Wetterkunde für Privatpiloten und Luftsportler Materialien für den Unterricht Günter Bertsch FSV Wächtersberg

1. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Wetterkunde für Privatpiloten und Luftsportler Materialien für den Unterricht Günter Bertsch FSV Wächtersberg Quellen: Dietrich Knapp: Fluglehrerlehrgang Hornberg 1977 (Manuskript) Dietrich Knapp: Grundlagen der Wetterkunde für Piloten BWLV 1986 Manfred Reiber: Moderne Flugmeteorologie Verlag H. Deutsch 1998 Horst Malberg: Meteorologie und Klimatologie J. Springer Verlag 1997 Manfred Kreipl: Mit dem Wetter segelfliegen Motorbuch Verlag 1977 Hesse: Der Segelflugzeugführer 1977 Eckart Buttelmann: PPL-Wetter PPL Fragenkatalog Auflage 2002, 2009 Beispiele aus pcmet Weitere Bildquellen: DWD, ESA, NASA, NOAA Günter Bertsch

2. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Teil 1 1. Grundlagen, Zusammensetzung und Aufbau der Atmosphäre 2. Bestimmungsgrößen für den Zustand der Atmospäre -Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit 3. Flugmeteorologische Grundelemente und wetterbedingte Fluggefahren -Sicht, Wolken, Niederschlag 4. Vertikale Luftbewegung, Schichtung, Thermodynamisches Diagramm 5. Klima, Großwetterlagen 6. Flugwetterberatung für die allgemeine Luftfahrt, Self- Briefing Wetterkarten, Wetterschlüssel, GAFOR, Pcmet ..... Günter Bertsch

3. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Die Atmosphäre Günter Bertsch

4. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Die Atmosphäre Chemische Zusammensetzung der Luft: 21% Sauerstoff O2 78% Stickstoff N2 0.03% Kohlendioxid CO2 Rest: Edelgase u.a. Im Durchschnitt sind ca. 1.3% Wasserdampf (max. 3%) in der Luft enthalten. Günter Bertsch

5. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Ionosphäre Kosmische Strahlung im UV- und Röntgenbereich UV- Licht (Tag) O2 O3 Nacht O O2 Temperaturverlauf und Schichtung der Atmosphäre Temperaturgradient: Temperaturänderung mit der Höhe (im Normalfall Abnahme), Mittelwert für Troposphäre: 0.65°C/100m oder 2°C/1000ft Günter Bertsch

6. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Luftdruck Luftfeuchtigkeit Temperatur Bestimmungsgrößen für den Zustand der Atmosphäre Günter Bertsch

7. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Im Bereich der Troposphäre durchdringt die Sonneneinstrahlung die Luft und erwärmt den Erdboden. Der erwärmte Boden gibt Wärme an die Luft ab. Der Wärmetransport innerhalb der Troposphäre erfolgt durch Konvektion. Sonnenspektrum Infrarotstrahlung Temperatur - physikalische Maßzahl für den Wärmezustand von Materie, nach der kinetischen Gastheorie ist die Temperatur proportional der Bewegungsenergie der Moleküle. Günter Bertsch

8. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Temperatur / Strahlung Albedo (= Rückstreuvermögen) der Erdoberfläche Rückstreuvermögen verschiedener Bodentypen für solare Einstrahlung Erdboden, Ackerland: 10% Erdboden, Wüste: 30% Meer, senkrechter Einfall 4% Meer, streifender Einfall: 90% Eis: 35% Schnee, frisch gefallen: 80% Schnee in Polregionen : (wegen schrägem Einfall bis) 90% An der Erdoberfläche gilt: Absorption = 100% - Albedo Günter Bertsch

9. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Luftdruck Regel: Bei einer Höhendifferenz von 5500m halbiert sich der Druck Günter Bertsch

10. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Luftdruck Maßeiheit: 1 Pa = 1 N/m² Alte Maßeinheiten: 760mm Hg = 760 Torr = 29.25 ins merc = 1013.25 mbar = 1013.25 hPa Meßgeräte für den Luftdruck: Quecksilberbarometer Aneroidbarometer/ Höhenmesser/ Barograf Elektronische Drucksensoren Barometrische Höhenstufe: Höhenunterschied, der 1 hPa Druckunterschied verursacht. Meereshöhe (MSL): 8m/hPa = 30ft/hPa (2000m: 10m/hPa) 5500m: 16m/hPa 11000m: 32m/hPa Günter Bertsch

11. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Die ICAO - Standardatmosphäre Dient zum Vergleich von Leistungsparametern von Flugzeugen und Triebwerken und zur Eichung von Fluginstrumenten. Die wichtigsten Daten der ICAO- Standardatmosphäre: Luftdruck 1013.2hPa Lufttemperatur (MSL) 15°C Luftdichte 1.225kg/m³ rel. Feuchte 0% Temperaturabnahme bis 11km Höhe 0.65°C/100m bzw. 2°C/1000ft Höhe der Tropopause 11km Temperatur an der Tropopause -56.5°C Zur Anwendung bei Eichungen gibt es ausführliche Tabellen für die Höhenabhängigkeit von Lufttemperatur, Luftddruck, Luftdichte und Schallgeschwindigkeit. Günter Bertsch

12. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Die Höhenmessereinstellungen Altitude Height bei T=15°C Günter Bertsch

13. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Weitere Höhenbegriffe in der Luftfahrt Wahre Höhe (true altitude): Da die Atmosphäre nie allen Bedingungen der Standard- atmosphäre einspricht, gibt die angezeigte Höhe (indicated altitude) nie genau die wahre Höhe wieder, sie kann jedoch mit entsprechenden Kenntnissen unter Verwendung geeigneter Hilfsmittel bzw. Näherungen weitgehend korrigiert werden. Standard- Einstellung: 1013.2 hPa Druckhöhe (pressure altitude): Höhe über der Standarddruckfläche 1013.2 hPa, die Flugfläche (FL) ist eine Druckhöhe. Dichtehöhe (density altitude): Die Dichtehöhe ist die Höhe der Standardatmosphäre, in der die Luftdichte genau der aktuell herrschenden Luftdichte in Flughöhe entspricht, sie ist eine temperaturkorrigierte Druckhöhe. Dichtehöhe ist ist dann gefragt, wenn ein Motorflugzeug bei erheblichen positiven Temperaturabweichungen von Standard an der Grenze seiner Leistungsdaten geflogen werden soll bzw. bei Starts auf hochgelegenen Plätzenbei hohen Temperaturen. Die Dichtehöhe wird mit dem Flugcomputer bzw. dafür geeigneten Rechenscheiben ermittelt. Falls keine Hilfsmittel zur Verfügung stehen, hier eine Näherung: pro °C Abweichung von der Temperatur der Standardatmosphäre verändert sich die Dichtehöhe um 120 ft, sie steigt bei positiver Abweichung. Günter Bertsch

14. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Höhenmeßfehler durch Druckänderung Vom Hoch ins Tief gehts schief ! Günter Bertsch

15. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Höhenmeßfehler durch Temperaturabweichung Näherungsformel für die Praxis: Je 1°C Abweichung von der Standardtemperatur ist die Höhenmesseranzeige um 0,4%zu korrigieren (höher mit +, tiefer mit -). Im Winter sind die Berge höher! Günter Bertsch

16. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Aufgabe Met. 380 aus PPL- Fragenkatalog 2002: Sie befinden sich in FL 50 bei einer Temperatur von -20°C. Das QNH beträgt 1003 hPa. Wie groß ist ihre wahre Höhe? Lösungsangebote: A) 5000 ft B) 5170 ft C) 4830 ft D) 4230 ft Günter Bertsch

17. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie FL 50 Standardtemperatur in FL 50 = + 5°C 5000ft - 300ft = 4700ft Differenz = 25°C 5000ft NN 1003 hPa Druckdifferenz 10 hPa => 10 x 30ft = 300ft 1013,2 hPa Lösung, PPL- Fragenkatalog Met. 380/2002: Sie befinden sich in FL 50 bei einer Temperatur von -20°C. Das QNH beträgt 1003 hPa. Wie groß ist ihre wahre Höhe? Aktuelle Temperatur in FL 50 = - 20°C Je Grad Temperaturabweichung von der Standardtemperstur ist die Höhenmesseranzeige um 0.4% zu korrigieren: 25 x 0.4% = 10% 4700 ft x 0.1 = 470ft Da die Temperaturabweichung negativ ist, werden die 470ft von den 4700ft abgezogen. 4700ft - 470ft =4230ft Antwort: Die wahre Höhe beträgt 4230ft Günter Bertsch

18. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Absolute Feuchte: Der tatsächlich in der Luft enthaltene Wasserdampf in g/m³ Luftfeuchtigkeit Sättigungsdampfdruck und maximale Feuchte: Günter Bertsch

19. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Fabs Frel = 100% x Fmax Luftfeuchtigkeit Die relative Feuchte: Taupunkt : Temperatur bei der die Sättigung (max. Feuchte =100% rel Feuchte) erreicht ist und Kondensation einsetzt. Taupunktsdifferenz  (Spread): Differenz zwischen tatsächlicher Temperatur und Taupunkt. z. B.  = 10°C => Die Luft muß sich um 10° abkühlen um den Taupunkt zu erreichen. Aus  kann mögliche Nebelbildung vorhergesagt werden, oder die zu erwartende Cu- Wolkenbasis (KKN/m = Spread x 123) ermittelt werden. Günter Bertsch

20. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Spezifische Feuchte q: q = = Mischungsverhältnis m: m = = W Masse Wasserdampf Gesamtmasse feuchte Luft ______ W + L Einheit: g/kg W ___ Masse Wasserdampf Masse trockene Luft L Luftfeuchtigkeit Höhenunabhängige Feuchtebegriffe Wird ein abgeschlossenes Luftpaket vertikal bewegt, ändern sich Druck, Volumen und Temperatur Der Wassergehalt des Paketes bleibt jedoch konstant Relative und maximale Feuchte, Dampfdruck und Taupunktändern sich daher mit der Höhe. Zur Betrachtung der Dynamik der Atmosphäre (z. B.großräumige Turbulenz) werden höhenunabhängige Feuchtebegriffe benötigt: m  q Günter Bertsch

21. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Psychrometer Luftfeuchtigkeit Meßgeräte für Luftfeuchtigkeit: Hygrometer Günter Bertsch

22. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Fabs Frel = Fabs = 0.64 x 20 g/m³ = 12.8g/m³ x Frel Fmax = Fmax nach Faustregel  = 12.8°C (nach Faustregel)  = 20°C - 12.8°C = 7.2°C Cu- Basis =  x 123m = 886m über Grund Luftfeuchtigkeit Aufgabe: Ermittle mit den Informationen dieser “Wetterstation” die Höhe der zu erwartenen Cu- Wolkenbasis. rel. F = 64% T = 20°C Günter Bertsch

23. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Bodensicht MET Sichten in der Fliegerei Günter Bertsch

24. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Künstliche Nebelauflösung Nebel Nebelbildung: - Abkühlung der Luft bis zum Taupunkt (Strahlungsnebel) - Transport von warmer und feuchter Luft über ausgekühlte Landflächen (Advektionsnebel) - Zufuhr von Wasserdampf mit oder ohne gleichzeitiger Abkühlung der Luft (Mischungsnebel) Nebelauflösung: - Erwärmung der Luft durch Sonneneinstrahlung - Entzug von Wasserdampf durch Tau- oder Reifbildung - Vertikaler Luftaustausch durch Turbulenz. Bei mittleren Windgeschwindigkeiten 5m/s (oft schon ab 3m/s) wird Strahlungsnebel in der Regel aufgelöst. Günter Bertsch

25. FSV Wächtersberg Ausbildung Fach: Meteorologie Die Wolkengattungen Günter Bertsch