Personen mit Flugerfahrung haben Turbulenzen in der Luft meist schon erlebt, was sicher kein angenehmes Erlebnis ist. Dieser Abschnitt widmet sich speziell dem Wissen über Wetter und Turbulenzen.

Im Allgemeinen beginnt der Rumpf eines Flugzeugs, leichte bis heftige Vibrationen zu zeigen, wenn es Lufträume mit schlechtem Wetter durchfliegt; im schlimmsten Fall können Passagiere, die auf ihren Sitzen geschnallt sind, durchgeworfen werden. Wenn man Pech hat, kann es sogar zu Knochenbrüchen bei Passagieren und Beschädigungen der Zelle kommen. Selbst wenn es nicht zu solchen Verletzungen kommt, führt längeres Flattern zu Unwohlsein, und noch häufiger löst es bei Passagieren psychologische Unruhe aus. Daher achten Piloten während ihres Fluges ständig darauf, Lufträume mit schlechtem Wetter zu meiden, um den Passagieren möglichst eine sichere und komfortable Reise zu bieten. Natürlich ist die strukturelle Festigkeit des Flugzeugs mehr als ausreichend, um Turbulenzen zu bewältigen; die Flugsicherheit ist gewährleistet.

Im Allgemeinen gibt es mehrere Arten von Turbulenzen, schauen wir sie uns einzeln an.

Zuerst die Lee-Welle (Lee wave). Eine Luftwelle bzw. Turbulenz, die über der windabgewandten Seite eines Gebirges entsteht, wird als Lee-Welle bezeichnet. Unter statisch stabilen Bedingungen bilden sich über der Lee-Seite interne Schwerewellen, wenn Luft gezwungen wird, über einen Berg zu strömen und sich dann vom Gleichgewichtszustand entfernt und Auftriebschwingungen ausführt. Ihre Bildung hängt von Faktoren wie der atmosphärischen Schichtung, Windrichtung und Windgeschwindigkeit sowie Größe und Steilheit des Berges ab. Wenn die Windgeschwindigkeit hoch ist und senkrecht zum Bergkamm weht, wird die Strömung stärker gestört, was die Bildung von Lee-Wellen begünstigt; hohe und steile Berge können die Amplitude der Lee-Wellen noch vergrößern. Bei der Bildung von Lee-Wellen entstehen oft Lenticularis- oder Wellenwolken, die parallel zum Kamm verlaufen und sich mit wolkenfreien Gebieten abwechseln.

Der Fuji in Japan ist ein typisches Beispiel für häufig auftretende Lee-Wellen. Unter dem Einfluss von Lee-Wellen am Fuji ereignete sich einst der Absturz des BOAC-Flugs 911. Die Boeing 707 mit dem Kennzeichen G-APFE war vom japanischen Flughafen Haneda gestartet, um ihren Weiterflug nach Hongkong fortzusetzen. Kurz nach dem Start wurde die Maschine in Turbulenzen erfasst; die Belastung überstieg die Strukturfestigkeit, das Flugzeug zerbrach in der Luft und stürzte am Fuße des Fuji zu Boden. Alle 113 Passagiere und 11 Besatzungsmitglieder kamen ums Leben.

Da man die Gefahren der Lee-Welle kennt, umfliegen Fluglinien in der Flugvorbereitung die gefährdeten Gebiete, zum Beispiel am Fuji vorbei, indem sie nördlich oder südlich über den Berg hinwegfliegen.

