In Wellen zu fliegen wird zunehmend auch bei uns im relativen Flachland populär.

Auch in unseren Micky-Mouse-Gebirgen gibt es Wellen - meist im Winter bei stabilen Ost- oder Nordostlagen - oder im Herbst bei Westwind. An Ith, Deister und Harz fliegen ganze Heerscharen von Begeisterten "kleine" Wellen, auf die sie mächtig stolz sind. Am Harz sind im Südwestwind auch schon 7000 m erzielt worden. Am Schwarzwald in Offenburg, in Winzeln, in Musbach, in Rastatt bildet das Wellenfliegen im Winter schon eine zweite Saison. Hier gibt es Flugberichte mit mehr als 6000 m. Auch im Ostlee des Odenwaldes haben die Mannheimer und Wormser Kameraden (Eckardt Schwantes) schon Wellen erflogen. Und wenn der Westwind auf der Bergstraße steht, dann fliegen die Pfälzer Kameraden an der Haardt Welle, so wie im Januar 2011 in einer schulbuchmäßigen Wellenlage, auch bis 7000 m.

In den Achtzigern haben Walter Schneider, ich (der Horst), Thomas Pyls und Jochen Fischer mehrfach an der Pfälzer Haardt Welle geflogen an Tagen, wo der Einstieg thermisch erreichbar war. Die damals erreichten Höhen will ich hier mal besser nicht nennen. Die atmosphärischen Bedingungen für diese damaligen Wellentage (zuletzt 1993, seit her hatte ich keine Gelegenheit mehr zu derartigen Experimenten) entsprechen nach meiner Lesart nicht den theoretischen Bedingungen, die man heute der Wellenbildung zugrunde legt (hier: starke Inversion knapp über dem Hindernis). Deshalb bin ich (Horst, IMHO) der festen Überzeugung, dass hochreichende Wellen auch unter anderen, bisher theoretisch nur zu schwach beschriebenen Bedingungen (oder sie sind mir nicht bekannt) auftreten können.

Hamlet: Schulweisheit

Nun, du kennst das Wellenfliegen noch nicht ?

Die Strömungsmechanik dazu kennst du aber sicher, denn ich setze voraus, dass du wie jedes Kind mal an einem kleinen Bach gespielt hast und dort dem Wasser Steine in den Weg gelegt hast. Das Wasser fließt um die Steine herum und auch drüber weg und bildet dabei stabile Muster.

Das einfachste Wellenbild bekommst du, wenn du einen Bach, der flach und eben fließt, über eine Stufe, vielleicht nur 10 cm hoch, fallen lässt und dann weiter eben und flach fließen läßt.

Die Strömung wird dann über der Stufe beschleunigen, die Wasseroberfläche wird unter das Niveau des unteren Bachlaufs fallen und dann sanft überschwingend und sich dann beruhigend wieder ins Gleichgewicht kommen. Auf dem Bild links beruhigt sich die Strömung nicht, da ist der Bachboden unterhalb der Stufe nicht glatt. Die glatte Strömung wird laminare Strömung genannt, im Gegensatz zur verwirbelten turbulenten Strömung weiter stromabwärts.

Die Wasseroberfläche zeigt aber nur dann eine solche Wellenbewegung, wenn der Abstand der Oberfläche zum Boden der Strömung, hier der Stufe im Bachbett, nicht zu groß und auch nicht zu klein ist. Und ganz wichtig und notwendig: Zwischen Wasser und Luft gibt es einen "Dichtesprung". Der ist essentiell, aber dazu später mehr.

Die Welle entsteht auch dann, wenn die Stufe nicht - wie im Bild der Leine - genau quer zur Strömung liegt, sondern in einem Winkel. In diesem Fall wird die Welle schief zur Fließrichtung verzogen sein.

Was hier in der Leine so trivial aussieht und einfach klingt, ist schon einem "ungepflegteren" Bach wie im rechten Bild sehr kompliziert. Das Wasser überströmt die Steine allseitig. Strömungsteile werden von benachbarten Steienen laminar aufeinander zu gelenkt und vereinigen sich - meist turbulent, selten laminar. Strömungsteile werden zwischen Steinen eingeengt und beschleunigt. Strömungsteile schwingen hinter dem Hindernis laminar nach unten, aber nicht immer laminar nach oben. An wenigen Stellen kannst du zwei Wellen laminar hintereinander erkennen. Da liegt entweder kein Stein im Bachbett, um die Strömung zu stören, oder er liegt so passend im Bachbett, dass die Strömung wieder nach oben gelenkt wird. Ungefähr in der Bildmitte fällt das Weißwasser hinter der steilsten Stelle des Hindernisses auf. Da liegt offensichtlich ein Hindernis so in der Strömung, dass sie "die Kurve nach oben nicht kriegt" und bricht.

