WetterWind und Thermik: 5 Grundlagen

Felix Keßler

 · 06.09.2017

Wetter: Wind und Thermik: 5 GrundlagenFoto: YACHT

Gradient und Coriolis – noch nie gehört? In der Kurzeinführung zum wichtigsten Element für Segler erläutern wir Fachbegriffe und Grundlagen

Wetterprognosen und Vorhersagen finden sich online wie Sand am Meer. Bis auf die Stunde genau berechnete Wetterprognosen aus allen Winkeln der Erde lassen sich kostenlos einsehen – das suggeriert ein gefährliches Gefühl der Planbarkeit und Verlässlichkeit.

Gleichzeitig geraten die eigentlichen Entstehungsmechanismen von Wind und Thermik zunehmend in Vergessenheit. Dabei ist es bei der Masse an zugänglichen Daten wichtiger denn je, die Informationen korrekt einzuschätzen und die richtigen Schlüsse zu ziehen. Nicht selten ist das Beobachten der lokalen Wetterlage aufschlussreicher und exakter als die Algorithmen der Computer. Die folgenden fünf Grundprinzipien wirken maßgeblich auf die Entstehung des Windes ein. Wir verraten, wie man auf dem Wasser am besten reagiert.

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Wer sich eingehender mit Wind, Wolken und Frontenbildung beschäftigen will, wird im DK-Shop fündig. Eine detaillierte Prognose für den Ostseeraum erstellen die Experten von Wetterwelt wöchentlich im Segelwetter zum Wochenende.

Temperatur und Druck

Die Energie der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche variiert von Ort zu Ort – zum Beispiel aufgrund des Winkels der Sonneneinstrahlung, der Jahreszeit, einer Bergformation oder unterschiedlicher Reflexion an der Erdoberfläche. Luft wird also verschieden stark erwärmt.

Warme Luft dehnt sich aus, wird leichter und steigt schließlich auf, eine physikalische Gesetzmäßigkeit. Dort, wo diese aufgestiegene Luft einst war, entsteht ein Bereich mit weniger Luftdruck, ein Hitzetief. So lassen sich etwa die Tiefdruckgebiete über der Westsahara und in Äquatornähe erklären.

Das Land-See-Windsystem

  Ewiger Kreislauf: Warme Luft steigt über dem Land auf, das so entstehende bodennahe Tiefdruckgebiet wird durch kalte Seeluft aufgefülltFoto: YACHT
Ewiger Kreislauf: Warme Luft steigt über dem Land auf, das so entstehende bodennahe Tiefdruckgebiet wird durch kalte Seeluft aufgefüllt

Im kleineren Maßstab geschieht das an jeder Küste, sofern denn die Sonne scheint. Die kältere Temperatur des Wassers sorgt gleichzeitig für erhöhten Luftdruck über der Meeresoberfläche. Das spürbare Resultat dieser Druckunterschiede ist ein auflandiger Wind. Nachts, wenn das Land sich schnell abkühlt, die Wassertemperatur hingegen konstant bleibt, kehrt sich der Effekt um: Der Wind weht ablandig. Ab acht Grad Celsius Temperaturunterschied zwischen Wasser und Land beginnt diese Zirkulation, ein Ergebnis der Thermik.

Die Corioliskraft

  Corioliskraft und Druckgradientkraft wirken in gegensätzliche Richtungen. So bewegt sich der wahre Luftstrom entlang der IsobarenFoto: YACHT
Corioliskraft und Druckgradientkraft wirken in gegensätzliche Richtungen. So bewegt sich der wahre Luftstrom entlang der Isobaren

Würden Druckunterschiede kurzerhand durch einen direkten Luftstrom vom Hoch zum Tief ausgeglichen, wären Windprognosen ein Kinderspiel. Zentrale Bedeutung kommt der Corioliskraft zu. Sie lenkt Luftströme auf der Nordhalbkugel nach rechts ab, auf der Südhalbkugel nach links. Sie wirkt auf alle sich über die Erdoberfläche bewegenden Teilchen ein. Bewegen sich die Luftmoleküle sehr schnell, wirkt auch die Corioliskraft stärker. Sie steht in proportionalem Verhältnis zur Geschwindigkeit der Teilchen.