Als Nächstes ist die Tropopause (tropopause) zu beachten. Die Tropopause ist die Übergangsschicht zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre; ihre Dicke beträgt mehrere hundert Meter bis 1–2 km, und ihre Höhe ändert sich stark mit der geografischen Breite und der Jahreszeit – im Allgemeinen ist sie in den Tropen höher als in den Polargebieten, im Sommer höher als im Winter und tagsüber höher als nachts. Die Tropopause wirkt wie eine Wasserscheide. Über ihr liegt die Stratosphäre: klarer Himmel, gleichmäßige Strömung, die Temperatur steigt mit der Höhe an. Unter ihr liegt die Troposphäre: Wolken, Regen, Gewitter, ständiger Wandel, die Temperatur sinkt mit der Höhe. Grundsätzlich bestimmen die Eigenschaften der Luft: Warme Luft oben – stabil; kalte Luft unten – instabil. Daher ist die Stratosphäre stabil, die Troposphäre instabil. Die Tropopause, in der Mitte zwischen Troposphäre und Stratosphäre, deutet die Wetterverhältnisse oben und unten an.

Wolken der Troposphäre steigen meist bis zur Tropopause auf und hören dort auf; deshalb liegt die Amboss-Spitze von Cumulonimbus-Wolken oft auf derselben Höhe wie die Tropopause. Cumulonimbus-Wolken sind für den Flug sehr gefährlich, aber man kann anhand der Höhe der Tropopause grob abschätzen, auf welcher Höhe die Wolkenobergrenze auftreten könnte, und beim Flug möglichst ausweichen.

Die Höhenänderung der Tropopause – der sogenannte Tropopausen-Gradient – hängt ebenfalls eng mit dem Wetter in der Troposphäre zusammen. Über warmen Luftmassen liegt die Tropopause meist höher, über kalten Luftmassen meist niedriger. Ein steiler Höhenwechsel oder gar eine Unterbrechung der Tropopause deutet oft darauf hin, dass in der Troposphäre in gewissen Höhen ein Höhenwindjet und Turbulenzen vorhanden sind. Wenn ein Flugzeug diese Bereiche durchquert, kann es stark beeinflusst werden.

Schauen wir uns ein praktisches Beispiel an. In der untenstehenden Grafik sinkt die Tropopause am Waypoint GAVEL auf 35400 Fuß. Wenn die Reiseflughöhe dann 36000 Fuß beträgt, muss der Flug in der Nähe von 140° West besonders vorsichtig sein.

Betrachten wir die Daten noch einmal aus einem anderen Winkel, in einer Grafik, die Reiseflughöhe und Tropopausenhöhe in Beziehung setzt, lässt sich das leichter verstehen – der steile Gradient der Tropopause ist auf den ersten Blick erkennbar. Beim Start vom Flughafen Los Angeles mit 36000 Fuß Reiseflughöhe nach Westen wird man in der Nähe von 140° West die Tropopause durchqueren.

Als Nächstes stellen wir das Wetterradar vor. Moderne Verkehrsflugzeuge sind mit einem Wetterradar ausgestattet, das den Piloten meteorologische Informationen entlang der Flugstrecke und im benachbarten Luftraum liefert. Wie unten abgebildet, befindet sich die Antenne des Wetterradars im Radom an der Flugzeugnase. Das Radar nutzt das Prinzip, dass elektromagnetische Wellen von der Antenne abgestrahlt, an Hindernissen reflektiert und zurückempfangen werden; je höher die Leitfähigkeit des Ziels und je größer die Reflexionsfläche, desto stärker das Echo. Das Radar kann das Vorhandensein und die Verteilung von meteorologischen und anderen Zielen entlang der Flugstrecke vor dem Flugzeug erfassen und auf dem Bildschirm die Kontur der erfassten Ziele, die Stärke von Gewitterzonen, die Peilung und die Entfernung anzeigen.

Meist werden auf dem ND (Navigation Display) verschiedene Wetterbedingungen in unterschiedlichen Farben dargestellt: rote Bereiche zeigen einen Niederschlag von mehr als 12 mm/h an, gelbe Bereiche einen Niederschlag zwischen 4 und 12 mm/h, grün einen Niederschlag zwischen 1 und 4 mm/h, und violett deutet auf instabile Luftströmungen hin.

