Nimmt die Häufigkeit von Clear-Air-Turbulenzen zu?

 (flightradar24.com)
1 Punkte von GN⁺ 2024-06-30 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Clear-Air-Turbulenzen (CAT), die selbst bei klarem Himmel plötzlich auftreten können, werden zunehmend zu einem Thema für die Flugsicherheit; zugleich rückt ihr Zusammenhang mit dem Klimawandel in den Fokus
  • CAT hängt eng mit Windscherung zusammen, also Änderungen von Windgeschwindigkeit oder Windrichtung über kurze Distanzen; Jetstream-Ränder, Temperaturgradienten, Gebirgswellen und atmosphärische Zirkulation tragen zu ihrer Entstehung bei
  • In der Studie von Prosser et al. 2023, die Reanalyse-Daten von 1979 bis 2020 auswertete, stieg die jährliche CAT-Dauer über dem Nordatlantik um 17 % bei leichter oder stärkerer, 37 % bei moderater oder stärkerer und 55 % bei schwerer oder stärkerer Turbulenz
  • Regionen mit starker CAT überschneiden sich weltweit mit den Jetstreams; wenn sich Jetstreams durch die globale Erwärmung verstärken, kann auch die Wahrscheinlichkeit von Turbulenzen steigen
  • Weil CAT schwer vorherzusagen ist und ohne Warnung auftreten kann, bleibt sie ein Sicherheitsproblem, das allein in den USA durch Flugzeugermüdung, Wartung und mögliche Verletzungen jährlich Kosten von rund 200 Mio. US-Dollar verursacht

Warum Clear-Air-Turbulenzen Aufmerksamkeit bekommen

  • In den vergangenen Jahren wurden mehr Fälle bekannt, in denen Turbulenzen bei Verkehrsflugzeugen zu Verletzungen von Passagieren, Notlandungen und seltenen Todesfällen führten
  • Im Mai 2024 geriet der Singapore-Airlines-Flug SQ321 über Myanmar in schwere Turbulenzen; eine Person starb, Dutzende wurden verletzt
    • Der Vorfall wurde zunächst für Clear-Air-Turbulenz gehalten, später jedoch als Folge eines sich schnell entwickelnden Sturms bestätigt
  • CAT tritt normalerweise in großer Höhe bei klarem Himmel und vergleichsweise ruhigen Bedingungen auf
    • Anders als Gewitter oder sichtbare Wettersysteme ist sie visuell schwer zu erkennen

Bedingungen für die Entstehung von CAT

  • Die primäre Ursache von CAT ist Windscherung, also die Änderung von Windgeschwindigkeit oder Windrichtung über kurze Distanzen in der Atmosphäre
  • Wenn sich schnell bewegende Luft, etwa in einem Jetstream, auf langsamere Luft trifft, kann die entstehende Reibung Turbulenzen erzeugen
  • Besonders häufig ist CAT in der Nähe der Tropopause, der Grenze zwischen Troposphäre und Stratosphäre
    • Der Höhenbereich liegt bei etwa 7.000–12.000 m
    • In Fuß entspricht das etwa 23.000–39.000 ft

Atmosphärische Faktoren, die Turbulenzen verstärken

  • Jetstreams

    • Schmale, starke Windbänder in der oberen Atmosphäre, deren Windgeschwindigkeiten über 160 km/h erreichen können
    • An ihren Rändern entsteht starke Windscherung, die zu Turbulenzen führen kann

  • Temperaturgradienten

    • Rasche Temperaturänderungen verursachen Änderungen der Luftdichte und erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Turbulenzen
    • Temperaturunterschiede zwischen warmer Luft im Jetstream und kälterer Umgebungsluft können Instabilitäten verstärken

  • Gebirgswellen

    • Wenn starke Winde Gebirge überströmen, entstehen Wellen in der Atmosphäre, die sich nach oben ausbreiten können
    • Bei stabiler Luft und starkem, gleichmäßigem Wind können diese Wellen turbulent werden

  • Atmosphärische Zirkulation

    • Auch großräumige atmosphärische Zirkulationen wie Rossby wave und Coriolis effect können Jetstreams mäandrieren lassen und Zonen starker Windscherung erzeugen

