest auf der 700 hPa-Druckflche und
  • Wind aus West auf der 300 hPa-Druckflche.

Wie die Windvektoren (Pfeilelngen) zeigen, variiert der Wind mit der Hhe nicht nur in der Richtung, sondern auch in der Windstrke.

Windscherungen treten u.a. bei folgenden Wettererscheinungen auf:

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

Besonders ausgeprgte Schereffekte zeigen sich in Gewittern oder bei den Jetstreams.

Starke Windscherungen treten selten auf, in unserer gem癌igten Klimazone noch seltener als in den Tropen. Aber auch in Mitteleuropa sind schon derart heftige Windscherungen festgestellt worden, die ein Luftfahrzeug in groe Gefahr gebracht htten. Scherwindgefhrdete und davon weniger betroffene Gebiete werden nach der Hufigkeit des Auftretens starker und sehr starker Windscherungen in der unteren Troposphre unterschieden. Zu den scherwindgefhrdeten Gebieten zhlen insbesondere:   

  • Kstenregionen,
  • Inseln,
  • Hoch- und Mittelgebirge,
  • subtropische und tropische Klimazonen,
  • die gesamten USA,
  • Skandinavien und
  • die kontinentalen Klimagebiete Russlands.

 

Windscherungen in der Luftfahrt

Windscherungen sind regelm癌ig mit Turbulenzen verbunden, u.U. sogar mit starker Turbulenz. Das fhrt im einfacheren Fall blo zu einem unruhigen Flug, ggf. aber auch zu ernsten Problemen und Gefahren bei Start und Landung von Segel- und Motorflugzeugen, weil die 훞derungen der Windgeschwindigkeit auch den Gleitweg eines Flugzeuges verndern. Windscherungen sind daher fr die Luftfahrt eine ernste Gefahr, insbesondere wenn sie ein Flugzeug whrend der besonders heiklen Start- oder Landephase treffen. Bei einem in der Luft befindlichen Flugzeug kann eine Windscherung, je nach Windrichtung, auf die Tragflchen wie ein zustzlicher Auftrieb (positive Windscherung) bzw. Auftriebsverlust durch zu- bzw. abnehmende Anstrmung des Profils (negative Windscherung) einwirken (Windgeschwindigkeit +/- 15 kt). Solche Turbulenzen knnen durchaus zur strukturellen berlastung fhren 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 Rckenwindkomponente mit einen pltzlichen Abfall der Geschwindigkeit der anstrmenden Luft bewirken, so da ein sofortiges Durchstarten mit voller Triebwerksleistung erforderlich wird. Eine positive Windscherung stellt dagegen keine Gefahr fr ein Flugzeug dar, da sie die Fahrt durch zustzlichen Gegenwind erhht. Gefhrlich wird es jedoch, wenn nach einer positiven Windscherung die Leistung reduziert wird und es dann zu einer negativen Windscherung mit einem Wegfall der vorherigen zustzlichen Gegenwindkomponente kommt. Windscherungen mssen daher rechtzeitig erkannt werden, um Flugunflle zu vermeiden.

Windscherungen gehen fr Segelflieger hufig mit einer gewissen Turbulenzhufigkeit einher, wenn in der Thermik in kurzer Zeit verschiedene Hhen erreicht und dort unterschiedliche Luftstrmungen mit Windrichtungsnderungen bzw. 훞derungen der Windstrke angetroffen werden. Aber auch fr Motorflugzeuge bedeutet im Gebirge das Verlassen einer Luftschicht mit - noch ungestrtem - Hhenwind bzw. das Eintauchen in die oft vom Talwind beeinflute Luftschicht hufig den Einflug in von Windscherungen durchsetzte Bereiche. Zudem gibt es auch im Lee von Hindernissen hufig heftige Windscherungen mit starken Turbulenzen.

 

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Windscherungen sind eine ernste Gefahr fr den Flugverkehr, insbesondere wenn sie ein Flugzeug whrend der besonders heiklen Start- oder Landephase treffen. Gebiete mit starken Windscherungen sind zudem Gebiete, in denen fr die Fliegerei gefhrliche Clear Air Turbulence (CAT) auftreten kann. Windscherungen knnen zudem Turbulenzen hervorrufen, welche die Luftfahrt nicht minder ernst gefhrden knnen. Bei einem in der Luft befindlichen Flugzeug kann eine Windscherung, je nach Windrichtung, auf die Tragflchen durch die zu- bzw. abnehmende Anstrmung des Profils wie ein zustzlicher Auftrieb bzw. Auftriebsverlust einwirken. Das kann zur strukturellen berlastung des Flugzeugs fhren oder ein heftiges Durchsacken bzw. Hochsteigen bewirken. Das ist insbesondere bei Start und Landung zu beachten.

Zur Vermeidung von Flugunfllen mssen Windscherungen deshalb mglichst frhzeitig erkannt werden. An besonders gefhrdeten Flugpltzen gibt es dazu spezielle Warnsysteme, mit welchen die Start- und Landebereiche berwacht werden. Damit kann z.B. die Intensitt und Verlagerungsrichtung von Gewitterzellen verfolgt werden, um Piloten rechtzeitig warnen zu knnen.

Aus diesem Grund werden die weiteren Einzelheiten der Windscherung bzw. der Scherwinde im Abschnitt Risiko Wetter im Kapitel Scherwind behandelt.

 

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