Durch diese beiden Einflüsse ändern die Luftmoleküle ihre Laufbahn und bewegen sich schließlich entlang Linien gleichen Drucks, den Isobaren.

Mit der Realität hat das noch nicht viel zu tun, denn weitere Einflüsse kommen hier zum Tragen ...

Reibung

Noch immer gehen wir von Luftmassen aus, die sich, einzig durch die Corioliskraft beeinflusst, von A nach B bewegen. Doch auf dem Weg dorthin wird die Luft durch Reibung auf Land- und Wasserflächen gebremst. Mit zunehmender Höhe schwächt sich der Effekt ab. Der Unterschied von Windstärke und Richtung in Abhängigkeit von der Höhe wird als Gradient bezeichnet.

Gradient

Im Masttopp weht also eine stärkere Brise als direkt auf dem Wasser. Segler kennen das Phänomen: Das Anemometer in luftiger Höhe zeigt manchmal eine völlig andere Windgeschwindigkeit und Richtung als die, die im Cockpit gefühlt und gemessen werden kann. Der Schein muss hier also nicht trügen. Dementsprechend wirkt auch die Corioliskraft auf die langsame Luft in Bodennähe schwächer ein als auf die schnellere Luft in der Höhe.

Vor diesem Hintergrund müssen auch alle Vorhersagen und Messwerte interpretiert werden. Liegt die Messstation in 40 Meter Höhe ü. NN, kann der Wind auf dem Wasser zum Teil deutlich abweichen. Im Idealfall kennt man die genaue Position der für das Revier relevanten Stationen und passt die Angaben entsprechend an.

  Gut zu erkennen: der "Twist" im Segel des America's-Cup-Team Shosholoza 2007 Foto: Team Shosholoza
Gut zu erkennen: der "Twist" im Segel des America's-Cup-Team Shosholoza 2007 

Der Gradient ist auch für den Trimm wichtig, besagt er doch, dass der Wind in verschiedenen Bereichen des Segels mit unterschiedlicher Stärke einfällt. Darauf lässt sich mit dem "Twist" reagieren, der Drehung innerhalb des Segels. In einigen Meter Höhe fällt der scheinbare Wind bereits stärker und achterlicher ein als am Unterliek ­– dementsprechend muss das Segel im Toppbereich offener sein. Durch den Schnitt ergibt sich eine solche Stellung gerade bei Vorsegeln meist von selbst.

Stabilität

Für das Verständnis von Wind und Thermik sind vertikale Luftbewegungen elementar. Dazu zählt auch das eingangs erwähnte Aufsteigen der Luft von der Wasser- oder Landoberfläche. Thermik selbst ist ohne Turbulenz, das vertikale Aufsteigen von Luftmassen, nicht denkbar. Besonders deutlich tritt das etwa bei Wasserhosen zu Tage. Sie entstehen, wenn das Wasser so warm ist, dass die Luft mit hoher Geschwindigkeit vertikal aufsteigt. Große Stabilität ist wiederum gegeben, wenn das Wasser besonders kalt ist. Dann bildet sich eine stabile Luftschicht über der Oberfläche, und es gibt nur wenig Durchmischung mit den darüberliegenden Schichten. Die Luft will in ihrer Höhenlage bleiben. Das verstärkt regionale Windeffekte wie den Kapeffekt zusätzlich.

  Banges Staunen: Eine Crew in Kroatien beobachtet das Entstehen einer Wasserhose aus der Nähe. Der Grund sind starke Aufwinde der durch das Wasser erwärmten LuftFoto: S. Schmidt
Banges Staunen: Eine Crew in Kroatien beobachtet das Entstehen einer Wasserhose aus der Nähe. Der Grund sind starke Aufwinde der durch das Wasser erwärmten Luft

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