Das Emagramm selbstständig lesen

2.1Ein Röntgenbild des Himmels#

Stellen Sie sich vor, man lässt einen Ballon mit Thermometer und Hygrometer steigen und notiert alle hundert Meter Temperatur und Feuchte der durchquerten Luft. Tragen Sie diese Messwerte in ein Diagramm ein – Höhe nach oben, Temperatur zur Seite –, und Sie erhalten einen Temp. Radiosonden machen das zweimal am Tag; die Vorhersagemodelle berechnen ihn für jede Stunde und jeden Punkt der Karte.

Das Diagramm, das diese Messwerte aufnimmt, heißt Emagramm. Sein Vorzug: Es trägt, vorgedruckt, die Wege, denen ein angehobenes Luftpaket folgen würde. Man muss nur noch das Paket mit der umgebenden Luft vergleichen, wie in Kapitel 1, aber mit einem einzigen Blick über die ganze Höhe des Himmels.

Ein echtes Emagramm wirkt einschüchternd, weil sich darin mehrere Linienfamilien kreuzen (Abb. 2.1). Der Schlüssel: Sie benutzen nie mehr als zwei davon gleichzeitig.

Über diesen Schienen liegen die beiden einzigen Kurven des Tages: die Zustandskurve T, durchgezogen, und die Kurve des Taupunkts Td, gestrichelt, immer links von ihr.

Der erste Reflex vor jedem Emagramm, noch vor jeder Rechnung: drei Ablesungen mit bloßem Auge.

1. Der Abstand zwischen T und Td. Eng beieinanderliegende Kurven: feuchte Luft (tiefe Wolken, Schleier, verhüllte Gipfel). Weit auseinanderliegende Kurven: trockene Luft (hohe Basen, blauer Himmel).

2. Die Neigung von T, verglichen mit den benachbarten Adiabaten. Ist sie stärker geneigt (labile Luft, die Pakete beschleunigen) oder weniger (stabile Luft, ihnen geht die Puste aus)? Jeder Knick markiert einen Schichtwechsel.

3. Die Inversionen: jedes Stück, auf dem T beim Aufsteigen nach rechts ausschert. Das sind mögliche Obergrenzen. Schauen Sie, was Td darüber macht: Liegt die Inversion morgens am Boden auf, ist sie nächtlich; in der Höhe mit sehr trockener Luft darüber ist es eine Absinkinversion (Kapitel 3); in der Höhe mit Luft, die feuchter wird, eine Frontinversion, Zeichen einer Wetterverschlechterung (Kapitel 4).

2.2Der Referenz-Temp#

Um die Handgriffe zu lernen, arbeiten wir das ganze Kapitel hindurch mit einem einzigen Temp, einem realistischen: ein schöner Julitag in einem großen Tal der französischen Südalpen. Die Kulisse: Talgrund auf 700 m, Südstartplatz auf 1500 m, ein Massiv, dessen Kämme zwischen 2500 und 2800 m erreichen. Der Temp ist die Vorhersage für 8 Uhr Ortszeit am Talpunkt.

Nichts Exotisches: der „normale“ Sommertag unter einem mäßigen Hoch. Behalten Sie diese Zahlen im Blick; wir werden daraus, Handgriff für Handgriff, alles ableiten, was ein Pilot und ein Bergwanderer wissen wollen.

2.3Die Methode in fünf Handgriffen#

Hier der vollständige Ablauf, zu wiederholen, bis er sitzt. Er greift die Paketmethode aus Kapitel 1 auf, in der Reihenfolge eines Flugmorgens: 1 die Auslösetemperatur, 2 die Basis, 3 die Wolkenobergrenze und die Thermikobergrenze, 4 die Mächtigkeit und die Stärke, 5 die Risiken.

Handgriff 1 – die Auslösetemperatur

Am Morgen ist die bodennahe Luft kälter als die Luft darüber: In der Nacht hat der Boden seine Wärme zum Himmel abgestrahlt und die Schicht, die ihn berührt, abgekühlt. Das ist die nächtliche Bodeninversion, ein Deckel über dem Tal. Solange er da ist, steigt ein am Boden erwärmtes Paket ein paar Dutzend Meter auf, ist dann kälter als die Luft ringsum und sinkt zurück.