Zunahme in den vergangenen Jahrzehnten

  • Aktuelle Studien zeigen, dass Häufigkeit und Stärke von CAT-Bedingungen in den vergangenen Jahrzehnten deutlich zugenommen haben
  • Evidence for Large Increases in Clear-Air Turbulence Over The Past Four Decades untersuchte globale CAT-Trends von 1979 bis 2020 anhand von Reanalyse-Daten
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass Flugzeuge in Reiseflughöhe auf CAT treffen, ist stark gestiegen, besonders ausgeprägt in mittleren Breiten
  • Zunahme der jährlichen CAT-Dauer über dem Nordatlantik: {b:17,37,55}
    • Leichte oder stärkere CAT: 17 % Zunahme
    • Moderate oder stärkere CAT: 37 % Zunahme
    • Schwere oder stärkere CAT: 55 % Zunahme

Verbindung zwischen Jetstreams und Klimawandel

  • Die Orte, an denen CAT am stärksten beobachtet wurde, korrelieren mit den weltweiten Jetstreams
  • Jetstreams sind schnelle, schmale Luftströmungen nahe der Tropopause und spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung von Wetter- und Klimamustern
  • Einer der Hauptgründe für die CAT-Zunahme in der Prosser-Studie ist die durch die globale Erwärmung verursachte Verstärkung der Jetstreams
    • Wenn die globale Temperatur steigt, wird der Temperaturgradient zwischen Äquator und Polarregionen ausgeprägter
    • Diese Veränderung verstärkt die Jetstreams und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Turbulenzen
  • Die Studie von Williams and Joshi 2013 prognostizierte, dass moderate oder stärkere CAT in einem Szenario mit einer Verdopplung der atmosphärischen CO2-Konzentration gegenüber dem vorindustriellen Niveau um bis zu 83,9 % zunehmen könnte

Belastung für die Luftfahrtbranche

  • Die Zunahme von CAT stellt die Luftfahrtbranche vor Herausforderungen bei Sicherheit und Kosten
  • Laut Prosser et al. verursacht CAT Schätzungen zufolge allein in den USA jährliche Kosten von rund 200 Mio. US-Dollar für die Luftfahrtbranche
    • zusätzliche Materialermüdung an Flugzeugen
    • Wartungskosten
    • mögliche Verletzungen von Passagieren und Crew
  • Da CAT schwer vorherzusagen ist und häufig ohne Warnung auftritt, bleibt sie ein wichtiger Sicherheitsaspekt in der Luftfahrt

Verwandte Beiträge

1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-06-30
Meinungen auf Hacker News

  • Die jüngsten, groß berichteten Verletzungen durch Clear-Air-Turbulenzen (CAT) ereigneten sich größtenteils auf Langstreckenflügen zwischen Europa und Südasien.
    In den letzten Jahren haben sich die Flugrouten auf dieser Strecke verengt, weil der Luftraum über der Ukraine, Russland, Israel und Afghanistan gemieden wird; durch die zunehmenden Umwege gibt es weniger Ausweichmöglichkeiten, um Wetterbedingungen zu umgehen.
    Dass ein beträchtlicher Teil der Flüge über heiße, gebirgige Regionen führt, könnte ebenfalls dazu beigetragen haben, dass gefährliche Turbulenzvorfälle zunehmen, selbst wenn die Bedingungen an sich nicht häufiger geworden sind.

