- ORGANISATION SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE INTERNATIONAL DU VOL A VOILE  -
 

Mountain Wave Project (MWP)  

Die OSTIV ist 1948 aus der 1930 gegründeten ISTUS (Internationalen Studienkommission für den motorlosen Flug) entstanden. Das Anliegen der Organisation ist die internationale Förderung und Koordination der mit dem Segelflug verbundenen Wissenschaften und Technologien, insbesondere bei der Nutzung von Segelflugzeugen in verschiedenen Forschungsprojekten. Sie ist Mitglied der FAI (Federation Aeronautique Internationale) und versteht sich als innovative Kraft bei der Förderung des Flugsports.

Ausgehend vom Leitsatz des Pioniers der Flugmeteorologie Walter Georgii " FORSCHEN und FLIEGEN " versucht eine kleine Gruppe der wissenschaftlichen und meteorologischen Sektion der OSTIV - die Projektgruppe des Mountain Wave Project , mesoskalige meteorologische Wellenerscheinungen global in ihrer Entstehung und Entwicklung zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse sowohl in die Planung und Durchführung von (Rekord-) Flügen mit einzubeziehen, als auch in die fliegerische Beratungspraxis umzusetzen und bei der Ausbildung von Piloten in Form von Guidances zu verwenden.

Primäres Ziel des MWP - Turbulenzforschungsprojektes ist die globale Erfassung und Analyse von Gebirgswellen und ihrer zugehörigen Rotorbänder.

Leewellen (mountain waves, Föhnwellen) sind interne Gravitationswellen der Atmosphäre und wurden im Jahre 1933 durch deutsche Segelflieger im Riesengebirge entdeckt. Sie entstehen, wenn Luftteilchen durch eine Störung an einem Strömungshindernis (Gebirge) vertikal ausgelenkt werden und sich durch ihre Massenträgheit in der vorherrschend stabil geschichteten Atmosphäre in den Ausgangszustand zurückbewegen. Der durch eine periodische Wiederholung dieses Auf und Ab entstehende Schwingungsvorgang charakterisiert das atmosphärische Wellensystem, welches dann die bekannten physikalischen Eigenschaften (Brechung, Interferenz) aufweisen kann und bei vorhandener Feuchte in der Höhe durch stehende Wolken mit Lenticularisform angezeigt wird.

Lenticularis- Wolken im Hintergrund der S10- Flugplatz  San Martin de los Andes/ MWP-Expedition Argentinien 1999  Foto: Herold/MWP	Kraeftige sehr turbulente Rotorwolke  ueber der Sierra Nevada in der Naehe von Bishop/USA. Der Rotor reichte bis 9.000m hoch und erlaubte es d. P-38 Jagdflugzeugpiloten am 05. März 1950 mit einer max. Steigrate von 3000ft/min bis FL 310 mit abgestellten Triebwerk  zu steigen.   [ mehr ] Foto: Robert Symons

Die Leewellen ( s.a. OSTIV- Handbuch ) können bis in die Stratosphäre reichen und werden dort durch  Perlmutterwolken angezeigt (Höhenbereich ~25 km). In den unteren Luftschichten sind dagegen Wirbel mit horizontalen Rotationsachsen (od. Wirbelwalzen) zu finden- so genannte Rotoren, die sich durch starke lokal extreme Turbulenz auszeichnen. Die Struktur und Entwicklung von Rotoren sind sowohl mit den über ihnen liegenden Leewellen als auch mit turbulenten Ablöseprozessen in der Grenzschicht verbunden (eine anschauliche Schilderung des gekoppelten Systems Welle - Rotor, der Stand der wiss. Erforschung und die Auswirkungen auf die Luftfahrt ist im promet- Artikel 1-2/2006 " Wellen und Rotoren ²" zu finden)

Die Dimension dieser Aufwindart wird beim aktuellen Höhenweltrekord  im Segelflug von 15.477 m Höhe (Stratosphäre) ersichtlich, der durch das Aufsteigen in den Leewellen-aufwinden über Patagonien erreicht wurde bzw. durch den bisher größten Langstreckensegelflug der Welt des MWP- Teammitglieds Klaus Ohlmann mit einer Distanz von 3.000,8 km, der ebenfalls primär in Wellen geflogen wurde. Der Deutsche Höhenrekord beträgt 13.015 m und wurde von Joachim P. Küttner im April 1955 in der Sierra Nevada aufgestellt.  ( Pilotenbericht )

Das Mountain Wave Project wurde während eines OSTIV - Seminars 1998 in Serres/Südfrankreich von  René Heise und Klaus Ohlmann ins Leben gerufen und in den Folgejahren  durch engagierte Wissenschaftler und Piloten erweitert.

Der Physiker Dr. Wolf-Dietrich Herold war bereits wissenschaftlicher Mitarbeiter beim "Thermal Wave Project" des NCAR (National Center of Atmospheric Research Boulder/Colorado) und ist für eine wissenschaftliche Dokumentation verantwortlich, der Meteorologe Prof. Jörg Hacker (Airborne Research Australia) für die Gewinnung und Auswertung der meteorologischen Messdaten. Die notwendigen Sensoren und Messfühler stellen uns Jörg Hacker (MWP Op Mendoza 2006) bzw. Carsten Lindemann (MWP - Argentinien 1999) zur Verfügung. 