Der Handgriff (Abb. 2.2): Setzen Sie den Finger auf die Obergrenze der Inversion (1100 m, 17 °C) und fahren Sie entlang der Trockenadiabate bis zum Boden hinunter. Sie verlieren 400 m, gewinnen also 4 °C: 21 °C. Das ist die Auslösetemperatur. Ein Paket, das mit 21 °C vom Boden startet, kommt mit 17 °C an der Obergrenze der Inversion an, genauso warm wie die Luft: Es kommt durch. Jedes wärmere Paket kommt mühelos durch.

Der Tagesgang erreicht 21 °C gegen 11 Uhr: Das ist die erste Thermik im Tal. Schätzen Sie zum Schluss den Spielraum des Tages ab, Tmax − Tausl = 26 − 21 = 5 °C: ein klassischer Tag. Unter 2 °C wird er zäh, spät und kurz; über 6 °C beginnt er früh und hält lange an.

Handgriff 2 – die Cumulusbasis

Folgen Sie nun dem Paket des Nachmittags, das mit der Höchsttemperatur vom Boden startet. Beim Aufsteigen kühlt es sich um 1 °C pro 100 m ab. Sein Dampf ändert sich nicht, aber sein Taupunkt sinkt langsam, um etwa 0,2 °C pro 100 m, weil sich die Luft ausdehnt. Der Abstand zwischen beiden schließt sich also um 0,8 °C pro 100 m. Wenn er null erreicht, kondensiert der Dampf: Das ist die Basis des Cumulus.

Im Emagramm (Abb. 2.3): Gehen Sie von Tmax = 26 °C am Boden aus und steigen Sie auf der Trockenadiabate hinauf; gehen Sie von Td = 9 °C aus und steigen Sie auf der Linie gleichen Mischungsverhältnisses hinauf. Die beiden Linien kreuzen sich bei etwa 2800 m: das Kondensationsniveau, die Cumulusbasis. Kontrolle: 122 m × (26 − 9) ≈ 2100 m über Grund, also 2800 m Höhe. Weicht Ihre Ablesung um mehr als einige hundert Meter davon ab, suchen Sie den Fehler.

Handgriff 3 – Wolkenobergrenze und Thermikobergrenze

Oberhalb der Basis befindet sich das Paket in seiner Wolke. Die Kondensation setzt Wärme frei (die latente Wärme aus Kapitel 1) und bremst seine Abkühlung: Es verliert nur noch 0,5 bis 0,6 °C pro 100 m und steigt weiter, solange es wärmer bleibt als die Luft ringsum.

Der Handgriff (Abb. 2.4): Folgen Sie vom Basispunkt aus der Feuchtadiabate, bis sie die Zustandskurve wieder schneidet. Hier stößt das Paket bei etwa 3750 m an, in der Inversion von 3600 bis 3800 m: Obergrenze der Cumuli. Für den Piloten ist die nutzbare Thermikobergrenze die Basis: In den Cumulus steigt man nicht ein. Hätte die Trockenadiabate T geschnitten, bevor sie das Mischungsverhältnis erreicht, hätte es keine Wolke gegeben: Das ist der blaue Tag, und die Thermikobergrenze liegt in der Höhe dieses Schnittpunkts.

Handgriff 4 – Mächtigkeit der Wolken und Stärke der Thermik

Zwei Maße, zwei Fragen. Die Mächtigkeit der Wolken (Obergrenze − Basis) sagt, ob es regnen kann. Die Stärke der Thermik liest man am Abstand zwischen dem Paket und der umgebenden Luft ab: Je wärmer das Paket im Vergleich zu seiner Umgebung, desto leichter ist es und desto stärker beschleunigt es.

In unserem Temp (Abb. 2.5) beträgt die Mächtigkeit etwa 900 m: Cumulus humilis bis mediocris, kein Schauer möglich.

Für die Stärke messen Sie den waagerechten Abstand zwischen Paket und Zustandskurve in der Mitte der Konvektionsschicht: hier, in 1900 m, etwa 3 °C. Richtwerte aus der Ausbildung, als Größenordnung: 1 °C, sanfte Thermik (um 1 m/s); 2 bis 3 °C, guter Tag (2 bis 3 m/s); über 4 °C, starke Thermik. Zweites Indiz: Je dicker die durchmischte Schicht, desto breiter und kräftiger die Thermik. Kapitel 8 verfeinert das mit der konvektiven Geschwindigkeit.