    • Es ist seltsam, dass dies der am höchsten bewertete Kommentar ist. Die Heatmap im Artikel zeigt eine Zunahme von CAT in verschiedenen Regionen weltweit, und viele davon liegen nicht auf Europa-Südasien-Routen.
      Außerdem lautet die Kernfrage, die der Artikel beantworten will, eher nicht „Haben CAT-Unfälle zugenommen?“, sondern „Hat CAT selbst zugenommen?“
      Ich habe mir für heute einige Routen angesehen, etwa CDG->SIN[0], und sie verlaufen nicht in der Nähe der Regionen, die auf der Heatmap starke CAT zeigen. Auch LHR-SIN SQ321[1], bei dem es im Mai einen Todesfall gab, wurde dem Artikel zufolge später als nicht durch CAT verursacht eingestuft; der Flug passiert keine Hochrisiko-CAT-Regionen und fliegt sogar durch den russischen Luftraum.
      Auch die Formulierung „weniger Ausweichmöglichkeiten, um Wetterbedingungen zu umgehen“ passt nicht recht zum Charakter von CAT. CAT hat oft wenig mit Wetterbedingungen als Ursache zu tun, und selbst wenn doch, ist es gerade typisch, dass man kaum ausreichende Vorwarnung bekommt und sie daher schwer zu vermeiden ist.
      [0] https://www.flightstats.com/v2/flight-tracker/SQ/335?year=20...
      [1] https://www.flightstats.com/v2/flight-tracker/SQ/321?year=20...
    • Für die Behauptung, „die meisten der jüngst breit berichteten CAT-Verletzungen seien auf Langstreckenflügen Europa-Südasien aufgetreten“, braucht es eine Quelle.
      Zudem geht es dabei nur um in den Medien berichtete CAT-Fälle, nicht um weltweite CAT-Ereignisse, die das Thema des Artikels sind.
      Der Artikel behandelt globale Evidenz, zitiert die Grafik, Belege und Diskussion von Prosser et al. zu 1979 vs. 2020 und kommt zu dem Schluss, dass CAT dort stärker wird, wo die Jetstreams verlaufen.
    • Korrektur: Mir ist gerade klar geworden, dass das Diagramm die Zunahme der Wahrscheinlichkeit zwischen 1979 und 2020 zeigt. Wenn ich meinen Kommentar also korrigiere, würde ich sagen: Die Zunahme schien nicht auf diese geografische Region beschränkt zu sein, sondern mit den Jetstreams zu korrelieren.
      In der verlinkten Studie gibt es ein Diagramm zu irgendeiner nach Dauer gewichteten Wahrscheinlichkeit von CAT; da es ein Verhältnis ist, scheint der Unterschied im gesamten Flugaufkommen herausgerechnet zu sein. Dass die Skala nicht von 0 bis 1, sondern von 0 bis 2,5 reicht, ist zwar seltsam, aber es wirkt wahrscheinlicher, dass der Klimawandel die Jetstreams turbulenter macht.

  • Das scheint durch Unfallstatistiken nicht gestützt zu werden. Bei turbulenzbedingten Unfällen ist kein klarer Trend zu erkennen.
    (https://www.ntsb.gov/safety/safety-studies/Documents/SS2101....)
    Ich weiß nicht, ob es andere Faktoren gibt, die eine Zunahme von CAT-Ereignissen in den Unfallstatistiken verdecken.

    • Eine Zunahme der Häufigkeit von Clear-Air-Turbulenzen führt nicht zwangsläufig zu mehr meldepflichtigen Unfällen oder Vorfällen.
      Die NTSB wird nur benachrichtigt, wenn bestimmte Kriterien erfüllt sind. Details stehen in 49 CFR Part 830.
      Wenn die zunehmenden Turbulenzen alle leicht oder moderat sind und es keine Schwerverletzten gibt, gibt es der NTSB nichts zu melden.
    • Außerdem wurden nur genau 2 Jahre betrachtet, das könnte also Cherry-Picking sein. Jetstreams werden von El Niño beeinflusst.
      1979 war ein schwacher El Niño, 2020 eine moderate La Niña.
      https://ggweather.com/enso/oni.htm
    • In diesen Daten gibt es definitiv keinen erkennbaren Trend. Aber die Unfallhäufigkeit ist so niedrig, dass zufällige Schwankungen dominieren und es schwer machen, irgendeinen Trend zu unterscheiden.
      Was eindeutig zunimmt, ist CAT infolge des Klimawandels. Allerdings sind solche Ereignisse so selten, dass man womöglich jahrzehntelang keinen klaren Anstieg sieht.
    • Es gibt einen großen Faktor, der eine CAT-Zunahme in den Unfallstatistiken verdeckt: Luft- und Raumfahrtingenieure sowie die Luftfahrttechnik- und Sicherheits-Community.
      Die meisten bisher beobachteten CAT-Ereignisse können von heutigen Flugzeugkonstruktionen ausgehalten werden; daher muss mehr CAT nicht zu einem starken Anstieg von Abstürzen oder anderen Unfällen führen.
    • Es könnte auch der umgekehrte Zusammenhang gelten. Je häufiger es passiert, desto mehr Training und Leitlinien bekommen Piloten und Kabinencrew, etwa zur Flugzeugkontrolle oder dazu, Passagiere häufiger zum Anlegen des Sicherheitsgurts zu bewegen.

