Termik!

LONG READ 

 

Desværre holder mange af ”termik-myterne” eller ”forestillinger” ikke til en seriøs gennemgang. De er, for at sige det direkte, uvidenskabelig “ammestue-snak” som er blevet absorberet med “modermælken” fra den tidlige elev-karriere.

Man ender ofte i problemer, hvis man tvivler alvorligt på dem, eller endda forsøger at korrigere disse forestillinger. I bedste fald får man en faglig diskussion, hvilket (forhåbenligt) vil bringe alle deltagere videre.

I værste tilfælde er der urefleksiv massiv modstand og forsvar. Dette kan gå så langt, at ideer, der afviger fra den klassiske doktrin, simpelthen afskediges som nonsens.

Men ikke desto mindre er dette et spændende emne.

 

Myter
I det følgende vil vi se nærmere på en hel række af disse myter og overleveringer. Nogle har kun en indirekte virkning på vores succes som strækflyvere. For eksempel påvirker de kun vejmodellernes struktur, som skal give en korrekt prognose af termik og potentielle flyvedistancer. Andre myter, på den anden side, forhindrer også en mulig udvikling af vores sportslige muligheder.

Men vi starter ved “Adam og Eva”, fremkomsten af termik på jorden

Myte #1: Store temperaturforskelle på jorden er ansvarlige for dannelse (bildning, red.) af termik
Forudsætningen: Store temperaturforskelle mellem forskellige steder på jorden producerer varierende lufttemperaturer. Hvor det er varmere end i de omgivende områder, stiger luften (som en luftballon) og danner et termikbobbel. Derfor skal man gå sig en promenade i landskabet for at få en ide om hvor termik kan og ikke kan dannes.

 

Faktisk genererer solen faktisk ekstremt høje temperaturforskelle på op til 50 ° C mellem overflader opvarmet til forskellige temperaturer. Disse overfører den indstrålede energi til den overliggende masse af luft, som opvarmes.

Dette kan man konstatere ved selvsyn; Du kan se flimren i luften, for eksempel over en varm bil, over en varm asfaltvej eller ved det klassiske fatamorgana. Billede 1 viser en lignende situation i den kogende varme ørken i Bitterwasser, Namibia. Et sted hvor der i øvrigt takket være den store atmosfæriske energi flyves langt og meget hurtigt.

Imidlertid forsvinder de store temperaturforskelle på jordens overflade meget hurtigt med højden. På ca. 4 meter over jorden er de groveste variationer allerede afbalanceret. Resultatet er et ca. 15-18 meter tykt, varmt luftlag med en meget udtalt øvre grænse, det såkaldte overadiabatiske lag.

Det danner det reservoir, hvorfra termikken får sin næring. Det er interessant at bemærke, at temperaturforskellene i den øverste del af reservoiret udgør i bedste fald ca. 1,8 ° C. Denne variation er meget lille og saboterer teorien om store temperaturforskelle som en kilde til termik. (Billede 2, herover)

Selvom termiske bobler også kan stige uafhængigt af dette overadiabatiske lag, har vi normalt brug for en endelig udløser. Dette er steder, hvor termikken foretrækker at løsne sig i terrænet og giver os en større sandsynlighed for et ”hit”. Temperaturforskelle i terrænet i sig selv er derfor normalt ikke nok! – En mental gåtur på jorden for at kunne estimere, hvor varm luft genereres, bør altid inkludere tanken om en udløser/triggerpoint for termikken.

 

Myte #2: Gode termikudløsere er for eksempel landbrugsmaskiner og biler i bevægelse eller en spilstart
Fra erfaring ved svæveflypiloter, at chancen for at finde termik er større, når den varme luft på jorden forsætligt udløses. Også her er der en blanding af korrekte og fejlagtige antagelser: For eksempel kan et startende svævefly, biler eller landbrugsmaskiner i bevægelse, et vejkryds (korsning, red.) stimulere termikken til at stige. Desværre er denne idé bare i sjældne usædvanlige tilfælde sand.

