Flugzeuge werden immer holpriger. Liegt das wirklich am Klimawandel?

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Leviathan Press:

Den turbulentesten Flug erlebte ich vor ein paar Jahren auf einem Flug nach Yinchuan. Die Höhen und Tiefen waren so heftig und dauerten so lange, dass ich das Gefühl nur als Angst beschreiben kann …

Die aktuelle Forschung ist sich im Allgemeinen einig, dass die globale Erwärmung zu einer Zunahme von Turbulenzen in klarer Luft geführt hat. Die Troposphäre ist die Schicht der Atmosphäre, die der Erdoberfläche, wo wir leben, am nächsten ist. Innerhalb der Atmosphäre gibt es mehrere Schichten, über der Troposphäre befindet sich die Stratosphäre. Der Anstieg der Treibhausgase führt dazu, dass Wärme in der Troposphäre eingeschlossen wird, die normalerweise in die Stratosphäre freigesetzt würde. Infolgedessen kühlt sich die Stratosphäre mit einer ähnlichen Geschwindigkeit ab wie die Troposphäre sich erwärmt. Dadurch entstehen erhebliche Temperaturunterschiede in vertikaler Richtung der Atmosphäre. Dies führt zu einer chaotischeren und instabileren Luftströmung und damit zu einer Zunahme der Begegnungen mit Turbulenzen in klarer Luft.

Heute scheint die Sonne und der Himmel ist blau. Der Kapitän hatte gerade durchgesagt, dass das Flugzeug die Reiseflughöhe erreicht habe, daher wurde das Anschnallzeichen entfernt. Die Passagiere liefen in der Kabine umher. Plötzlich begann das Flugzeug zu wackeln. Instinktiv greifen Sie nach den Armlehnen Ihres Stuhls. Aufgestandene Passagiere klammerten sich an ihren Stützen fest. Gleichzeitig begann ein Baby zu weinen.

Eine Minute später ertönt Entwarnung und Ihr Körper entspannt sich und atmet tief aus. Allerdings stürzte das Flugzeug dann wie ein Stein ab. Der Magen hängt einem bis zum Hals – doch vor der Hütte ist kein Gewitter, nicht einmal eine Wolke. Was um alles in der Welt ist passiert?

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Das Phänomen wird als „Clear-Air-Turbulence “ bezeichnet und wird durch Wirbel von Hochgeschwindigkeitsluftströmungen verursacht, die um den Globus wirbeln. Diese starken Luftströmungen umkreisen die Erde von Westen nach Osten und wir sehen sie auf Wetterkarten als breite, wellenförmige Linien, die sich mit wechselnden Zentren von Tief- und Hochdruck krümmen.

Solange diese Luftströmungen nicht zu weit von der Flugroute entfernt sind, fliegen Flugzeuge gerne in diesen Hochgeschwindigkeitsströmungen, was die Geschwindigkeit erhöhen und die Flugzeit verkürzen kann.

Diese Wirbel sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen, können jedoch die Tragflächen eines Flugzeugs beeinträchtigen. Wenn der Aufprall stark genug ist, kann er dazu führen, dass das Flugzeug plötzlich auf und ab schwankt. Die Passagiere gerieten in Panik und die Besatzungsmitglieder gerieten ins Taumeln. In den letzten 40 Jahren haben die Turbulenzen in klarer Luft weltweit um 55 % zugenommen[1]. Klimamodelle sagen voraus, dass die Turbulenzen in klarer Luft in den nächsten 30 bis 60 Jahren um 100 bis 200 Prozent zunehmen könnten. Jeder Stoß kam ohne Vorwarnung.

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Wenn es in einem Sturm oder einer Wolkendecke zu Turbulenzen kommt, können Piloten diese relativ leicht erkennen. Mithilfe von luftgestütztem Radar lässt sich die Dynamik von Niederschlägen über größere Entfernungen verfolgen und so die turbulenten Bewegungen der Luft sichtbar machen. Der Kapitän kann Passagiere und Besatzung im Voraus warnen und ihnen sagen, dass sie ihre Plätze einnehmen und ihre Sicherheitsgurte anlegen sollen, bevor Turbulenzen auftreten. Allerdings kann das Radar das Vorhandensein von Turbulenzen in klarer Luft nicht erkennen. Piloten werden sich dessen normalerweise erst bewusst, wenn ihr Flugzeug darauf trifft.

Wolkenturbulenzen entstehen durch die Erwärmung durch die Sonne. Mit Einbruch der Dämmerung beginnt die Sonne den Boden zu erwärmen, was wiederum die Luft in Oberflächennähe erwärmt. Diese wärmere Luft hat eine geringere Dichte als die kühlere Luft darüber und steigt daher weiter auf. Die ersetzte kalte Luft sinkt weiter ab und dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder, wodurch die sogenannte Luftkonvektion entsteht. Das Auf und Ab dieser Luftströmungen drückt auf die Tragflächen des Flugzeugs, und wenn der Schub stark und plötzlich ist, wackelt das Flugzeug natürlich.

