Gebrauch des TEMPS zur Thermikvorhersage

Das termodynamische Diagrammpapier (kurz TEMP) basiert auf einigen physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die im folgenden erläutert werden sollen:

Zusammenhang zwischen Lufttemperatur und Luftdruck:

Zu den wesentlichen Eigenschaften der Luft gehört, daß sie sich bei Erwärmung ausdehnt und daß sie bei Abkühlung komprimiert wird. Gleichzeitig nimmt jedoch die Lufttemperatur bei Ausdehnung wieder etwas ab, bei der Komprimierung etwas zu. Während des Vorgangs der Ausdehnung nimmt auch der Druck ab, während der Komprimierung nimmt er zu. Dieser Zusammenhang wird durch eine thermodynamische Gleichung, die ideale Gasgleichung beschrieben:

(p=Luftdruck, V=Volumen, n=Gasmenge in Mol, R=Gaskonstante, T=Temperatur)

Da der Luftdruck für die im folgenden beschriebene Art des Temp-Gebrauchs nur eine untergeordnete Rolle spielt, wird hier nicht weiter darauf eingegangen.

Wasserdampfgehalt der Luft:

Je nach Temperatur kann die Luft mehr oder weniger Wasserdampf aufnehmen. Kalte Luft kann weniger Wasserdampf aufnehmen als warme Luft. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich auch die Aufnahmefähigkeit. Die absolute Feuchte ist die Menge Wasserdampf, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur maximal aufnehmen kann (z.B. kann ein Kubikmeter Luft bei 20°C maximal 17,3g Wasserdampf aufnehmen). Dies wird auch Sättigungs-Mischungsverhältnis genannt und ist annähernd konstant. Wenn mehr Wasserdampf vorhanden ist, kondensiert der Wasserdampfüberschuß zu kleinen Wassertröpfchen.

Die relative Feuchte gibt das Verhältnis von dem tatsächlich vorhandenen Wasserdampf zum maximal möglichen Wasserdampfgehalt an.

Kondensation und Verdunstung:

Bei der Kondensation wird Wärme freigesetzt, die das Luftpaket erwärmt. Umgekehrt wird zur Verdunstung von Wassertröpfchen Wärmeenergie benötigt, so daß das Luftpaket abgekühlt wird. Da warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann, und somit mehr Wasserdampf zu Wassertröpfchen kondensieren kann, sobald die Temperatur abnimmt, wird dem Luftpaket auch mehr Wärme bei der Kondensation zugeführt. Deshalb kühlt sich warme, gesättigte Luft mit der Höhe nur unwesentlich ab (wenn es sehr heiß ist und hoher Druck herrscht mit ca. 0,3°C je 100 m Höhe).

Der Temperaturgradient von kalter Luft, die wenig Wasserdampf aufnehmen kann, und aufgrund dessen nur wenig Wärmeenergie freisetzen kann, ist relativ groß, d.h. fast 1°C je 100 m Höhe. Trockene, nicht gesättigte Luft kühlt sich immer mit ca. 1°C je 100 m Höhe ab.

Linien des TEMPS:

Um in der Praxis rasch zwischen Stabilität und Labilität der Atmosphärenschichtung (die ja maßgeblich für das Aufsteigen bzw. Absinken von Luftmassen und somit für die Thermik verantwortlich ist) entscheiden zu können, wurden entsprechende Diagrammvordrucke geschaffen, die folgende vorgedruckte Linienscharen enthalten:

Deutung der Temperatur- und Taupunktkurve:

Bei allen Messungen werden die aktuelle Lufttemperatur und die Taupunkttemperatur gemessen. Der Taupunkt gibt die Temperatur an, auf die sich die Temperatur abkühlen muß, um gesättigt zu sein, d.h. um zu kondensieren. Liegen diese beiden Temperaturen weit auseinander, ist die Luftschicht an dieser Stelle sehr trocken (geringe relative Feuchte, s.o.). Wenn Lufttemperatur und Taupunkt fast gleich sind, kann man dort mit einer Wolkenschicht (Kondensation) rechnen.