Wenn Piloten auf der Flugstrecke vor sich gelbe, rote oder violette Bereiche sehen, werden sie in der Regel Ausweichmaßnahmen in Erwägung ziehen.

Die oben genannten Situationen lassen sich im Voraus erkennen, sodass Piloten während des Flugs diese Lufträume umfliegen können. Es gibt jedoch eine Art Turbulenz, die ohne Vorwarnung auftritt, ohne Wolkenbildung vom Radar nicht erfassbar ist und plötzlich auftritt: die Clear Air Turbulence (CAT).

Clear Air Turbulence tritt relativ häufig im Nordosten eines Tiefs auf, das von einem starken Höhenwindjet (Jet Stream) begleitet wird, Im Bild oben ist der Bereich, in dem möglicherweise CAT auftritt, gestrichelt eingezeichnet. Es wird vorhergesagt, dass der Flugraum etwa eineinhalb Stunden nach dem Start von Los Angeles durchquert wird. Da die Route jedoch nicht um diesen Bereich herumgeführt werden kann, werden Piloten beim Durchqueren das Anschnallsignal einschalten, und der Zeitraum für den Bord-Service wird so gelegt, dass er diese Zeitspanne meidet, um die Sicherheit von Passagieren und Besatzung zu gewährleisten.

Abschließend erklären wir noch, wie Piloten beim Ändern der Flugstrecke vorgehen. Zuerst prüfen Kapitän und Co-Pilot die neue Route: Wenn die ursprünglichen Waypoints A, B, C, D waren und in der Nähe von B Turbulenzen aufgetreten sind, könnte beschlossen werden, B zu umfliegen und stattdessen über einen Punkt E zu fliegen, der einige Dutzend Kilometer entfernt liegt. Diese Änderung benötigt jedoch die Zustimmung der Flugsicherung. Nach Eingang des Antrags muss die Flugsicherung prüfen, ob andere Flüge auf derselben Höhe in der Nähe von E geplant sind; daher dauert es einige Zeit, bis die formelle Genehmigung vorliegt. In der Zeit fliegt das Flugzeug selbst mit fast 900 km/h weiter. Wenn nach Erteilung der Genehmigung der Punkt A bereits weit hinter liegt, müsste man unter Umständen scharf und steil nach E drehen. Ein Flug, der sich wie eine Achterbahn anfühlt, ist für die Passagiere kein angenehmes Erlebnis. Piloten müssen daher ständig auf dem Radarschirm achten, die Genehmigung so früh wie möglich einholen und die neuen Streckendaten umgehend in das Flight Management Computer eingeben.

Um verschiedene Wetterinformationen aus der Luft zu erhalten, ist die Kommunikation mit Piloten anderer Flugzeuge, die im selben Luftraum fliegen, ebenfalls sehr wichtig. Piloten nutzen eine besondere Frequenz, 123,45 MHz. Da diese Frequenz unabhängig von Nationalität und Fluggesellschaft ist, dient sie dem reinen Funkverkehr unter Piloten. Wenn zum Beispiel mehrere Flugzeuge in dieselbe Richtung fliegen und das vorderste auf Turbulenzen stößt, wird der Pilot dieses Flugzeugs über die Frequenz die nachfolgenden Flugzeuge warnen. Die Piloten der folgenden Flugzeuge schalten dann das Anschnallsignal vorzeitig ein und machen die Passagiere auf Turbulenzen aufmerksam, wodurch die Flugsicherheit erhöht wird.

Darüber hinaus kann diese Frequenz nicht nur für Turbulenzen, sondern auch für andere Notfälle genutzt werden. Wenn beispielsweise an Bord eines Flugzeugs ein Passagier akut erkrankt und sich kein Arzt an Bord befindet, kann der Pilot über diese Frequenz andere Flugzeuge rufen; wenn sich ein Arzt an Bord eines anderen Flugzeugs befindet, kann dieser bei der Ersten Hilfe helfen.

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