Selv huse og bondegårde virker normalt ikke: Normalt ligger alle ovennævnte triggere inden for det ovenfor beskrevne over-adiabatiske lag. I bedste fald forstyrrer de noget, men fører ikke til frigivelsen af termikken. Men hvorfor?

Som udgangspunkt skal vi forstå lidt mere om den kraft, der giver løftekrav til en varm luftboble. Mere præcist er det den samme statiske, archimediske opdrift, der er ansvarlig for både at holde et stykke træ flydende i vandet og udvikling af ”flyvbar” termik.

Archimedes (græsk matematiker og fysiker) var den første til at erkende hvornår og hvorfor en krop, f.x. et stykke kork eller et skib, flyder i vandet. Eller – i termikkens univers: hvornår og hvorfor en varmluftsboble kan stige og hvornår ikke.

I den klassiske fysik er tyngdekraften ansvarlig for opdriften. Det giver, afhængigt af højden, forskellige trykforhold i et medium. For eksempel højere lufttryk nær jorden og lavere i højden. Hvis et legeme gennemtrænger ind i mediet, forskydes den nøjagtige masse af mediet, der svarer til dets volumen. Det omgivende tryk (højere nederst end øverst) giver forskellige kræfter på bunden og toppen af legemet. Derudover trækker tyngdekraften også ned i legemet. Hvis legemet har en mindre masse end mediet, er resultatet af forskellen mellem de kræfter, der virker på det, at legemet stiger. Hvis det er tungere, synker det på trods af forskellige kræfter over og under.

Hvis vi placerer vores eksperimentelle legeme, selvom det er lettere end dets omgivelser, så fast på en overflade, at der ikke er noget omgivende medium under det, så mangler de højere trykkræfter nedenunder. Det forbliver på bunden, for det stiger ikke længere!

Denne kendsgerning anvendes t.x. ved konstruktionen af brofundamenter under vand. Man sænker en kasse (låda, red.) som er åben til bunden og pumper derefter vandet ud. Lufttrykket inde i kassen må dog være højere end vandtrykket udefra, så der ikke kan trænge vand ind.

Da der ikke udøves nogen kraft fra undersiden (kassen står på bunden) er der ingen løftekraft, selv om det resulterende hulrum (på trods af det øgede indvendige lufttryk) er meget lettere end det fordrevne vand! (Billede 3)

 

Så hvad har alt dette at gøre med termikkens univers?
En varmluftsboble er som bekendt lettere end den omgivende luft. Så den producerer en opdrift, der kan få den til at stige. Ja, det kan den, men bare hvis luften kan påvirke den fra alle sider.

Men hvis der ikke udøves nogen kraft nedenunder, som det er tilfældet med vores overadiabatiske varmlufts-lag som findes i op til 15-18 meter over jorden? Ja, så klæber varmluftsboblen sig til marken!

Selv om luften er varmere og lettere, forbliver den i kontakt med jordens overflade og stiger ikke af sig selv.

For at termikken skal udløses, skal du “skære det fri”, så at sige, fra undersiden. F.x. kan den den varme luft glide hen over et område med koldere luft. Det ville f.x. være tilfældet med vandoverflader; Floder eller søer er ideelle. Eller vinden flytter eksempelvis den varme luft over en afsats eller kulle i terrænet, hvorfra den så ”for egen kraft” fortsætter med at stige.

Også ensomme bakker eller hindringer i landskabet kan udløse termik i læ, da de producerer en hvirvelstrøm i læsiden som igen virker som en trigger for udløsning i det super-adiabatiske lag.

 

I øvrigt i fladt (platt, red.) terræn er skove ideelle udløsere. I den nederste del af skoven, nær bunden, er luften op til 7 ° C koldere end i toppen af træerne og danner således en kold masse af luft, som kan fungere udmærket som en overflade, som den varmere luft kan ”glide” hen over.

