Theorie zur Thermik

 

 

Für Piloten von Segelflugzeugen gehört das Wissen über die Entstehung und das Auffinden der Thermik zum Pflichtprogramm der Ausbildung. Leider ist es in Modellflugkreisen nicht derart verbreitet. Folgende kurze Infos geben ansatzweise und idealisiert Aufschluss über das mysteriöse Phänomen Thermik.

 

 

Für richtige Segler gilt in großer Höhe

3 Standardmodelle (nach Carmichael, 1954)

  • starke Thermik: Steiggeschwindigkeit der Luft w 6 m/s, Radius der Thermikblase r 200 m
  • schwache Thermik: w 3 m/s, r 300 m
  • weite Thermik

Theorie: w = 2 H  b

Höhe über Grund: H, Aufwärtsbeschleunigung: b = ΔT / 100 0,006 m/s² (Durchschnitt in Deutschland)

Beispiel: für H = 200 m => w  = 1,5 m/s

ΔT zwischen Thermik und umgebender Luft:  2 K bis 5 K (in Deutschland)

Lebensdauer einer Blase : 3 min bis 30 min, bei dicke Quellwolken länger, bei flachen Wolken kürzer

auch Turbulenzen sind thermischen Ursprungs

 

Durchschnittsthermik für Modellsegler: Mini-Bart in 100 m Höhe, r = 3 m, w = 0,3 m/s

Für H 400 m  Vereinigung der Mini-Bärte zu einem großen  Angaben für richtige Segler gelten für Modelle

 

allgemein gilt: Die Anzahl der anzutreffenden Bärte ist umgekehrt proportional zu ihrer Stärke. => starke Thermik selten anzutreffen, schwache sehr häufig

 

Seitenansicht des idealen Barts

 

 

Sicht auf Thermikblase von oben

 

 

Entstehung der Thermik

3 wichtige Faktoren:

  • Sonneneinstrahlung
  • Temperaturdifferenz
  • Luftschichtung

Sonne

Sonne = Energiespender

Einfall möglichst senkrecht auf den Boden

 

Thermik tagsüber/ bei Lichteinfall/ bei starker Sonneneinstrahlung anzutreffen bei

  • Sport-/Parkplatz
  • Sand-/ Stein-/ Betonfläche
  • breite Straße
  • vertrocknetes Gras
  • reifes Kornfeld
  • große helle Dächer
  • Wüste
  • (Schnee)
  • ...

allgemein: helle, trockene Oberflächen, die Wärme/ Licht reflektieren und somit die Luft erhitzen

 

Abendthermik/ Thermik bei durchziehenden Wolken mit Schatten/ nachlassende Sonneneinstrahlung bei

  • Wald
  • feuchte Wiese
  • Rübenfeld
  • ...

allgemein: dunkle, feuchte Flächen erhitzen sich erst selbst Thermik nach der Aufheizung

Abendthermik: über Wald, ab 17:00, großflächig, unverwirbelt, schwach, leichte Inversion → Steigen nach oben schnell begrenzt

 

stark wärmespeichernde, Verdunstungsflächen (Seen, nasse Wälder, Flüsse, Sümpfe, ..) → Verdunstungskälte → nie Thermik tagsüber

 

Übergänge guter-schlechter Untergrund (z.B. Kornfeld-Wald) sind besonders thermikreich

Übergang Sonnenschein - Schatten (z. B. durch Wolke)  Thermik entsteht nun über dunkle Flächen

Zeitdauer bis Thermik über einem neuen Thermiklieferanten entsteht: Totzeit

verschiedene Totzeiten:

gute Wärmereflektoren: 0-5 Min/ 0 -15 Min Tag-Abend;

wärmespeichernde Oberflächen:  2 -10 Min / 1,5 - 3 h Tag-Abend;

 

Einfluss der Topographie:

  • hügelig: schwächere, längere (über den Tag hinweg) Thermik
  • Flachland: stärkere (weniger Auslösefaktoren länger Energie in Blase vor Auslösen), kürzere Thermik

Zum Ablösen der Thermikblase vom Boden wird ein Auslöser benötigt:

  • durchziehende Wolkenschatten
  • Hecken
  • Baumreihen
  • ...

Bei stabiler Schichtung sind starke, bei labiler Schichtung schwächere Auslöser notwendig.

