Thermal Waves


Thermal Waves sind Wellen, die sich über Thermals oder Cu-Wolken bilden; der Begriff "Thermikwellen" hat sich hierzulande noch nicht durchgesetzt.

Voraussetzung:

  • Inversion über der Konvektiven Grenzschicht
  • Vertikale Windscherung über der Inversion von mindestens
    3 m/s pro 1000 m.

Thermal Waves werden mitunter auch "Cumulus Waves" genannt, aber das ist nicht ganz richtig: Wolken müssen nicht immer dabei auftreten, es können auch Thermals sein.
Steigt ein Thermal auf - oder wächst eine Cu-Wolke nach oben - so behält er seine horizontale Windgeschwindigkeit aus niedrigen Höhen weitgehend bei. Folge: Auf den stärkeren Wind der Umgebungsluft wirkt die Wolke wie ein Hindernis. Es bildet sich eine Welle.

Den Aufwind im Luv der Wolke kann man ausnutzen. Es reicht eine vertikale Windscherung von 3 m/s pro 1000 m (10 kt pro 5000 ft) aus, damit ein Segelflugzeug aufsteigt.

Flugtechnik:
Zunächst muß der Pilot unter der Wolke an Höhe gewinnen. Dann muß man gegen den Wind etwa 1 – 2 km fliegen, um den Aufwind der Welle zu erreichen. Das Segelflugzeug steigt bis über die Wolkentops und fliegt dann von Wolke zu Wolke.
Nachdem die Konvektion aufgehört hat, bleiben die Thermal Waves noch mindestens 2 Stunden lang bestehen. Thermal Wave

Thermal gibt es aber nicht nur über einzelnen Thermals oder Cu, sondern auch in Verbindung mit Convection Streets (Convection Street Waves):
Convection Street

"V" bezeichnet das bekannte Windprofil der Convection Streets (der Wind parallel zu den Straßen). "U" ist das Windprofil senkrecht zu den Straßen.
Auf hier müssen es nicht unbedingt Wolkenstraßen sein. Für Straßen mit Thermals gilt das Folgende ebenso:
Die vertikale Windscherung U muß sowohl unter als auch über der Inversion 3 m/s pro 1000 m überschreiten. Dann verhalten sich die Konvektionsstraßen wie parallele Bergzüge, an denen Mountain Waves entstehen.

Flugtechnik:
Aufstieg wie bei den Cumulus Waves. Wenn der Pilot on top ist, kann er parallel zu den Straßen fliegen ohne zu kreisen. Er kann aber auch von einer Straße zur nächsten springen.

Die Struktur von Thermals Waves zeigt eine Lidar-Messung (Lidar ist etwas ähnliches wie Radar):
Lidar
Quelle: NASA

Die vertikale Achse zeigt die Höhe in Meter an.
Im unteren Drittel ist die Konvektionsschicht dunkel dargestellt. Die Obergrenze dieser Schicht zeigt die vertikalen Auslenkungen der Inversion durch Konvektion. Darüber sieht man die Thermal Waves.
Die Richtung des Windes in der Grenzschicht ist aus dem Bild heraus, auf den Betrachter zu. Die Windrichtung über der Inversion geht von links nach rechts.
Die Wellenlänge beträgt ungefähr 7 km. Es wurden Vertikalbewegungen von plus/minus 2 m/s gemessen.

Allgemein sind Thermal Waves schwächer als Mountain Waves. Ihre Aufwinde reichen von 1 bis 3 m/s, ihre Wellenlängen von 4 bis 15 km (Mittelwerte 9 km).

Thermal Waves gibt es häufiger als man denkt. Hier eine typische Wetterlage:
Wetterlage

Links ist die Bodenkarte, rechts die Höhenkarte von 700 hPa dargestellt. Ein Viereck markiert den interessanten Bereich.
Hinter einer Kaltfront baut sich ein Hochdruckkeil auf. In diesem Keil herrscht eine Absinkinversion vor, darunter strömt Luft aus nördlichen Richtungen ein. Über der Inversion weht der Wind auf der Rückseite eines Höhentroges aus WNW, wobei er mit der Höhe noch zunimmt. Diese Wettersituation ergibt eine Inversion über der Konvektiven Grenzschicht und eine starke Windscherung (etwa 10 m/s pro km).