Handgriff 5 – die Risiken: Was könnte schiefgehen?

Ein guter Meteorologe hört nicht bei der Antwort auf; er fragt sich, wie weit sie danebenliegen kann. Drei Fragen, immer dieselben.

Was liegt über der Wolkenobergrenze? Hier ein klarer Deckel (4 °C Inversion auf 200 m) und sehr trockene Luft: Ein Cumulus, der darüber hinauswüchse, würde sofort verdunsten. Und wenn der Tag wärmer wird als vorhergesagt? Wiederholen Sie die Handgriffe 2 und 3 mit Tmax + 3 °C (Abb. 2.6): Die Basis steigt auf 3200 m, die Obergrenze bleibt bei etwa 3800 m. Der Deckel hält. Gibt es Energie in Reserve? Die Fläche zwischen Paket und Zustandskurve bleibt klein (CAPE von einigen hundert J/kg): Schönwetterkonvektion.

Das Urteil passt in eine Zeile: erste Thermik gegen 11 Uhr, erste Cumuli gegen 13 Uhr in 2600 m, Basis am Nachmittag bei etwa 2800 m, flache bis mittlere Cumuli, kein Gewitterrisiko. Fünf Minuten mit dem Bleistift.

2.4Die Inversion wird abgetragen: der Zeitplan des Tages#

Handgriff 1 liefert eine Uhrzeit; sehen wir uns an, was in der Zwischenzeit passiert. Die Sonne heizt den Boden, der Boden heizt die Luft, die ihn berührt, und jedes Paket durchmischt die Schicht, die es trägt, ein wenig mehr. Die durchmischte Schicht wird dicker, und die nächtliche Bodeninversion verschwindet von unten her, wie eine Eisplatte, die auf einem Campingkocher schmilzt (Abb. 2.7).

Verfolgen Sie die Stunden. Um 8 Uhr rührt sich nichts. Um 10 Uhr, mit 18 °C am Boden, reicht die durchmischte Schicht nur bis 950 m: ein paar schwache Blasen im Talgrund, nichts am Startplatz. Gegen 11 Uhr, 21 °C: Die Inversion ist durchbrochen. Gegen 11:30 Uhr, 22 °C: Die durchmischte Schicht reicht über 1600 m, der Startplatz ist im Spiel. Gegen 13 Uhr, 24,5 °C: Die Pakete erreichen ihr Kondensationsniveau, die ersten Cumuli entstehen bei etwa 2600 m. Um 14 Uhr hat sich die Basis bei etwa 2800 m eingependelt.

Die Höheninversion dagegen wird nicht abgetragen: Sie wird von oben aufrechterhalten, durch Luft, die absinkt und sich dabei durch Kompression erwärmt (Kapitel 3). Die Thermik erreicht sie am Nachmittag, durchbricht sie aber selten: Sie bildet die „Betondeckel“ der schönen Hochdrucktage.

2.5CAPE und CIN: die Maut und der Treibstoff#

Die Methode liefert die Höhen; die Flächen liefern die Energie. Zwischen dem Weg des Pakets und der Zustandskurve zeichnen sich zwei Flächen ab (Abb. 2.8). Denken Sie an ein Auto, das vor einer langen Abfahrt über eine Bodenwelle muss: Zuerst ist Kraft nötig (die Maut), danach läuft alles von selbst (der Treibstoff).

Die CIN ist die Fläche, in der das Paket kälter ist als die Luft, unterhalb des Niveaus der freien Konvektion: der Deckel in Zahlen. Einige J/kg: Nichts hält zurück, die Konvektion beginnt früh. Einige Dutzend bis hundert J/kg: ein Riegel, der im Lauf des Tages aufspringt, wenn die Sonne genug heizt. Über 100 bis 200 J/kg: ein Deckel, der oft den ganzen Tag hält.

Die CAPE ist die Fläche, in der das Paket wärmer ist als die Luft: der Treibstoff, sobald die Konvektion in Gang gekommen ist.

Die theoretische maximale Vertikalgeschwindigkeit beträgt w = √(2 · CAPE): 1100 J/kg ergeben 47 m/s, wovon in der realen Strömung etwa die Hälfte übrig bleibt, wenn man Vermischung und Gewicht des Wassers abzieht. Das ist die Größenordnung der Aufwinde unter und in einem Cumulonimbus, das Zwanzigfache der Sinkgeschwindigkeit Ihres Schirms: Kein Pilot ist je „gut genug“, um in der Nähe eines Gewitters zu fliegen.