Rückschlüsse auf die atmosphärische Schichtung:

Mit Hilfe der Linien des Diagramms kann nun die Schichtung und dann evtl. das sog. Konvektions-Kondensations-Niveau (KKN) ermittelt werden. Das KKN gibt die Basishöhe der Quellwolken an. Eine stabile Schichtung herrscht bei Inversion (Temperaturzunahme statt Abnahme in der Höhe) und wenn die Lufttemperatur mit der Höhe wenig abnimmt, d.h. wenn es unten kalt ist und oben relativ warm. Nur die labile Schichtung ist für Segelflieger interessant. Die Temperatur in den unteren Luftschichten ist relativ hoch und in den oberen Schichten relativ niedrig. Wenn sich ein Luftpaket In der unteren Schicht durch Sonneneinstrahlung noch mehr erhitzt als die Umgebungsluft, steigt es auf und ist lange Zeit wärmer als die Umgebung. Es steigt solange auf, bis es die gleiche Temperatur wie die Umgebung hat. Zuerst steigt es trockenadiabatisch auf bis zur Kondensation, danach feuchtadiabatisch.

Ermittlungsmethode für Thermikwolken:

Die einzelnen Schritte werden hier der Anwendung nach geschildert:

1. Basishöhe: Man folgt von der Taupunkttemperatur (td) am Boden entlang einer Linie gleichen Sättigungs-Mischungsverhältnisses bis zu dem Punkt, wo sich diese Linie mit der Temperaturkurve schneidet. In diesem Druckbereich liegt dann das KKN. Diese Höhe läßt sich wie folgt berechnen: h(m) = 123 x Spread, bzw. h(ft) = 400 x Spread (Spread = Temperatur am Boden - Taupunkttemperatur)

2. Auslösetemperatur: Um die Auslösetemperatur ta (die Temperatur, die ein Luftpaket haben muß, um so warm zu sein, daß es bis zum KKN aufsteigt) zu bestimmen, folgt man vom Schnittpunkt der Temperaturkurve mit der Linie des Sättigungs-Mischungsverhältnisses der Trockenadiabate bis zum Boden.

3. Wolkenarten: Vom KKN aus steigt das Luftpaket feuchtadiabatisch weiter auf, bis die Feuchtadiabate wieder die Temperaturkurve schneidet. Passiert das erst in sehr hohen Schichten, entwickeln sich dementsprechend hohe Wolken, die u.U. zu Schauer- oder Gewitterwolken werden. Stoßen diese Wolken an eine Inversionsschicht, kommt es dort zu horizontalen Ausbreitungen, wenn es dort auch gleichzeitig relativ feucht ist. Je nach  vertikaler Erstreckung bilden sich verschiedene Cumulus-Arten (Haufenwolken): Cumulus humilis (Schönwettercumulus, abgeflacht), Cumulus mediocris (mäßige vertikale Ausdehnung mit emporschießenden Teilchen), Cumulus congestus (große Cumuli bei großer vertikaler Ausdehnung. Hohe, blumenkohlartige Quellungen. Die scharfen Umrisse verändern sich rasch, ist manchmal das Vorstadium zu einem Cumulonimbus. Kann als einzige Cumulus-Art Niederschlag erzeugen), oder Cumulonimbus (Gewitterwolke).

Ein kompletter TEMP enthält natürlich viel mehr Linien als die o.a. vereinfachten Diagramme (meistens ist gerade an der Stelle keine, wo man eine braucht, deshalb nimmt man einfach eine benachbarte Linie und folgt dieser parallel dazu). Ein vollständiger TEMP enthält weiterhin Informationen über die Veränderung von Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit der Höhe. Diese Informationen sind meist in einem separaten Diagramm abgebildet.

Der Liniensalat des TEMPS ist allerdings noch lange keine Garantie für gutes Wetter. Ein Blick aus dem Fenster kann viel Arbeit ersparen!

- Marlene Paletta -