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Turbulenzen in klarer Luft treten fast ausschließlich bei Hochgeschwindigkeitsluftströmungen auf. Das schnelle Luftstromband innerhalb des Hochgeschwindigkeitsluftstroms (das man sich als rechteckiges Rohr vorstellen kann) übt Scherkräfte auf die langsameren Luftströme darüber und darunter aus, wodurch die oberen und unteren Grenzen des Hochgeschwindigkeitsluftstroms instabil und unscharf werden. Gleichzeitig stabilisiert jedoch der Dichteunterschied zwischen dem Gas innerhalb des Jetstreams und dem Gas darüber und darunter die Grenze.

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Durch die Untersuchung historischer Flug- und Wetterdaten stellten Paul Williams von der University of Reading in Großbritannien und seine Kollegen fest[2], dass die Häufigkeit von Turbulenzen im nordatlantischen Jetstream zwischen 1979 und 2020 um 17 % bis 55 % zugenommen hat. Der stärkste Anstieg war in der stärksten Turbulenzkategorie (Gravitationsbeschleunigung über 1 g) zu verzeichnen.

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Bei dieser Schwerkraft schwebt alles, was im Flugzeug nicht gesichert ist, einschließlich Ihres Magens, vorübergehend, da die Abwärtsbeschleunigung des Flugzeugs aufgrund der Turbulenzen schneller ist als die Erdbeschleunigung. Wenn Sie nicht angeschnallt sind, werden Sie aus Ihrem Sitz gehoben, während das Flugzeug Dutzende Meter schnell sinkt.

Was bedeutet diese Erhöhung für den Linienverkehr?

Erstens sind schwere Turbulenzen ein relativ seltenes Ereignis. Messungen während des Fluges zeigen, dass in der Reiseflughöhe nur in etwa 0,1 % der Fälle starke Turbulenzen in der Atmosphäre auftreten. „Das bedeutet, dass es bei einem durchschnittlichen Acht-Stunden-Flug nur etwa 30 Sekunden lang zu starken Turbulenzen kommt“, erklärt Williams, Professor für Atmosphärenwissenschaften. Es ist wahrscheinlicher, dass eine Person bei 9 von 10 Flügen keine starken Turbulenzen erlebt und nur bei 1 Flug mehrere Minuten lang starke Turbulenzen auftreten.

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Leichte und mäßige Turbulenzen kommen häufiger vor und sind das, was die meisten von uns erleben werden. Bei mäßiger Turbulenz liegen Höhensprünge und -abfälle von Flugzeugen typischerweise im Bereich weniger Meter. Williams sagte, dass es auf dem heutigen achtstündigen Flug in klarer Luft möglicherweise 10 bis 15 Minuten Turbulenzen geben werde, aber Modelle sagen voraus, dass dies aufgrund der durch den globalen Klimawandel verursachten Windscherung [ein atmosphärisches Phänomen, bei dem sich der Windvektor (Windrichtung, Windgeschwindigkeit) über horizontale und/oder vertikale Distanzen in der Luft ändert] der Fall sei. [Anmerkung des Herausgebers] Durch die Zunahme der Luftströmungen könnte sich dieses Turbulenzniveau in den kommenden Jahrzehnten verdoppeln oder verdreifachen[3].

Bei häufigeren Turbulenzen können Flugzeuge schneller altern und verschleißen, und für die Fluggesellschaften können höhere Wartungskosten anfallen. Passagiere treffen möglicherweise auch auf ängstlichere Eltern wie mich, die Mühe haben, ihre kleinen Kinder in ihren Sitzen zu halten und jedes Mal nervös werden, wenn das Anschnallzeichen aufleuchtet – ein Gurtschloss, das die Kleinen nur allzu leicht öffnen können.

Quellen:

[1]agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL103814

[2]www.nature.com/articles/s41586-019-1465-z

[3]link.springer.com/article/10.1007/s00376-017-6268-2

Von Katherine Wright

Übersetzt von Tim

Korrekturlesen/Magerer Bambus und Tofu

Originalartikel/www.scientificamerican.com/article/yes-airline-flights-are-getting-bumpier-heres-why/

Dieser Artikel basiert auf der Creative Commons License (BY-NC) und wird von Tim auf Leviathan veröffentlicht

Der Artikel spiegelt nur die Ansichten des Autors wider und stellt nicht unbedingt die Position von Leviathan dar