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Wetterbedingte Flugunfälle

Bearbeiter: Katharina Koppe (koppemuk.uni-hannover.de)

Luftfahrzeuge brauchen die Atmosphäre zum Fliegen. In der Atmosphäre sind sie aber auch dem Wetter und den damit verbundenen Gefahren ausgesetzt. Wetterelemente, die den Luftverkehr gefährden, sind Vereisung, Turbulenz in Wolken, Clear Air Turbulence (CAT), Wirbelschleppen, schlechte Sicht, niedrige Wolkenuntergrenze, Niederschlag, Windscherung, kritische Windverhältnisse, Gewitter, Sandstürme und Vulkanasche. Bei der Vereisung unterscheidet man Ansatz von Rauhreif, Rauheis und Klareis. Die Art des Eisansatzes hängt von dem Vorhandensein von unterkühltem Flüssigwasser und der Tropfengröße ab. Je größer die unterkühlten Tropfen sind, desto stärker ist der Gefrierprozess durch die freiwerdende Gefrierwärme verzögert und desto weiter kann sich das Eis-Wasser-Gemisch mit der Strömung entlang des Flügels verteilen. Jeder Eisansatz bewirkt in unterschiedlicher Ausprägung, dass Gewicht und Luftwiderstand ansteigen und Schub und Auftrieb vermindert werden (Abb. 1).

Abb. 1: Folgen von Flugzeugvereisung
Abb. 2: Wirbelschleppen hinter einem Luftfahrzeug und mögliche Auswirkungen auf kleinere, nachfolgende Luftfahrzeuge

Turbulenz ist die ungeordnete Überlagerung der Grundströmung mit Wellen und Wirbeln. Man unterscheidet Wirbelschleppen, CAT, konvektive (thermische) und orographisch induzierte Turbulenz. An den Flügelenden eines Luftfahrzeugs entstehen als Folge der Auftriebserzeugung zwei gegeneinander rotierende Wirbel, die eine Lebensdauer von rund fünf Minuten haben und langsam absinken. Diese Wirbelschleppen stellen für den nachfolgenden Flugverkehr eine Gefährdung dar (Abb. 2).

CAT treten im Bereich des Deltas der Strahlströme, bei brechenden Schwerewellen, Leewellen, Höhentrögen und -rücken und im Umfeld von Cumolonimben auf. CAT steht nicht im Zusammenhang mit Wolken und treffen den Piloten daher oft unvorbereitet. Als Folge horizontal unterschiedlicher Erwärmung des Erdbodens entstehen tagsüber bei labil geschichteter Atmosphäre Auf- und Abwindgebiete. Die kräftigsten Vertikalbewegungen findet man in Gewitterzellen, die Geschwindigkeiten liegen bei bis zu 65 m/s. Im Übergangsbereich zwischen den Auf- und Abwinden tritt konvektive Turbulenz auf. Bei Queranströmung eines Gebirges bilden sich auf der windabgewandten Seite (Lee) Leewellen aus. Gekennzeichnet sind sie oft durch linsenförmige Wolken (ac len), unter den Wellenbergen sind Rotoren zu finden. Turbulenz erzeugt eine teils ausgeprägte Flugunruhe, die unerwarteten Flugbewegungen können zu Verletzungen der Passagiere und der Flugbegleiter führen, die Flugzeugstruktur wird durch abrupte Flugbewegungen stark beansprucht.



Alle Windverhältnisse, auf die der Pilot nicht vorbereitet ist, sind als kritisch anzusehen. Von besonderer Bedeutung sind Windscherungen und Downbursts. Entscheidend für die Flugeigenschaften und den Auftrieb eines Luftfahrzeugs ist die Anströmgeschwindigkeit der Flügel (True Air Speed, TAS). Gegenwind erhöht die TAS, sodass das Luftfahrzeug die Tendenz zu steigen zeigt. Rückenwind hingegen vermindert die TAS, das Luftfahrzeug neigt zum Sinken. Im Extremfall vermindert der Rückenwind die TAS so stark, dass die Überziehgeschwindigkeit unterschritten wird und es zum Strömungsabriss kommt. Windscherungen sind lokale Änderungen der Windgeschwindigkeit und / oder -richtung. Besonders in der untersten Atmosphäre kann eine Windscherung fatale Folgen haben. Nimmt die Windgeschwindigkeit des Gegenwindes beim Landeanflug plötzlich ab, so sackt das Luftfahrzeug durch und es kommt vor der Landebahn zum Bodenkontakt (Abb. 3).