 

Erkennungsmerkmal am Modell vor der Ablösung:

bevor Ablösen und während Sammlung der Blase nur Nullschieber + schwammiges Darüberfliegen; später nach dem Ablösen starker Aufwind

 

Temperatur

allgemein gilt: hohe Sonneneinstrahlung hohe Temperatur bessere Thermik

aber: Hohe Temperaturdifferenz Tag-Nacht ist noch wichtiger, z.B. führt ein stabiles Hoch mit konstanter Temperatur nachts wie tagsüber zu wenig Thermik.

bestes thermisches Gebiet morgens: sonnenzugeneigter Hang

mittags: abnehmenden Temperaturdifferenzen Thermik ist weniger häufig, aber stärker

thermisch gut: kaum Wind + starke Böen

 

Luftschichtung

Beobachtung: Stetige Thermik ist trotz geschlossener Wolkendecke, Winter, starker Wind, Regen, .. möglich.

dann gilt: Thermik an nur Wolken orientiert suchen schwarze Flecken der Wolken oder blaue Löcher

 

zur Schichtung:

Eine warme Thermikblase kühlt sich beim Aufsteigen/ Ausdehnen ab; der Temperaturverlauf der Atmosphäre ist ebenfalls negativ mit ca. -0,65 K/ 100 m

  • labile Schichtung: Temperaturabnahme der Atmosphäre ist stärker als die der Thermikblase   immer schnelleres Steigen der Blase + nur geringe Temperaturdifferenzen als Auslöser der Blase am Boden genügen.
  • stabile Schichtung: Temperaturabnahme der Atmosphäre geringer als die der Thermikblase   Steigen der Blase bis ΔT = 0 weniger Thermik und nur bis zu einer bestimmten Höhe
  • Inversion: Temperatur der Atmosphäre bleibt ab einer bestimmten Höhe konstant oder nimmt zu ( Smog über Städte)   falls Thermik überhaupt vorhanden, dann nach oben abrupte Begrenzung

Erkennungsmerkmale der verschiedenen Schichtungen:

  • labile Schichtung: gute Sicht, blasenförmiger, sich auflösender Rauch aus Schornstein
  • stabile Schichtung: Stratuswolken (einförmige, geschlossene Wolkendecke), zusammenhängende Rauchsäule aus Schornstein
  • Inversion: zusammenhängender Rauch aus Schornstein, der "oben anstößt"

 

Wolken

Entstehung:

warme Luft Speicherung von viel Wasser (30 g bei 30 °C) Aufsteigen Abkühlung Wasserspeicherfähigkeit verringert sich (5 g bei 0 °C) Wasser wird aus Luft herausgelöst Wolke

 

Kumuluswolke:

  • Vereinigung mehrere Bärte in großer Höhe
  • sichtbare obere Grenze der Thermik ( "Spitze des Eisbergs" )
  • entstehen und vergehen relativ schnell schnelles Anfliegen/ Nutzen der bekannten Thermik notwendig

wolkenloser Himmel: Thermik ist vorhanden, aber die Luft ist nicht feucht genug für Wolkenbildung.

 

Nur im Idealfall ist auf der gedachten Linie Wolke-Schatten die zur Wolke gehörende Thermik zu finden.

 

Fronten

durchziehende Kaltluftfront → schwere Luft schiebt sich wie ein Keil unter die warme → Aufsteigen der Luft ca. 30 min lang

 

allgemeine Erkennungsmerkmale

  • windstill am Boden → plötzlicher Wind Luft strömt zur Thermikblase hin neue Thermik in Richtung des Windes
  • Wind plötzlich windstill Thermik direkt über dem Platz
  • Wirbel oder Schläuche über hohem Gras oder staubigen Flächen/ sich bewegende Büsche, Baumreihen trotz Windstille Ablösung der Thermikblase an dieser Stelle
  • Thermikblase klein (meistens) 1 Flügelhälfte wird angehoben Neigung des Modells zur thermikabgewandten Seite (nicht immer)
  • Thermikblase groß Ansaugen des Modells höhere Geschwindigkeit/ Eigenstabilität, manchmal starkes Sinken durch Abwindring Nase nach unten Eindringen in den Thermikkern
  • Abwind Anströmung des Tragflügels von oben zu wenig Auftrieb Pumpen bis Sinkgeschwindigkeit = w, gegen Ende des Abwindfeldes starke Geschwindigkeitszunahme
  • Turbulenz: gesamter Flügel wird angehoben, dann Leitwerk Nase nach oben

 

tangentialer Anflug an eine Thermikblase mit kleinem Abwindring im Verhältnis zur Spannweite

 

 

Vögel

Schwalben: Indikator für sich schnell verstärkende Thermik: aufsteigende Insekten/ Partikel → Luft ist trübe → Schwalben fressen Bart mit aufsteigenden Insekten leer und fliegen zum nächsten Bart → Schwalben bleiben nicht lange in der Thermik

große Vögel (Bussard): bleiben in der Thermik

 

 

Viele dieser Beobachtungen werden erst mit Variometer deutlich.

 

später noch mehr dazu..

 

 

Links

 

Wetterdienste -

www.wetter.com

www.wetter.de

Segelflugwetter - www.wetter.com/home/structure/control.php?sessionID=&Lang=DE&ms=4&ss=5

 

 

Quellen

[1] Markus Lisken, Ulf Gerber: Das Thermikbuch für Modellflieger, Verlag für Technik und Handwerk, 2. Auflage 1999 Baden-Baden

 

 

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