Zeitiger Frühling

Es ist Sonntag, der 1. April 2001. Der Alpenwetterbericht der SMA Meteo-Schweiz verspricht nach einem meist noch verhangenen Samstag für heute einen wolkenlosen Himmel über den Schweizer Alpen. Dazu soll es angenehm warme Temperaturen von etwa 0 Grad auf 2500 m Höhe und einen nur schwachen Wind aus nördlichen Richtungen geben. Wenn das kein Aprilscherz ist, sollten sich ab Mittag über den in diesem Jahr schon bis weit hinauf schneefreien Südhängen ideale Bedingungen für einen Thermikflug einstellen!

Und tatsächlich sind die Flugbedingungen an diesem Tag nahezu optimal. Unter dem Einfluss eines kräftigen Hochdruckgebietes, das sich von Russland bis nach Spanien ausgedehnt hat, sickert aus Nordosten trockene und relativ milde Luft in den Alpenraum ein. Die schon recht hoch stehende Sonne wärmt die nach Süden orientierten Hänge im Verlaufe des späteren Vormittags sehr stark auf. Über den aufgeheizten Hängen, speziell dort, wo dunkler Nadelwald den Boden bedeckt, entsteht eine gleichmässige und ruhige Thermik. Am Jakobshorn oberhalb von Davos sind an diesem Nachmittag teilweise bis zu 15 Gleitschirme gleichzeitig in der Luft. Manche Piloten kreisen über mehrere Stunden weit oberhalb der Starthöhe. Andere landen zwischendurch wieder am Jakobshorn rein, um sich ein kühles Getränk zu gönnen und nach einiger Zeit erneut in die Lüfte zu entschweben.
Der entscheidende Motor für die Entstehung der Thermik im Frühjahr ist der Temperaturkontrast zwischen den schneebedeckten und den schneefreien Flächen. Die schneebedeckten Flächen reflektieren rund 90 % der Sonneneinstrahlung. Die Luft bleibt über solchen Flächen deshalb auch im Tagesverlauf sehr kalt. Ganz anders ist es mit den schneefreien Flächen. Sie nehmen einen grossen Teil der Sonnenenergie auf und wandeln sie in Wärme um. Dabei gilt: Je dunkler die Fläche ist, desto weniger Energie wird reflektiert und desto mehr Energie wird aufgenommen. Die dunklen Flächen, insbesondere die alpinen Nadelwälder, erwärmen sich im Tagesverlauf also extrem.

Abbildung 1: Indirekte Erwärmung der Luft durch die Sonne. 1. Die Erdoberfläche wird durch die Strahlung der Sonne erwärmt. 2. Durch molekulare Wärmeleitung wird die Luft unmittelbar über der Erdoberfläche erwärmt. 3. Durch turbulente Wärmeleitung wird die Luft in den höheren Schichten der Troposphäre erwärmt.	Abbildung 2: Entstehung einer Thermikblase. a) Aufheizung der bodennahen Luftschichten. b) Vom Erdboden aus einsetzende Konvektion. c) Aufsteigen der Thermikblase. d) Abreissen der Thermikblase.
Abbildung 3: Skizze einer Thermikblase. A) Aufsteigendes, warmes Luftvolumen. B) Bereich der nachströmenden Umgebungsluft. C) Bereich, in welchem durch Turbulenz Umgebungsluft in die Blase eingemischt wird.

Molekulare und turbulente Wärmeleitung
Abbildung 1 illustriert, wie der durch die Sonneneinstrahlung verursachte Wärmeüberschuss an die Luft weitergegeben wird. Unmittelbar an der Grenzfläche zwischen Boden und Luft erfolgt der Wärmeaustausch über molekulare Wärmeleitung. Dabei wird die Wärme als kinetische Energie der Moleküle durch Stösse von Molekül zu Molekül übertragen. Diese molekulare Wärmeleitung benötigt im Gegensatz zur Sonnenstrahlung ein übertragendes Medium. Die thermische Leitfähigkeit der Luft ist im Gegensatz zu der von Metallen sehr schlecht. Darum ist der Wärmeaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre durch reine molekulare Wärmeleitung sehr gering. Es könnten so nur wenige Meter der bodennahen Luftschichten erwärmt werden.
In der Luft ist die Turbulenz der entscheidende Faktor beim Wärmetransport. Die Turbulenz sorgt für eine Durchmischung der Luftschichten. Nachdem die bodennahen Luftschichten durch molekulare Wärmeleitung erwärmt wurden, bringt die turbulente Wärmeleitung die Wärme auch in die höheren Luftschichten der Troposphäre.

