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Montag, 27.06.2016
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Flugzeuge verändern das lokale Wetter

Flug durch Wolken fördert Schneefall und erzeugt „Hole Punch Clouds“

Flugzeuge können das lokale Wetter verändern und vermehrte Schneefälle vor allem in Flughafennähe auslösen, berichtet ein internationales Forscherteam in „Science“: Fliegen die Maschinen durch Wolkenschichten aus unterkühlten Wassertröpfchen, bewirken ihre Tragflächen und Triebwerke eine plötzliche Eisbildung. Ähnlich wie beim Säen künstlicher Wolken durch Silbersalze entsteht dadurch eine Eiswolke, aus der es schneien kann. Weil diese so genannten „Hole Punch Clouds“ von einem kreisrunden wolkenfreien Raum umgeben sind, wurden sie schon häufig für Ufos oder andere künstliche Phänomene gehalten. Jetzt jedoch ist ihre Entstehung eindeutig aufgeklärt.
Wolkenloch, beobachtet am, 29. Januar 2007 (oben)  und Modell des Schneefalls eine Stunde nach Eisbildung durch das Flugzeug.

Wolkenloch, beobachtet am, 29. Januar 2007 (oben) und Modell des Schneefalls eine Stunde nach Eisbildung durch das Flugzeug.

Sie heißen „Hole Punch Clouds“ oder „Fallstreaks“: Kreisrunde leere Bereiche in einer ansonsten völlig normalen Wolkendecke, in deren Inneren eine einzelne, zackig ausgezogene Wolke sitzt. Diese seit Jahrzehnten ab und zu am Himmel beobachteten Formationen erscheinen so bizarr, dass viele sie für Ufos oder sonstige nicht-natürliche Phänomene halten. Jetzt haben amerikanische Wissenschaftler das Geheimnis dieser Wolkenlöcher entschlüsselt: Sie stellten fest, dass Flugzeuge auf ihrem Weg durch die Wolken Löcher und Kanäle hinterlassen, in denen ganze Kaskaden plötzlicher Eisbildung stattfinden. Diese Eiskristalle erzeugen dann die ausgefranst wirkende Innenwolke.

Satellitenbilder mit Flugplänen verglichen


Auf die Spur kam das Forscherteam um Andrew Heymsfield vom National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, dem Geheimnis der Wolkenlöcher durch den Analyse und Vergleich von Satellitenbildern, Flugplänen und Wettervorhersagen. Im ersten Schritt werteten sie Satellitenaufnahmen vom Januar 2007 aus, die eine von „Hole Punch Clouds“ durchlöcherte Wolkenschicht über dem US-Bundesstaat Texas zeigten. Einige der Löcher erstreckten sich über mehr als 100 Kilometer Größe und blieben gut vier Stunden sichtbar.

Über den Vergleich mit den Flugplandaten der amerikanischen Luftfahrtbehörde für diese Region und diesen Zeitraum identifizierten die Wissenschaftler eine ganze Reihe unterschiedlicher Flugzeugtypen, die als Verursacher solcher Wolkenlöcher in Frage kamen. In einem meteorologischen Modell gelang es ihnen anschließend, den Bildungsprozess der „Hole Punch Clouds“ genau zu rekonstruieren.


Satellienbild von Wolkenlöchern, die Linien geben die Position der Löcher im 15 Minuten Abstand an.

Satellienbild von Wolkenlöchern, die Linien geben die Position der Löcher im 15 Minuten Abstand an.

Abkühlung der Luft über Tragflächen und an Triebwerken


Ausgangspunkt ist die normale Wolkendecke: In ihr bleiben die winzigen Wassertröpfchen der Wolken trotz Temperaturen von bis zu minus 40 Grad Celsius flüssig. Der Grund für diesen als „unterkühlt“ bezeichneten Zustand: Ihnen fehlen so genannte Kristallisationskeime, um zu Eis zu werden – feste Partikel, an die sich Wassermoleküle anlagern und die ihnen die Bildung der geordneten Kristallstruktur des Wassereises erleichtern. Wenn nun aber ein Flugzeug durch diese Tröpfchenwolke fliegt, entsteht über den Tragflächen ein Unterdruck. „Die Luft über den Flügeln dehnt sich aus und kühlt dabei um rund 20 Grad ab, bei Düsenjet-Geschwindigkeiten ist dies am ausgeprägtesten“, erklärt Heymsfield. „Durch diese Abkühlung kann hinter den Flügeln ein ganzer Strom von Eis produziert werden.“

Aber auch die Triebwerke lösen eine solche Eisbildung aus: „Ein Flugzeugpropeller schiebt Luft hinter sich und erzeugt dadurch Schub an den Propellerspitzen“, so Heymsfield. „Dieser Schub wiederum kühlt die Luft hinter den Propellern um bis zu 30 Grad Celsius ab, lässt Wolkentröpfchen gefrieren und hinterlässt einen Strahl kleiner Eispartikel.“ Diese Partikel bringen weitere Wolkentröpfchen dazu, sich anzulagern und zu gefrieren. Über diese Kettenreaktion entsteht schließlich ein sich über Stunden ausdehnender, von Wolkentröpfchen leergefegter Bereich, in dessen Zentrum die konzentrierten Eiskristalle eine zackige Innenwolke bilden – die Hole Punch Cloud. „Ob ein Flugzeug ein Loch oder einen Kanal in den Wolken erzeugt, hängt von seiner Flugbahn ab”, so Heymsfield. „Wenn sie durch eine unterkühlte Wolkenschicht aufsteigen, hinterlassen sie nur ein Loch. Aber wenn sie waagerecht durch die Wolken fliegen, können sie lange Kanäle erzeugen.“

Mehr Regen und Schnee unter den Wolkenlöchern


Diese Wolkenlöcher können sogar das lokale Wetter verändern: Wenn die Wolken sehr tief hängen, wie beispielsweise in polaren Breiten oft der Fall, dann können die Eiskristalle der Innenwolke als Schnee zu Boden fallen. Unter Wolkenlöchern sind solche meist kurzzeitigen Niederschläge daher häufiger als sonst. Das globale Klima verändert dieses Phänomen nach Einschätzung der Forscher damit zwar nicht, wohl aber die Wetterbedingungen in der Nähe von Flughäfen.

Nach Angaben der Wissenschaftler finden sich im 100 Kilometer Umkreis von größeren Flughäfen in fünf bis sechs Prozent der Zeit unterkühlte Wolkenschichten. Entsprechend häufiger entstehen dann hier Hole Punch Clouds, die dann zu mehr Schnee und damit auch häufigerem Bedarf an Enteisung der Flugzeuge führen können. Vor allem in Arktis und Antarktis liegen meist auch die lokalen Wetterstationen direkt an den Flughäfen. Die häufigeren Niederschläge durch die Wolkenlöcher könnten ihre – auch für Klimamodelle genutzten - Messwerte daher verfälschen. (Science, 2011; DOI: 10.1126/science.1202851)
(American Association for the Advancement of Science, 01.07.2011 - NPO)