Sonntagsstory: Trajektorie - der Weg zum Ziel

Was verschmutzt die Luft, wohin treiben Ballone oder die Vulkanasche? Erreicht uns eine radioaktive Giftwolke oder wohin werden gesundheitsschädigende Viren verfrachtet? Pfade, die leichte Substanzen zurücklegen, werden von Trajektorien abgebildet.

Eine ganz besondere Trajektorie, der Lorenznatraktor wird fabig dargestellt.

Bildlegende: Lorenzatraktor Eine ganz besondere Trajektorie Paul Bourk

Methode

Wettermodelle können Luftpartikelpfade berechnen, die von beliebigen Orten aus starten (Vorwärtstrajektorien). Verändert man den Startzeitpunkt oder den Ort jeweils ein wenig, lassen sich Ensembles von Trajektorien erzeugen. Kleine Änderungen am Startort führen dabei mit zunehmender Zeit zu unterschiedlichen, teils weit auffächernden Wegen. Bleiben diese einzelnen Trajektorien über länger Zeit schmal gebündelt, ist der Transportweg der Partikel (Aerosole) gut vorhersehbar. Man unterscheidet Rückwärts- und Vorwärtstrajektorien. Die einen zeigen, woher die Luft stammt, die anderen, wohin sie sich bewegt.

Dynamische Trajektorie

Um exakte Ergebnisse zu erzielen, muss das Windfeld am Startort sehr genau bekannt sein. Diese Trajektorie «erinnert» sich immer an den Startwind. Sie wird mit Hilfe von Bewegungsgleichungen auf Druckflächen (Potentialflächen) ermittelt. Ein Luftpartikel folgt der Krümmung (Neigung) dieser Flächen. Es wird auf dem Weg auch beschleunigt oder gebremst.

Kinematische Trajektorie

Das Partikel wird einen Zeitschritt lang bewegt und am neuen Ort mit dem dort herrschenden Windkomponenten weitergeführt. Die kinematische Trajektorie vergisst also die Bedingungen beim Start. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn man die verschiedenen Berechnungsmethoden kombiniert.

Schadstoffe in der Luft

Vulkanausbruch Island 27.05.2011, die Schwefeldioxydausbreitung wird auf einer Karte gezeigt.

Bildlegende: Eruption Vulkanausbruch Island, am 27.05.2011 ESA

Natürliche Quellen: Sand- und Staubstürme transportieren Tonnen von Material von Kontinent zu Kontinent.

Vulkanismus bringt Staub und Gase in die Atmosphäre ein. Starke Eruptionen schleudern Asche, Kohlendioxid (CO2) Schwefeldioxid (SO2) sogar bis in die Stratosphäre.

Die Rauchwolken riesiger Waldbrände breiten sich über grosse Gebiete aus. Die jeweiligen Spuren lassen sich mit Trajektorien darstellen.

Die Hauptquelle für die anthropogene Luftverunreinigung ist der Verkehr. Der Hausbrand, die Industrie und kalorische Kraftwerke setzten mehr oder weniger gesundheitsschädigende Partikel frei. Sie breiten sich nicht nur am Emissionsort aus, sondern werden mit dem vorherrschenden Wind verweht. Einige Abgasbestandteile werden durch das Sonnenlicht verändert oder verbinden sich mit anderen Bestandteilen der Luft. Auf ihrem Weg (Trajektorie) ändert sich ihre Konzentration. So werden sie auf ein grösseres Volumen verteilt, sinken zu Boden oder werden ausgewaschen. In Bodennähe freigesetzte Schadstoffe gelangen tagsüber durch Thermik und Turbulenz weit nach oben (1 bis 3 Kilometer). Die dort herrschende Strömung verfrachtet sie über Ländergrenzen hinweg.

Die Gefahren reichen von Belästigungen bis zur Gesundheitsgefährdung. Ausschlaggebend ist die Dosis, die sich aus der Einwirkungsdauer und der Art der Luftverschmutzung ergibt.

Trajektorien und die daran gekoppelten Ausbreitungsmodelle spüren Verursacher auf. In Streitfällen werden meteorologische Gutachten bei Gericht verwendet.

Zugbahnen von Tiefdruckwirbeln und tropischen Stürmen

Satellitenbild eine gefährlichen Taifuns in Asien

Bildlegende: Taifun Der 4. Taifun des Jahres in Asien Japanischer Wetterdienst

Voraussichtliche Zugbahn eines Taifuns vor China

Bildlegende: Taifuntrajektorie Voraussichtliche Zugbahn Japanischer Wetterdienst

Trajektorien zeigen den vergangenen und den möglichen weiteren Weg eines gefährlichen Wirbelsturms auf. Die geringe Verlagerungsgeschwindigkeit des Systems wirkt sich auf die Vorausberechnung des Pfades aus. Es entstehen Sektoren, in denen der Sturm wahrscheinlich wirksam wird.

Einmal um die ganze Welt

Fjodor Filippowitsch Konjuchow, ein Abenteurer, Künstler und Priester, beendete am 27.07.2016 in der westaustralischen Stadt Perth seine Erdumrundung in einem Mixed Ballon( Heissluft - Helium - Kombination).

Er umrundete in 272 Stunden und 11 Minuten (11 Tage) die Erde und landet anschliessend sicher, aber erschöpft nahe der Kleinstadt Bonnie Rock.

Damit legte er die Strecke zwei Tage schneller als der bisherige amerikanische Rekordhalter Steve Fossett (2002) zurück.

Seine Route (Trajektorie) lag auf der Südhalbkugel, sie führte ihn über eine Distanz von 34.820 Kilometer. Er überquerte Australien, Neuseeland, den Pazifischen Ozean, Südamerika, das Kap der Guten Hoffnung sowie das Südpolarmeer.

Bertrand Piccard, Orbiter: Die ersten Menschen umrundeten die Erde im Jahr 1999 Nonstop. Sie benötigten für ihre Reise 19 Tage, 21 Stunden und 47 Minuten.

60th Coupe Aéronautic Gordon Bennett 2016

Die Schweizer Kurt Frieden und Pascal Witprächtiger hatten die optimalenTrajektorien gewählt. Wie bei den meisten wurden die Teams auch von Meteorologen unterstützt.

Gordon Bennett  Wettfahrt 2016, die Gasballone stehe gefüllt bereit auf eine Wies bei Gladbach ( Deutschland)

Bildlegende: Gasballone Start zur Gordon Bennet 2016 Keystone

Quellen:

  • Japanischer Wetterdienst
  • Deutscher Wetterdienst
  • Zamg
  • Esa spaceinimages
  • FAI
  • paulbourke net
  • Gordon Bennett org