Wetter-News: Aufsteigende warme Luft - der natürliche Lift in der Troposphäre

07.06.23 von MeteoSchweiz Blog

Beim Thema Wetter fällt immer wieder mal der Begriff „Thermik“. Welche Voraussetzungen sind günstig damit Thermik entsteht? Und warum ist diese für den motorlosen Flug so wichtig und wie wird sie genutzt?

Der folgende Beitrag beleuchtet einige Fakten, ist aber nicht eine lückenlose Erklärung des Themas.

Definition des Begriffs Thermik

Als Thermik bezeichnet man den Aufwind, verursacht durch Sonneneinstrahlung, welche die Erdoberfläche und damit auch die darüber liegende Luft erwärmt. Ist die umgebende Luft etwas kühler, so steigt die erwärmte Luft als „Blase“ auf und steigt so lange wie die Temperatur mit der Höhe abnimmt. Beim Aufsteigen kühlt sich die „Luftblase“ ab, da sie sich aufgrund des abnehmenden Luftdruckes ausdehnt. Dieser Vorgang endet dann, wenn die Luftblase die Umgebungstemperatur erreicht. Ist der Feuchtegehalt der Luft genügend hoch, entsteht eine Cumuluswolke.

Schematische Darstellung der Ablösung und des Aufsteigens eines erwärmten Luftpakets. (Quelle: Michael F.H. Krutina)

Diese aufsteigende Luft wird vor allem von Segelfliegern, Delta- und Gleitschirmpiloten genutzt um ohne Motor Höhe zu gewinnen und bei guten Bedingungen auch grössere Strecken zu fliegen. Die Thermik ist u. a. auch verantwortlich für die Entstehung von Talwinden oder im Umkehrfall bei der abendlichen Abkühlung für Bergwinde.

Voraussetzungen für gute Thermik

Die beste Thermik bei uns ist in der Regel von April bis Juni zu erwarten, weil dann in der Höhe oft noch kältere Luftmassen vorhanden sind, was wiederum eine hohe Labilität erlaubt. Im Hochsommer setzt sich die Erwärmung immer mehr in höhere Schichten durch und die Labilität nimmt tendenziell ab, bis sich im Herbst allmählich Inversionslagen bilden können.

Eine hohe Labilität bedeutet eine starke Abnahme der Temperatur mit der Höhe. In der freien Atmosphäre kann die Abnahme bei trockener Luft bis zu 1°C/100m betragen, in Bodennähe kann dieser Wert sogar übertroffen werden. Ist die Luft sehr trocken, sprechen wir auch von «Blauthermik» (keine Wolkenbildung). Kommt es zur Wolkenbildung (Kondensation) dann beträgt dieser vertikale Temperaturgradient noch ca. 0.65°C/100m, da durch den Kondensationsprozess Wärme freigesetzt wird. Wir wissen nun, dass bei trockener Luft die Labilität höher ist als bei feuchter.

Wie verhält es nun mit der Steiggeschwindigkeit eines Luftpakets. Die Steiggeschwindigkeit hängt vor allem ab von der Taupunktsdifferenz und des Mischungsverhältnisses (mixing ratio) auf einer bestimmten Höhe, vorausgesetzt bei trockenadiabatischer Schichtung (1°C/100m).

Berechnung der Vertikalgeschwindigkeit (Thermikstärke) auf einer bestimmten Höhe aufgrund eines Vertikalprofils. (Quelle: Oliver Predelli)

Nutzbare Thermik und Streckenflug

Die Thermikverhältnisse hängen von nebst der Sonneneinstrahlung und der vertikalen Schichtung noch von weiteren Faktoren ab. Die Grosswetterlage kann vor allem aufgrund der Strömung die Thermikqualität beeinflussen. Beispielsweise führt eine kräftige Bisenlage zu einer „zerrissenen“ Thermik, das bedeutet, dass die Thermikblasen je nach Windstärke in kleinere Blasen aufgeteilt werden. Dies macht es schwieriger, da man im Flug diese engen Aufwindschläuche nicht optimal nutzen kann. Oder wenn in der Höhe dichtere Bewölkung aufzieht, kann die Thermik rasch gedämpft werden oder vollständig zum Erliegen kommen. Die Thermik hängt auch von der Topographie ab. In den Alpen ist die Thermik in der Regel stärker als im Flachland. Deshalb wird häufiger in den Alpen geflogen als im Flachland. Einerseits wird durch das geringere Volumen in den Alpentälern die Luft schneller erwärmt, andererseits steigen Luftblasen im Gebirge von einem höheren Punkt und erreichen damit auch grössere Höhen bis zur Kondensation, als über dem Flachland.

Prognose aus den 70er Jahren: Berechnung der Basishöhe der Quellwolken mittels Radiosondierung. (Quelle: MeteoSchweiz )

Begünstigende Faktoren für gute Thermik und damit weite Streckenflüge sind

Lange Einstrahlungsdauer
Relativ trockene und labile Schichtung der Luft bis in grosse Höhen
Etwas Kaltluftadvektion in der Höhe
Wetterlage mit schwachen Strömungsverhältnissen

Modellvorhersagen

Natürlich gibt es längst gute Modellberechnungen für die Thermikvorhersage, welche von den Luftsportlern rege genutzt werden. Die Modelle sind mittlerweile sehr präzis, was die Thermikstärke und die Dauer betrifft, so dass daraus direkt berechnet werden kann, ob ein Streckenflug von A nach B mit der aktuellen Wetterlage möglich ist oder nicht.