So interessant diese Bachbilder sind, sie können uns für den Bau der Welle in der Atmosphäre nur eine grobe Idee vermitteln.

Grundsätzlich sind auch die von Bergzügen in der Atmosphäre ausgelösten Wellen an Dichtesprünge gebunden: Denen zwischen kalter (also dichter) Luft in Bodennähe und weniger kalter (also weniger dichter) Luft darüber, an Inversionen also. Solche Grenzflächen in der Luft können scharf ausgebildet und langlebig sein. Und sie können genau wie die Wasseroberfläche in einer Strömung Wellen ausbilden, wenn sie nicht in zu großer Höhe über einem Bergzug auftreten. Diese Wellen werden Leewellen genannt, weil sie im Windschatten (Lee) von Bergen auftreten. Zu unserem Glück breiten sich diese Leewellen von der Oberfläche der Kaltluft weiter nach oben aus - bleiben nicht wie die Wasserwellen auf die Grenzfläche beschränkt. Und so kommen wir zu diesem einmaligen Erlebnis: Das Flugzeug fliegt so ruhig, als stünde es in der Halle, die Variometernadel wie festgenagelt auf einen Steigwert, Schweben fast ohne räumlichen Bezug. ... Wer das zum ersten Mal erlebt, dem hüpft das Herz. Unvergleichlich!

Für viele Phänomene, die sich in den Bachbildern beobachten lassen, gibt es bei den Leewellen Entsprechungen:

• die Beschleunigungen zwischen den Steinen - da pfeift es durch die Pässe besonders stark
• allseitige Umströmung von Bergen mit Ablenkung des Windes so, dass "Neben"-Wellen mit einer Orientierung entstehen, die 30° aus der Hauptwindrichtung fällt
• zwei oder mehr glatte Schwingungen hintereinander - wenn die Strömung ohne Hindernis schwingen kann
• Berge, die so "unglücklich" liegen, dass sie den Fluss der Welle massiv stören.

Ein wesentliches Phänomen der Leewellen lässt sich im Wasser nicht beobachten (hehemm: Zumindest habe ich noch kein solches Indiz auf einem Wasser-Bild entdeckt oder in natura im Bach beobachtet.) : Vorwärtsdrehende Rotoren unter den Wellen. Rückwärtsdrehende Rotoren oberhalb der Wasserwellen gibt es dagegen zuhauf.

Die Gemeinde der Meteorologen und Geophysiker ist sich nicht einig, ob Rotore als Teil der Wellen betrachtet werden müssen oder ob sie ein eigenständiges Phänomen bilden, das allerdings sehr oft gepaart mit Leewellen auftritt. Ich betrachte sie als eigenständiges Phänomen.

Das Schemabild oben zeigt unter dem ersten aufsteigenden Ast der Welle - der ersten Welle nach der Föhnmauer - einen Rotor. Dass es da zu einer Verwirbelung kommen muss, ist wahrscheinlich jedem, der dieses schematische Schnittbild der Welle sieht, klar. Intuitiv würde man annehmen, dass es da eine Luftumwälzung geben muss, die hier im Bild im Uhrzeigersinn dreht, also am Boden gegen die Hauptwindrichtung. So schön ist das leider nicht. In diesem "Totwasser" unterhalb der Welle herrschen recht chaotische Windverhältnisse. Im Mittel weht der Wind auch am Boden nach rechts, aber er ist äußerst böig und schwächer als in der Höhe. Diese Totwasser-Walze ist (meist) ortsfest. An ihrer Luv-Seite staut sich dann die schnellere Luftmasse und steigt an, im unteren Teil turbulent, weiter oben dann laminar. Wenn wir Segelflieger vom Rotor-Fliegen sprechen, dann meinen wir damit das Steigen in diesem turbulenten Teil der Rotorwalze.