Det er bl.a. en af årsagerne til, hvorfor skov suverænt er vores vigtigste kilde til termik. Vejkryds (korsningar), biler og mejetærskere (skördetröskor, red.) der bare anvendes i gennemsnit 18 dage om året, er under alle omstændigheder ikke inkluderet.

 

Myte #3: En termikboble stiger, så længe den er varmere end den omgivende luft.
Dette er en af de største fejl i antagelserne om klassisk meteorologi. Som det fremgår af analysen af ”Myte nr. 1” reduceres temperaturvariationer i en ideel gas som luften meget hurtigt. Et lille eksperiment kan demonstrere dette tydeligt: Temperaturen på en gasflamme er godt over 1200 ° C. Den varme luft som flammen producerer er allerede i en afstand af 15 centimeter nedkølet nok til at holde hånden over flammen uden at det gør ondt. Imidlertid forekommer førstegradsforbrændinger i temperaturer så lave som 45 ° C. Fra 60 ° C er protein i æggehvide uigenkaldeligt denatureret. Temperaturvariationer i det naturlige miljø er derfor meget hurtige stabiliseret. En variation på 1000 ° C kompenseres her for på mindre end 15 centimeters højde (afstand fra flammen til hånden).

 

 

Nu har vi bare en lille varmekilde her. Men selvom det er meget større, f.eks. et stort bål, der udvikler lignende høje temperaturer, så du kan stadig stå et par meter væk fra uden risiko. Vores grillpølser fungerer kun, hvis vi holder dem tæt nok over ilden. Ikke desto mindre er ideen om, at termikken er varm luft som selv i store højder er tydeligt varmere end dens omgivelser, meget dominerende i vores meteorologiske forståelse.

Derfor er der altid forsøg på at bevise og måle disse formodede temperaturforskelle. Allerede i 1970’erne berettede den australske svæveflyvemeteorolog Wally Wallington (C.E. Wallington, Meteorology for Glider Pilots, 3. ed), 1977) om eksperimenter med termistorer at måle disse variationer. Selv om det var muligt at dokumentere temperaturforskelle mellem omgivelserne, termikbobler og termisk styrke ved lavere højder, svigtede proceduren i højere højde. Der var de målte værdier af temperatursvingningerne utvetydigt tilfældige.

I øvrigt er det ikke nok at holde et termometer (uanset hvor fint, dyrt og følsomt (känsligt, red.) ud af ventilationsåbningen på et svævefly og ind i luftstrømmen og derefter tro, at man kan registrere små temperaturvariationer. Når man måler temperaturer i en strømmende gas, viser termometeret den såkaldte ”Total temperatur” Tt: Tt = T + v2 / 2cp med cp som specifikke varmekapacitet og v som hastigheden for luft, der strømmer rundt om proben.

T er den faktiske temperatur af luften, du vil måle. Flyets hastighed i kvadratet er derfor inkluderet i målingen. Ved en gennemsnitlig hastighed på 100 km / t er måle- unøjagtighederne let større end de eventuelt målelige temperaturvariationer i termik, som måske ligger i tiendel-dele af grader. Svingninger i flyets hastighed under måling vil øge problemet endnu mere, for ikke at nævne målepræcisionen af de anvendte sensorer.

Den mest plausible måling, som jeg kender, kommer fra Carsten Lindemann, som fra en TMG har målt og dokumenteret temperaturvariationerne på en god termikdag i forskellige højder. De stemmer overens med Wally Wallingtons rapporter. Derefter, fra ca. 1000 m højde, var der ikke nogen signifikante temperaturvariationer, selv med den bedste vilje. Og selvom stiget endnu var godt! (se illustration 6 herunder)

 

Når det er så vanskeligt at måle små temperaturvariationer i luften, er vi nødt til at se det som et indirekte bevis for, at der i stor højde ikke findes nogle signifikante temperaturvariationer mellem opstigende luft og det omkringliggende luft. Dette gælder også (normalt) basehøjden på cumulus skyer. Som svæveflyvepilot kan vi på hver flyvning observere, at der kan findes meget forskellige stigeværdier under CU-skyer. Selv på meget gode dage varierer stiget enormt fra termikbobbel til termikbobbel.