Thermische Konvektion
Die intensivste Art der turbulenten Wärmeübertragung ist die thermische Konvektion. Ein aufgeheiztes Luftvolumen hat eine geringere Dichte als die Umgebungsluft und wird deshalb aufsteigen. Es erfährt so lange eine Beschleunigung nach oben, wie es wärmer als die Umgebungsluft ist. Je grösser also die Aufheizung im Vergleich zur Umgebung ist, desto weiter kann ein solches Luftvolumen aufsteigen. Der extreme Temperaturkontrast zwischen der kalten Luft über den schneebedeckten Flächen und der erhitzten Luft über den schneefreien Flächen bietet im Frühling also das Potential für die Entstehung von Thermik. Kleinräumige Unterschiede der Bodenbeschaffenheit führen dabei zu grossen Temperaturkontrasten und zu intensiver aber auch ruppiger Thermik.

Vertikale Temperaturschichtung der Atmosphäre
Neben der Stärke der Überhitzung des Luftvolumens ist auch die vertikale Schichtung der Atmosphäre für die Intensität der Vertikalbewegungen von Bedeutung. Ein aufsteigendes Luftvolumen gerät bei seiner Vertikalbewegung unter einen geringeren Druck. Dadurch dehnt es sich aus und kühlt als Folge ab. Diese adiabatische Temperaturabnahme eines Luftvolumens bei Vertikalbewegungen beträgt 0.98 Grad pro 100 m.
Die Schichtung der Atmosphäre ist stabil, wenn der vertikale Temperaturgradient der Umgebungsluft kleiner als diese rund 1 Grad pro 100 m ist. Dann wird das aufsteigende Luftvolumen schneller abkühlen als die Umgebungsluft und ab einer bestimmten Höhe kälter sein als diese. Die beschleunigte Vertikalbewegung hört auf, und die Obergrenze der Thermik ist erreicht. Labil ist die Schichtung der Atmosphäre hingegen, wenn der Temperaturgradient grösser als 1 Grad pro 100 m ist. Ein Luftvolumen bleibt in diesem Fall bei seiner Vertikalbewegung immer wärmer als die Umgebung und steigt entsprechend beschleunigt. Die Atmosphäre kann aber nur in sehr kleinen Bereichen wirklich labil geschichtet sein, da dieser Zustand aufgrund der Labilität nicht über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann. Es kommt zu starken turbulenten Vertikalbewegungen und zu einer Durchmischung der ganzen Luftschicht.

Thermikblasen
Die thermische Konvektion erfolgt in Form von sogenannten Thermikblasen. Abbildung 2 zeigt die Entstehung einer solchen Thermikblase. Die Sonne heizt zunächst den Erdboden und nachfolgend indirekt auch die untersten Luftschichten sehr stark auf. Da die erwärmte Luft nun leichter ist als ihre Umgebung, setzt Konvektion ein. Eine Thermikblase beginnt aufzusteigen und sich vom Boden zu lösen. Nach einiger Zeit reisst die Thermikblase vom Boden ab und wird mit dem Wind davon getragen. Je nach Stabilität der Luftschichtung kann die Thermikblase unterschiedlich hoch aufsteigen, bevor sie sich auflöst. Nun kann der gesamte Prozess an gleicher Stelle von neuem beginnen.
In Abbildung 3 sind die wichtigsten Bestandteile einer Thermikblase skizziert: Im Inneren der Thermikblase befindet sich das aufsteigende Warmluftvolumen. Die Thermikblase verdrängt bei ihrer Vertikalbewegung die Umgebungsluft an ihrer Oberseite. Im Gegenzug strömt Umgebungsluft unterhalb der Thermikblase nach. Besonders an den Seiten der Thermikblase entsteht durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen aufsteigender Warmluft und Umgebungsluft starke Turbulenz. Die Turbulenz sorgt dafür, dass Umgebungsluft in die Warmluft eingemischt wird. Dieser turbulente Bereich bildet beim Eintauchen in die Thermikblase eine Gefahrenquelle für den Gleitschirmpiloten. Die Luft ist sehr unruhig, und es kann durch die Geschwindigkeitsscherung zum Einklappen des Schirms kommen.

Was kann es Schöneres geben, als sich an einem Tag wie dem 1. April in eine solche Thermikblase zu hängen und sich von ihr in die Höhe katapultieren zu lassen? Die Kunst ist, eine solche Thermikblase zu finden und von seitlich oben in sie einzusteigen. Daher gilt es als Gleitschirmpilot zu beobachten, wo die Kollegen unterhalb von einem selber einen Aufwindbereich finden und abzuschätzen, ob man von der eigenen Position aus diese Thermikblase noch erreichen kann. Und wenn nicht, muss man es halt an einer anderen Stelle probieren oder auf die nächste Thermikblase warten. Wie in jedem Outdoor-Sport sind dabei Erfahrung und Ortskenntnis von entscheidender Bedeutung.

Norbert Raderschall

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