  • Dort heißt es: „Der Prosser-Bericht nennt als eine der Hauptursachen für die Zunahme von CAT die durch die Erderwärmung angetriebene Verstärkung der Jetstreams. Mit steigenden globalen Temperaturen wird der Temperaturgradient zwischen Äquator und Polen ausgeprägter, die Jetstreams werden stärker, und die Wahrscheinlichkeit von Turbulenzen steigt.“
    Ich dachte aber, dass die Jetstreams schwächer werden, weil die Pole stärker von der Erderwärmung betroffen sind. Ist das falsch?

    • Möglicherweise verwechselst du das mit dem Golfstrom, einer Meeresströmung. Der Golfstrom wird definitiv schwächer, Jetstreams sind dagegen atmosphärische Strömungen.
    • Als langfristiger Trend stimmt das. Paradoxerweise sehen wir aber zugleich auch Phasen mit rekordstarken Jetstreams.
      Tatsächlich gibt es verschiedene Oszillationen und Telekonnektionen, die selbst vom Klimawandel beeinflusst werden und die regionalen und saisonalen Temperaturgradienten bestimmen.
      Dinge wie QBO, El Niño/La Niña und Mountain-Torque-Ereignisse können die Wärme an der Tropopause in kurzer Zeit verlagern und verändern, sodass wir an beiden Enden des Spektrums größere Variabilität sehen.
    • Ich denke, die Saisonalität der polaren Umgebung ist der Schlüsselfaktor. Alle Modelle sagen voraus, dass sich die Pole viel schneller erwärmen als der Äquator, wodurch der durchschnittliche Äquator-Pol-Temperaturgradient abnimmt. Solange die Erdachse aber geneigt ist, bleibt Winter Winter, und in dieser Jahreszeit sind starke atmosphärische Gradienten zu erwarten.
    • Gibt es dazu Referenzen?
    • So habe ich es auch gelesen.
      Die Pole erwärmen sich schneller als der Äquator. Daher wird der globale Temperaturgradient kleiner.
      Infolgedessen werden die Jetstreams nicht nur schwächer, sondern Wettermuster stabilisieren sich stärker, wodurch es längere Phasen von Dürre oder Überschwemmungen gibt.

  • Bis ich letzten Monat endlich Ian M. Banks’ ersten Culture-Roman Consider Phlebas gelesen habe, hatte ich den Begriff Clear Air Turbulence noch nie gehört.
    Jetzt, wo ich ihn kenne, ist er als Name für ein Weltraumpiratenschiff perfekt.

  • Wenn ich ganz unverhohlen Werbung machen darf: Ich arbeite bei SkyPath(https://skypath.io).
    Wir überwachen und sammeln CAT-Daten aus Tausenden von Flügen in Echtzeit und prognostizieren CAT-Ereignisse mit AI-Modellen.
    Piloten sind mit unserer Lösung sehr zufrieden, wir haben Verträge mit einigen großen US-Fluggesellschaften abgeschlossen und führen mit mehreren weiteren Airlines reale Evaluierungsprogramme durch.

    • Auf der Website steht, dass ihr Treibstoff spart. Geschieht das in Form von Routenbereitstellung?
      Mir scheint, dass die gepatchten Daten irgendwann in Autopilot-Systeme einfließen müssten; ich frage mich, wie dieser Prozess abläuft.
    • „signed“?
      Was hat Zertifizierung hiermit zu tun? Bedeutet das, dass es Zweifel an der Datenquelle gibt?

