Aufbau eines Thermals
1. Grundzüge
2. Messungen
3. Computer-Simulation
4. Nutzung der Thermals
5. Quellen


1. Grundzüge
An der sonnenerwärmten Erdoberfläche bilden sich Bereiche mit besonders warmer Luft, die sich als unsichtbare Luftblasen (Thermals) abschnüren und nach oben steigen. Beim Aufstieg kühlen sich die Blasen um 1 °C pro 100 m ab. Ist ihre Temperatur irgendwo gleich der äußeren Lufttemperatur, steigen sie nicht mehr weiter. Meist ist an der Inversion der CBL Schluß. Zwischen den Thermals muß als Kompensation Luft absinken.

  • Lebensdauer der Thermals: 10 bis 30 Minuten.
  • Durchmesser: 500 bis 800 m.
  • Abstand der Thermals: 1 bis 2 km.
Die Grafik zeigt die Ablösung einer Luftblase(dargestellt sind Linien gleicher Temperatur).
Thermal


2. Messungen
In Meßflügen wurden die Vertikalgeschwindigkeiten in m/s gemessen (die Thermals gingen in flache Cumuluswolken über). Negative Geschwindigkeiten bedeuten Absinken [1].
Messung im Thermal

In der folgen Grafik ist ein Thermal unter einer größeren Cumuluswolke dargestellt. Es sind deutlich zwei Bereiche mit größten Vertikalgeschwindigkeiten zu erkennen [2].
Messung im Thermal

Andere Messungen haben ergeben, daß sich die Thermals beim Aufstieg verwinden, horizontal mäandern, teilen und wieder verschmelzen können.
Thermals haben keine einheitliche Gestalt und keine scharfen Grenzen. An ihren Grenzen findet ein turbulenter Austausch mit der umgebenden Luft statt. Thermals haben somit einen warmen Kern und kühlere, turbulente Ränder. Früher glaubte man deshalb, daß sie eine ringförmige Gestalt hätten, wie etwa ein Ring Fleischwurst. Solche Ringe hat man aber nicht beobachtet.


3. Computer-Simulation
In einem Computer-Modell wurden Thermals simuliert [3]. Der Vertikalschnitt in Abb. a) zeigt drei große Blasen, die kleinere Blasen mit unterschiedlichen Aufwindgeschwindigkeiten enthalten.
Die Abbildungen b) und c) sind Horizontalschnitte in 250 m und 750 m Höhe. In 250 m sind die Aufwinde entlang polygoner Grenzen konzentriert. In 750 m Höhe dagegen sind die Aufwinde konzentriert in Form von Schläuchen mit eingebetteten kleinen Blasen.
Thermiksimulation

Folgerung: Die erhitzte Luft steigt vom Boden bis etwa 250 m hoch in kleinen Schwaden mit etwa 20 bis 30 m Durchmesser auf, die linienförmig angeordnet sind. Darüber verschmelzen die Schwaden zu Thermals. Der Übergang ist allerdings nicht scharf abgegrenzt, so daß man einmal in den Schwaden, ein andermal in den Thermals fliegt.

4. Nutzung der Thermals
Die Computer-Simulation zeigte, daß Thermals aus Blasen in einer Blase bestehen. Wie kann man sich das zunutze machen?

  • Gleitschirm-Flieger können die kleinen Blasen nutzen, die größere Aufwindgeschwindigkeiten haben.
  • Paragleiter können in die kleinen Blasen nur hinein- und müssen dann wieder herauskreisen.
  • Segelflieger können nur einen geringen Teil der Blasen nutzen.
Thermik-Nutzung


5. Quellen
[1] Vieweg-Pielsticker, U.; 1956 in W. Georgii: Flugmeteorologie. Akad. Verlagsges., Frankfurt a. M.

[2] Konovalov, D. A., 1976: Thermals in the sub-cloud layer of the atmospere. OSTIV-Publication, XIV.

[3] Schmidt, H.; Schumann, U.; 1989: Coherent structure of the convective boundary layer derived from large eddy simulations. J. Fluid Mech., Vol. 200, 511562.