2.6Der Wind am Rand des Temps#

Am rechten Rand fast aller Emagramme gibt eine Spalte kleiner Fähnchen den Wind in jeder Höhe an: die Windpfeile (Abb. 2.9). Der Schaft zeigt, woher der Wind kommt; die Fiedern an seinem Ende geben die Stärke in Knoten an: halbe Fieder 5 kt, Fieder 10 kt, Wimpel 50 kt (1 kt ≈ 1,85 km/h).

Drei nützliche Ablesungen. Der Wind auf Kammhöhe (hier 10 kt aus West um 2500 m): Er sagt, welche Hänge im Luv und welche im Lee liegen werden. Der Wind an der Obergrenze: Über 15 bis 20 kt legt sich die Thermik um und zerbricht, schwer zu zentrieren. Die Windscherung: Eine abrupte Änderung von Richtung oder Stärke zwischen zwei Niveaus kündigt eine turbulente Zone an, oft an der Obergrenze der durchmischten Schicht.

2.7Obergrenze am Startplatz, Obergrenze über dem Massiv#

Hier die Feinheit, die einen Emagramm-Leser von einem Streckenflieger unterscheidet. Der Temp beschreibt die Luft über einem Punkt – oft dem Talgrund, an dem der Startplatz liegt. Am Nachmittag aber fliegen Sie über einem Massiv.

Ein großes, sonniges Massiv ist ein Kocher in der Höhe. In 2600 m ist die Luft, die die Felshänge berührt, deutlich wärmer als die freie Luft auf gleicher Höhe über dem Tal. Die Pakete, die von dort starten, beginnen höher und wärmer; die durchmischte Schicht wird über dem Gelände dicker, und die Basis mit ihr (Abb. 2.10). Hinzu kommt ein Modelleffekt: Das Rechengitter glättet das Gelände, und der Punkt „Tal“ kennt die echten Kämme nicht. Ergebnis: Ein Profil aus dem Talgrund unterschätzt die Thermikobergrenze über einem großen Massiv deutlich, im Sommer oft um 300 bis 800 m, manchmal mehr.

Die Methode des Kammpakets – eines Luftpakets, das auf Kammhöhe startet – berücksichtigt das (Abb. 2.11). Gehen Sie von der Kammhöhe aus. Starttemperatur: die der Luft, die die sonnigen Hänge berührt – mangels Messung die freie Luft auf diesem Niveau plus 3 bis 6 °C an einem Sommernachmittag; eine Gipfelstation ist besser als jede Schätzung. Taupunkt: der Wert, den die vom Td des Tals ausgehende Linie gleichen Mischungsverhältnisses in dieser Höhe anzeigt. Wiederholen Sie die Handgriffe 2 und 3 von diesem Punkt aus: Hier ergeben 10 °C in 2600 m eine Basis bei etwa 3200 m.

2.8Vier typische Profile#

Mit der Methode in der Hand lassen sich fast alle Sommer-Temps auf einige wenige Familien zurückführen. Lernen Sie sie wie Gesichter (Abb. 2.12).

Ein fünftes Gesicht erkennt man ohne Rechnung: das Grau-in-Grau, T und Td über eine dicke Schicht aneinandergeklebt, bei stabilem Gradienten. Stratus oder Stratocumulus, keine nutzbare Konvektion, Kämme in der Wolke.

2.9Wo man Prognose-Temps findet#

Es gibt zwei Familien. Radiosondenaufstiege sind echte Messungen, zu festen Zeiten (0 und 12 UTC) von einigen Stationen aus gestartet; rund um die französischen Südalpen sind die nächsten zum Beispiel Nîmes, Lyon, Payerne (Schweiz) oder Cuneo (Italien). Sie beschreiben die echte Luft, aber weit von Ihrem Fluggelände entfernt und zu vorgegebener Zeit. Prognose-Temps werden von den Modellen berechnet, für jede Stunde und jeden beliebigen Punkt: Mit ihnen arbeiten Sie im Alltag.

