Meteorologie ist ein thematischer Teil der Wissenschaftsdisziplin, die am nahesten am Chaos ist, der Thermodynamik. Deshalb ist es verwunderlich, dass es innerhalb der thermischen Konvektion so viel Organisation und Ordnung beobachtet werden kann.

Wenn man in einer großen flachen, gleichmäßig beheizbaren Pfanne mit Wasser die Temperatur hochfährt, entstehen nacheinander verschiedene Stadien von Ordnung in der konvektiven Umlagerung des Wassers.

Zunächst besteht KEINE Ordnung, aber man kann sehen, dass sich zufällige Wasservolumina umlagern. Dieser Zustand entspricht in der Atmosphäre dem Fall der „gleichmäßig verteilten Wolken“, Cumulus humilis oder congestus, die sich schier zufällig irgendwo bilden und vergehen. Das nebenstehende Bild illustriert diese Situation (© Karlsruher Wolkenatlas / Bernhard Mühr).

Wenn die Temperatur weiter steigt, bilden sich konvektive Zellen, große Kerne, in denen das Wasser hoch brodelt (noch nicht siedet). Das Wasser steigt dann geordnet an den Rändern sechseckiger Zellen hoch und fällt über dem Kern der Zellen ab.

Wenn das Wasser weiter erhitzt wird, ändert sich die Fließrichtung in den Zellen. Dann steigt das Wasser im Kern der Zelle auf und fällt in den Rändern wieder zum Pfannenboden.

Diese beiden Zustände entsprechen in der Atmosphäre - ohne Wind - den “polygonalen Wolkenzellen”, die es als "offene Zellen" und als "geschlossenen Wolkenzellen" gibt (siehe Georgii "Flugmeteorologie", 2. Auflage, Seite 92 ff.). Die offenen Zellen kannst du in der Atmosphäre weniger deutlich beobachten als die geschlossenen Zellen, aber sie sind für uns Segelflieger wichtiger. Ich komme bei der Thematik "Geradeausflug und tragende Linien" darauf zurück.

Den Einfluss des Windes, der zu diesem Spiel in der freien Atmosphäre dazu kommt, kann man in der Pfanne nicht imitieren. Wind greift vielfältig ein :

• Wind verschiebt am Boden, wo durch den Erdkontakt die Luftmassen direkt erhitzt werden, diese Luftmassen von ihren Erhitzungspunkten weg, also wirkt er zunächst einmal schwächend auf die Thermik ein.
• Der Wind schiebt diese (relativ) leicht erhitzten Luftmassen gegen Hindernisse, z.B. gegen einen kleinen Hang, gegen einen Wald, wo sie vom Boden abgehoben und durch die Bodeninversion gehoben werden. Dann wirkt der Wind verstärkend auf die Thermik, denn dort wo er die Thermik zum Auslösen zwingt, hat er MEHR warme Luft zusammen geschoben, als sich sonst über einer isolierten exponierten Stelle hätte bilden können.
• Wenn der Wind stärker wird, interagiert er auch mit der Zirkulation, die den oben genannten Zellen entspricht. Er kann aus aus Zellen Wolkenstraßen bauen.

Die Verhältnisse, die notwendig sind, um die angeführten Organisationsformen zu erhalten, sind weitaus komplizierter als hier angerissen. Die Atmosphäre entspricht wohl selten dem Laborversuch in der Küche mit einer alten Pfanne.

Um Wolkenstraßen zur Ausbildung zu bringen, müssen noch weit mehr Parameter der Atmosphäre (Schichtung, Windprofil, Scherung in Basishöhe, etc.) zusammen passen.

Dass diese Zustände sehr labil sind, sehen wir als Piloten dauernd. Gerade wenn wir uns an die Wolkenstraße gewöhnt haben und sie mit Vornamen kennen, hört sie aus undurchsichtigen Gründen auch schon wieder auf.

Wolkenstraßen haben von einander einen Abstand, der ungefähr 2,5 mal die Basishöhe beträgt, also zwischen 2,5 km und 6 km bei uns in Mitteleuropa. Dieses Entfernungsmaß lässt sich auch zwischen Mittelpunkten der Zellen beobachten.

Wer sich für die Details interessiert, den verweise ich auf die einschlägige Literatur.

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