Abb. 3: Folgen des abnehmenden Gegenwindes und der daraus resultierenden Änderung der TAS während des Landeanflugs. Durchgezogene Linie: theoretischer Gleitpfad (bei gleich bleibendem Wind), gestrichelte Linie: realer Gleitpfad

Downbursts sind starke, kalte Abwinde, die im Zusammenhang mit mächtigen Cumuluswolken beobachtet werden. Es wurden vertikale Windgeschwindigkeiten von 24 m/s und vertikale Windscherungen des horizontalen Windes von 8 m/s auf 30 m beobachtet. Am Boden bildet sich eine Böenfront aus, in der Windrichtungsänderungen von 180° und Windgeschwindigkeiten von bis zu 50 m/s beobachtet werden können. Besonders während Start und Landung sind Downbursts gefährlich, denn sie verursachen sowohl horizontale als auch vertikale Windscherung und starke Turbulenz. Der geringe Durchmesser von bis zu 4 km erschwert die rechtzeitige Reaktion des Piloten auf die Gefahr (Abb. 4).

Abb. 4: Schematische Darstellung der Windscherung in einem Downburst und den daraus resultierenden Windbedingungen für ein startendes Luftfahrzeug. 1. zunehmender Gegenwind, 2.Einflug in das Abwindgebiet mit nachlassendem Gegenwind, 3. starke Abnahme des Gegenwindes, Steigrate geht auf Null zurück, 4. zunehmender Rückenwind und beginnendes Sinken, 5. stark ansteigende Sinkrate
Abb. 5: Durch Hagel verursachter Schaden an einer Boeing 737 am 15. August 2003 bei Genf

Für jede Art von Verkehr ist die Sicht von entscheidender Bedeutung. Im Luftverkehr wird sie beeinträchtigt durch Aerosole, Rauch, Nebel, Niederschlag und niedrige Wolken. Besonders von Sichtbehinderungen betroffen sind Luftfahrzeuge, die unter Sichtflugbedingungen (VFR) fliegen. Diese Luftfahrzeuge dürfen nur bei festgelegten Mindestsichtweiten fliegen, sie müssen einen horizontalen und vertikalen Mindestabstand zu den Wolken einhalten. Niederschlag (Regen, Schnee und Hagel) kann die Luftfahrt auf vielfältige Weise beeinträchtigen. Zum einen verursacht er einen teils gravierenden Sichtrückgang, die geringsten Sichtweiten (wenige Meter) sind im Schnee zu finden. Zum anderen sorgen nasser Schnee und unterkühlter Regen für starke Flugzeugvereisung. Hagelkörner können Durchmesser von bis zu 10 cm erreichen und verursachen so erhebliche Schäden an Luftfahrzeugen (Abb. 5).

Von Bedeutung ist auch Schnee und Wasser am Boden, denn dadurch kommt es zu Aquaplaning und Schneeglätte, sodass das Flugzeug am Boden ausbricht und von der Landebahn abkommt. In Gewittern treten praktisch alle oben beschriebenen Gefahren auf. Die starken Aufwinde (bis 65 m/s) verursachen Turbulenz, sorgen aber auch dafür, dass unterkühltes Wasser hoch in die Troposphäre transportiert wird. In Gewittern besteht immer die Gefahr starker Vereisung. Es treten Starkniederschläge, häufig auch Hagel, auf. Durch das Vorhandensein von festen und flüssigen Partikeln, kommt es zur Ladungstrennung und somit zu Blitzentladungen. Obwohl Flugzeuge aus Metall sich wie ein Faradayscher Käfig verhalten, beeinträchtigen Blitze die Sicherheit. Blitze haben eine Blend- und Schockwirkung auf den Piloten. Schlagen sie direkt in das Flugzeug ein, werden Antennen u.ä. durch die Hitzeentwicklung zerstört. Der Funkverkehr und wichtige Navigationsgeräte sind gestört und können ausfallen.