Vier Vorsichtsregeln. Die Uhrzeit: Temps sind oft in UTC angegeben; addieren Sie im Sommer 2 h (12 UTC = 14 Uhr Ortszeit), im Winter 1 h. Der Punkt: Prüfen Sie die Geländehöhe des Modells, die um mehrere hundert Meter vom echten Gelände abweichen kann. Das Modell: Zwei Modelle, die bei Tmax oder bei der Feuchte in der Höhe auseinanderliegen, zeigen einen unsicheren Tag an. Der Abgleich: Vergleichen Sie morgens Vorhersage und Wirklichkeit – Temperatur um 8 Uhr, erste Cumuli, Schleier in der Höhe. Ein Temp, der sich für 8 Uhr geirrt hat, irrt sich auch für 15 Uhr.

2.10Der Temp des Wanderers#

Regen, Sicht, Gewitter: Die Fragen des Wanderers lassen sich im selben Emagramm ablesen, in dieser Reihenfolge.

2.11Merkzettel und Zusammenfassung#

Fachbegriffe des Kapitels#

Trockenadiabate

Abkühlungsschiene eines aufsteigenden, ungesättigten Luftpakets: −1 °C / 100 m, allein durch die Ausdehnung.

Feuchtadiabate

Schiene des Pakets in seiner Wolke: ≈ −0,55 °C / 100 m (0,4 in warmer bis 0,8 in kalter Luft). Die Kondensation setzt Wärme frei, die die Abkühlung bremst.

Mischungsverhältnis

Schiene des Taupunkts eines aufsteigenden Pakets, das weder Dampf aufnimmt noch abgibt: ≈ −0,2 °C / 100 m.

Zustandskurve

Tatsächlicher (gemessener oder vorhergesagter) Verlauf der Temperatur mit der Höhe an diesem Tag. Sie gehorcht keiner Schiene.

Taupunkt

Temperatur, auf die man die Luft abkühlen müsste, um sie zu sättigen. Die Differenz T − Td misst den Abstand zur Sättigung.

Paketmethode

Ein ideales Luftpaket entlang seiner Schienen verfolgen und mit der Zustandskurve vergleichen, um Basis, Wolkenobergrenze, Thermikobergrenze und Stärke vorherzusagen.

Auslösetemperatur

Temperatur, die am Boden erreicht werden muss, damit ein Paket die nächtliche Bodeninversion durchbricht: die Obergrenze der Inversion, auf der Trockenadiabate zum Boden hinuntergeführt.

Kondensationsniveau

Höhe, in der das aufsteigende Paket gesättigt ist: die Cumulusbasis, etwa 122 m × (T − Td) über Grund.

Thermikobergrenze

Höchste in der Thermik nutzbare Höhe: die Cumulusbasis oder, an einem blauen Tag, die Höhe, in der das trockene Paket die Zustandskurve erreicht.

Blauthermiktag

Tag, an dem die Luft zu trocken ist, als dass das Paket vor seiner Obergrenze gesättigt wäre: echte Aufwinde, aber ohne Cumuli, die sie anzeigen.

Niveau der freien Konvektion (NFK)

Höhe, ab der das Paket wärmer als die Luft wird und ohne Hilfe steigt.

CIN (konvektive Hemmung)

Energie, die dem Paket zugeführt werden muss, damit es das NFK erreicht (J/kg): die Maut.

CAPE

Konvektiv verfügbare potentielle Energie (J/kg): Fläche, in der das Paket wärmer ist als die Luft; Treibstoff der Aufwinde und, ab etwa 1000 J/kg, der Gewitter.

Nächtliche Bodeninversion

Am Boden aufliegende Schicht, in der die Temperatur mit der Höhe zunimmt, entstanden durch die nächtliche Abkühlung des Bodens; am Vormittag von unten abgebaut.

Windpfeil

Windsymbol: Der Schaft zeigt, woher der Wind kommt; Fieder 10 kt, halbe Fieder 5 kt, Wimpel 50 kt.

Kammpaket

Luftpaket, das auf Kammhöhe mit der Temperatur der Luft an den sonnigen Hängen gestartet wird, um die Basis über einem Massiv abzuschätzen.

Ende von Kapitel 2. Kapitel 3 verlässt die Senkrechte und wendet sich dem großen Maßstab zu: warum die Luft um die Tiefs kreist und woher dieser Absinkdeckel kommt, den Sie jetzt zu lesen wissen.