Hvis vi flyver på stræk, prøver vi bare at svinge rundt i den stærkeste termik, men vi registrerer også, at der under mange skyer ofte er svagere stig. Hvis stigehastigheden i højden også afhænger af temperaturvariationen mellem de enkelte termikbobler skal skyernes base også variere. Selv en forskel på 0,5 ° C mellem to nærliggende termikbobler forårsager i henhold til termodynamikkens love også variation i de tilhørende skybaser på mindst 60 meter! Vi burde bare vælge de enkelte

 

 

Cumuli på vores flyvevej, som har en højere base end deres naboer (grannar, red.). Det ville være dejligt! -Nå, vi kan sikkert også sætte denne ide til side. (billede 7)

Hvad gælder for termikdrevet stig i større højder, er variationen i luftfugtighed mellem den stigende luft og den omgivende luft. Her har vi bevis for, at fugtig luft er lettere end tør luft, og dette giver et ikke uvæsentligt løft i termikboblen op gennem atmosfæren

Myte # 4: Ustabil lagdeling i luften giver god termik, stabil lagdeling i luften giver svag termik
Ideen om den angiveligt varmere luft i en termikboble har også givet vinger til en anden alvorlig fejl: Man har ganske tidligt demonstreret, at stigende luft altid køler med næsten nøjagtigt 1 ° C pr 100 m højdevinding. Dette kaldes også adiabatisk afkøling.

Ideen var (eller er nu) som følger: Så længe temperaturreduktionen af den omgivende luft er mere end 1 ° C pr. 100 meter, har vi en tør labil stratificering. Når temperaturfaldet er mindre end 1 C per 100 m, taler vi om en stabil stratificering. Labil stratifikation burde derfor sikre, at den opstigende termik altid er varmere end den omgivende luft og derved give yderligere ”vinger” til stiget. (Billede 8 herunder)

Dette offentliggjorde professor Walter Georgii allerede i 1927 og 1956 (Walter Georgii, Aviation Meteorology, 1956 – Akademisk forlag Frankfurt). Og da han sandsynligvis var den første, der havde fundet denne forklaring på varierende termikstyrke, adopterede næsten alle af eftertidens forfatterne efter ham denne model-ide og spredte den videre.

Problemet: Termikken forbliver ikke varmere på stor højde end den omgivende luft, og et termisk blandet luftlag er hverken labilt eller stabilt. Det er ikke en af delene!

Et konvektivt lag er altid neutralt lagdelt: Den har altid en temperaturgradient på 1 ° C / 100 m. Dette er heller ingen overraskelse: Stigende luft nedkøles altid med 1 ° C pr. 100 m, og vice versa: Synkende luft opvarmes også med 1 ° C pr. 100 m. Og som vi har set udjævnes eventuelle temperaturforskelle på den korteste afstand. Et konvektivt lag har derfor altid en gradient på 1, dvs. et temperaturfald på 1 ° C / 100 meter!

Men hvor kommer så variationerne i termikkens stig fra?

Tre faktorer er ansvarlige: For det første er det termiske produktion på jorden. Det vil sige, den procentdel af indstrålede solenergi, der producerer et varmtlufts-reservoir. For det andet, størrelsen på termikboblen under opstigning og sidst men ikke mindst fugtighedsvariationen mellem termik og omgivende luft.

Således er de 4 myter forsvundet op i himlen! Men det er ikke nok. Der er andre populære ideer, der også hører hjemme i kategori for myter. Stay tuned for flere myter og legender.