Die Bestimmung der Ursache eines Flugzeugabsturzes ist nicht trivial, denn in der Regel führen viele, sehr unterschiedliche Faktoren zu einem Ereignis. Reason (1994) unterscheidet zwei Fehlervarianten, die latenten und die aktiven Fehler. Latente Fehler sind im System verborgen, ihre Konsequenzen bleiben lange verdeckt und werden erst sichtbar, wenn andere Faktoren hinzukommen und alles gemeinsam zu einem Ereignis führt. Latente Fehler werden von Personen begangen, die mit dem Flug direkt nichts zu tun haben wie Konstrukteure, Entscheidungsträger auf höchster Ebene oder Wartungspersonal. Aktive Fehler wirken sich hingegen unmittelbar aus und gehen im Allgemeinen vom Verhalten von Piloten und Bodenpersonal aus

Abb. 6: Fehleranalyse nach Reason. Die Verkettung aktiver und verborgener Fehler führt zu einem Unfall, die Vermeidung eines Fehlers verhindert den Unfall

Abbildung 6 zeigt eine Fehleranalyse und verdeutlicht, wie mehrere Fehler zu einem Unfall beitragen. Die verschiedenfarbigen Flächen stellen Ebenen dar, auf denen Fehler gemacht werden. Die Öffnungen in diesen Flächen symbolisieren unangemessene oder nicht vorhandene Vorkehrungen und Abwehrmechanismen gegen Fehler. Damit es zu einem Unfall kommen kann, müssen auf allen Ebenen Fehlentscheidungen, die sich auf den gleichen Bereich auswirken, getroffen werden. Die latenten Fehler bleiben ohne Folgen, wenn nicht ein aktiver Fehler hinzukommt. Erst dann liegen alle Öffnungen in einer Linie, was bedeutet, dass die eventuell vorhandenen Schutzmaßnahmen versagt haben und es zu einem Unfall kommt. Wird auf einer Ebene eine zusätzliche, geeignete Schutzmaßnahme eingeführt, so ist die durchgehende Bahn unterbrochen und ein Unfall wird verhindert.



In dem Zeitraum von 1980 bis 2004 wurde von der Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU) bei 58 Ereignissen von Flugzeugen über 2,0 t in Deutschland oder mit deutscher Beteiligung das Wetter als ursächlicher oder beitragender Faktor analysiert. Damit sind 14,4 % der Ereignisse in diesem Zeitraum wetterbedingt. Die meisten Unfälle (54 %) ereignen sich in der Landephase. Startphase (17 %) und Reiseflug (24 %) sind weniger unfallgefährlich. Ursache ist zum einen, dass im Reiseflug der Abstand zum Boden sehr groß ist und ein Pilot die Möglichkeit hat, das Flugzeug wieder unter Kontrolle zu bringen. Zum anderen wird bei erkennbarer Gefahr keine Startfreigabe erteilt, sodass das Luftfahrzeug nicht dem Wetterrisiko ausgesetzt ist. Bei den von der BFU untersuchten Ereignissen sind die wichtigsten Wettergefahren Vereisung, Niederschlag und Sichtbehinderung. Von Bedeutung sind auch Unfälle, bei denen mehrere Wetterphänomene zusammenkommen (Abb. 7).

Abb. 7: Anzahl der Ereignisse, bei denen das angegebene Wetterphänomen ein ursächlicher oder beitragender Faktor war

Bei wetterbedingten Unfällen treten besonders häufig Personen- und Sachschäden auf. Diese Unfälle enden überproportional häufig tödlich. Die zeitliche Entwicklung der Unfälle zeigt einen abwärtsgerichteten Trend. Allerdings ist in den nächsten 20 Jahren mit einer Verdreifachung des Luftverkehrs zu rechnen, sodass unter Umständen sogar mit einem überproportionalen Anstieg der Flugunfallzahlen zu rechnen ist.