  • Weiß jemand, ob Forschung zur Erkennung von CAT per LIDAR praktikabel ist? Eine Studie vom vergangenen Oktober behauptet, eine Methode gefunden zu haben, CAT im Voraus mit LIDAR zu erkennen: http://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023Photo..10.1185Z/abstrac...
    So eine Technologie wäre enorm. Und falls die Zunahme von Turbulenzen real ist, ließe sie sich meiner Ansicht nach leicht mit dem Klimawandel sowie mit der jüngsten Erwärmung des Pazifiks und Atlantiks durch Schwefelvorschriften für Frachtschiff-Treibstoff in Verbindung bringen – aber das führt vom Thema weg.

  • Auch die Zunahme des weltweiten Flugverkehrs ist erheblich. Die Gesamtzahl der Vorfälle muss zwangsläufig steigen.
    Die Zahl kommerzieller Flüge hat sich zwischen 2004 und 2019 verdoppelt, und es wird erwartet, dass dieser Trend noch eine Weile anhält.

  • Könnte das nicht auch ein Bias durch internetverbundene Flüge sein? Es gibt mehr Flüge mit Wi-Fi, und mehr Leute posten in sozialen Medien; vielleicht wächst nur die öffentliche Wahrnehmung.
    Wie bereits gesagt, erfasst werden nur vorfallbezogene Statistiken. Wenn Vorfälle mit Schäden oder Verletzungen nicht pro Flug zunehmen, ist es vermutlich schwer, von einem Trend zu sprechen.

    • Was sollte jemanden daran hindern, nach der Landung dieselben Videos und Tweets zu posten?

  • Ich hasse Fliegen wirklich und bekomme extreme Angst, wenn ich in Turbulenzen gerate. Ein Journalist in unserem Land, der auch Pilotenerfahrung hatte, sagte jedoch einmal im Fernsehen, dass Momente mit Turbulenzen zu den sichersten Momenten im Flugzeug gehörten.
    Ich erinnere mich nicht mehr an die Begründung; kann das jemand mit Fachkenntnis bestätigen oder widerlegen?

    • Das stimmt nicht. Keine Turbulenzen sind besser als Turbulenzen.
      Allerdings sind leichte Erschütterungen in modernen Großflugzeugen weder für die Flugzeugstruktur noch für ordnungsgemäß angeschnallte Passagiere gefährlich.
      Trotzdem sollte man unbedingt angeschnallt sein, besonders in einem Kleinflugzeug. Wirbelschleppen stellen zum Beispiel tatsächlich ein erhebliches Risiko für kleine Flugzeuge dar.
    • Der sichere Teil liegt daran, dass man im Flug ist. Flugzeuge haben in großer Höhe fast nie Probleme.
      Probleme entstehen in Bodennähe. Start und Landung sind die gefährlichsten Phasen, weil sie den Übergang zwischen Nicht-Fliegen und Fliegen darstellen.
    • Verkehrsflugzeuge sind dafür gebaut, enorme Belastungen der Zelle auszuhalten. Einen Teil davon sieht man hier:
      https://www.youtube.com/watch?v=--LTYRTKV_A
      Wenn ich falsch liege, werden andere mich korrigieren, aber meines Wissens ging zuletzt 1966 ein großes kommerzielles Passagierflugzeug durch Turbulenzen verloren.
      https://en.wikipedia.org/wiki/BOAC_Flight_911
    • Erinnerst du dich, warum er gesagt hat, das sei am sichersten? Meine erste Vermutung wäre, dass Piloten konzentrierter sind, wenn sie durch Turbulenzen fliegen.
    • Der Airline-Pilot und Autor Patrick Smith hat auf seiner Website einen ziemlich informativen Text über Turbulenzen veröffentlicht.
      https://askthepilot.com/questionanswers/turbulence/

  • Wenn dieses Thema im Bay-Area- oder NYC-Stil per Code-Switching formuliert gewesen wäre, wäre es wohl als normale Reaktion wahrgenommen worden; so klingt es aber, als käme es aus einer bestimmten Airline-Fangemeinde, und deshalb scheint es viel Gegenwind zu bekommen.
    Damit will ich nicht sagen, dass eines von beidem tatsächlich passiert ist, aber manchmal sieht es wirklich so aus.