Die Luft, die an der Luv-Seite der Rotor-Walze hoch gerissen wird, labilisiert sich, steigt damit aus eigener Kraft noch schneller, kondensiert wie adiabatisch steigende Luftmassen es meistens tun und bildet eine Wolke. Bleibt die Wolke klein, kann man manchmal richtig sehen, wie die Walze dreht: Vorn (luvseitig) an der Wolke schießt die Luft hoch und kondensiert, wird in der Wolke windab getrieben und sinkt unter Auflösung der Wolke leeseitig wieder ab. Diese Wolken heißen Cumulus fractus oder auf Hochdeutsch Fracto-Cumulus. Ich nehme an, aus diesem optisch nachvollziehbaren Phänomen kommt der Ausdruck "Rotor". Die aufsteigende Luftmasse ist bei Wellensituationen meist stabil geschichtet, so dass sich die Wolken sofort wieder auflösen (Bild rechts: Der Wind kommt von rechts). Die Luft wird durch die Hebung labilisiert. Wenn die Luft in Rotorhöhe an sich schon labil geschichtet ist, können aus dem Rotor massive Wolken oder gar Gewitter entstehen. Die Gewitter stoppen dann die weitere Wellenentstehung.

Im Bild links sind die aufsteigenden Luftmassen der Rotoren durch die Bodenstauberosion deutlich zu erkennen. Die Rotorwolken haben auf der Luvseite (Wind von rechts nach links) den Fractus-Charakter, lösen sich aber nicht auf, sondern schwimmen windab. Die laminare Welle strömt von rechts über die Föhnmauer (teilweise zu sehen) nach links, fällt in die Senke und steigt vor den Rotorwolken links wieder hoch.

Im Bild unten ist deutlich das "Föhnloch" unter dem Winglet zu erkennen. Der aufsteigende Ast der Welle ist in der rechten unteren Ecke des Bildes zu erahnen. Diese Welle liegt ungefähr in Blickrichtung, bildet aber einen Bauch nach rechts (ins Luv) beginnend in der Lücke rechts vorne bis hin zu der "brechenden" Welle im Zentrum des Bildausschnitts. Das Bild ist aufgenommen worden aus einer Position südöstlich von Laragne mit Blickrichtung Mont Angèle (Westen), entlang der Chabre. Es macht deutlich, dass auch aus einer hohen Position Wellen nicht immer ganz klar und holzschnittartig gezeichnet zu erkennen sind. Für Unerfahrene können Wellen bei zu wolkenreicher Luft schwierig zu erkennen sein, und bei trockener Luft ohne deutliche Fractus-Bildung auch (seufz).

Leewellen entstehen nur dann,

• wenn die Luftmasse eine Sperrschicht (Inversion) knapp über dem Bergrücken aufweist und sie oberhalb dieser neutral bis stabil geschichtet ist,
  - Leewellen können durchaus mit Thermik kombiniert sein, allerdings nur dann, wenn die Luft ausschließlich unterhalb der Inversion labil geschichtet ist. Die Thermik darf die Sperrschicht nicht auflösen. Aus den Hebungsvorgängen im Rotor können sich Schauer und Gewitter bilden. Das passiert auch manchmal und führt dann - zumindest phasenweise - zum Zusammenbrechen der Wellen.
• wenn der Windgradient nach oben zunimmt
  - wenn er rasant abnimmt, wird die Welle oben gebremst und fällt gegen den Wind um - sie bricht,
  - wenn der Gradient langsam abnimmt, kommt die Welle oben zur Ruhe, und du kannst nicht mehr weiter steigen.

Neben den Leewellen gibt es noch viele weitere Wellen in der Atmosphäre:

• Sie entstehen z.B., wenn die Luftmasse oberhalb der Sperrschicht eine höhere Windgeschwindigkeit oder eine andere Windrichtung aufweist als die untere. Sie reibt dann an dieser Sperrschicht wie Wind an der Wasseroberfläche und verursacht ganz vergleichbar regelmäßige Rippeln. Das nennt man dann Scherungswellen.
• Oder Thermik boxt in eine Inversion und wölbt diese auf oder durchstößt sie gar - auch dabei entstehen Wellen, sogenannte Thermikwellen. Thermik macht also auch Wellen - und wie oben festgestellt: Wellenberge begünstigen Thermik. Eins bewirkt und/oder verstärkt oder hemmt das andere. Das ist komplex und faszinierend.
• Wellen entstehen auch durch horizontale Zusammenstösse von unterschiedlichen Luftmassen - die Morning Glory in Nordaustralien - auch eine Welle - ist ein berühmtes Beispiel dafür. Der Fachname dafür ist Soliton.

Eine wissenschaftlich umfassende Erklärung der Leewellenmechanik findest du in dieser Abhandlung von Erland Lorenzen. Eine schöne Darstellung der Entdeckung der Leewellen durch Wolf Hirth im Riesengebirge findest du hier.