Das Projekt beinhaltet folgende Schwerpunkte:

• Bestimmung und Erkennung der atmosphärenphysikalischen Prozesse sowie der zugehörigen synoptischen Charakteristika, die bei der Entstehung und Entwicklung von Mountain Waves im stark orographisch gegliedertem Gelände eine Rolle spielen

• Erforschung von Rotorbändern und Bestimmung ihrer Ausdehnung, Größenordnung bzw. Klassifizierung der vorhandenen Turbulenz 

• hochauflösende Messungen meteorologischer Parameter (potentielle Temperatur, Vertikalgeschwindigkeit, Wind) bzw. Berechnung Impulstransport.
 

Querschnittsflüge am 03.12.1999 Airfield Chapelco/Argentinien (MWP- Expedition 1999) sowie Messflüge in der Tupungato - Acongagua Region (2006)

 

• statistische Auswertung von über 100 IGC -Files von Andenflügen (San Juan -Feuerland), die dem Herausfiltern der thermischen und dynamischen Aufwindanteile aus den GPS Logger-Daten (Klassifikation nach Vertikalgeschwindigkeit, Höhe und Häufigkeit) dient

• Visualisierung der Rotoren auf einer Geländedatenbank und Entwicklung einer Guidance/Vorhersageverfahrens für Piloten und beratende Meteorologen - Bsp. 

                

Wellenflug am Lure/Südfrankreich (OSTIV - Seminar 1998 in Serres)

 

• Verifikation von mesoskaligen meteorolog. Vorhersagemodellen und Verbesserung der verwendeten Parametrisierungsansätze bzw. Verwendung in numerischen Prognoseverfahren von gefährlichen Wettererscheinungen (z.B. Significant Weather Chart)

• Entwicklung experimenteller operativer Leewellenvorhersagen (Mountain Wave Forecasts) für verschiedene Regionen der Welt (z.B. Tibet)  und Darstellung seit dem Jahr 2002  auf der MWP- Webseite und im Flugwetter- Selbstbriefingssystem pc_met des Deutschen Wetterdienstes. Dabei wird zwischen der orographischen Turbulenzvorhersage (Berechnung  des Scorer- Parameters für jeden Gitterpunkt)  und einer allgemeinen generalisierten Wellenvorhersage (Berechnung der Stromlinienauslenkung an ausgewählten Gitterpunkten des numerischen Wettervorhersagemodells) unterschieden. Bedingt durch die gegenüber der realistischen Gebirgslandschaft generalisierte Modellorographie stellt die Vorhersage nur eine allgemeine Aussage zu der Wellenflugsituation in der entsprechenden Region dar. Lokale Besonderheiten (Düseneffekte, Hangform usw.) sowie Erhebungen in der Größenordnung von Mittelgebirgen  löst das verwendete Modell noch nicht hinreichend genau auf. 

• Nutzung der gewonnenen Erkenntnisse und GPS-Loggerdaten für Demonstrations- und Simulatorflüge bei Verkehrsfliegerschulen, hinsichtlich der optimalen Routenplanung der Luftverkehrsgesellschaften bzw. bei den Ausbildungseinrichtungen der Luftwaffe

Besondere Unterstützung bekommt das Team  von der Firma STEMME, die ihren High- Tech Motorsegler S10 VT als fliegende Messplattform zur Verfügung stellt. Dieses Flugzeugmuster hat sich im Rahmen verschiedener Umweltforschungsprojekte, sowie beim oben erwähnten „Thermal Wave Project“ bewährt und wird von den Expeditionsteilnehmern favorisiert.
Die Montage und Ausrüstung des Motorseglers bzw. die Organisation der Überführungen der S10-VT oblag Martin Just (MWP-Argentinien 1999) oder Rudi Gaissmaier (MWP Op Mendoza 2006).

Erste Ergebnisse aus der Alpenregion wurden im Rahmen des OSTIV- Kongresses bei der Segelflugweltmeisterschaft Anfang August 1999 in Bayreuth und in den Folgejahren auf zahlreichen Veranstaltungen/Tagungen/Workshops (s. Übersicht) vorgestellt.

Im Rahmen der globalen Erfassung von Mountain Waves erfolgte Ende 1999 die erste MWP - Forschungsexpedition nach San Martin de los Andes/Argentinien, um über den  Anden, die sich als ideales Freiluftlabor zur Untersuchung des Systems Welle-Rotor eignen, die Turbulenz zu untersuchen.

Neben verschiedenen Querschnittsflügen konnten mehrere Rekord-Segelflüge über 1.000km realisiert werden. Die spektakulärste Umsetzung der gewonnenen MWP- Ergebnisse erreichte Teammitglied Klaus Ohlmann ein Jahr später, als er mit über 2.400 km den längsten Segelflug aller Zeiten [ Presse ] durchführte. Im Januar 2003 konnte er diesen Weltrekord auf eine unglaubliche Distanz von 3.008,8 km erweitern.

Im Oktober 2006 wurde auf Einladung der Argentinischen Luftwaffe (F.A.A.)  - die Operation Mendoza durchgeführt, eine weitere fliegerische MWP- Forschungsexpedition zum Dach Amerikas- dem ACONCAGUA. Bei stürmischen Höhenwinden erfolgten Flüge bis zur Südwand des fast 7.000m hohen Berges sowie Höhensegelflüge bis 12.500m im Bereich der Hochkordillere zwischen TUPUNGATO und ACONCAGUA. Bis dato waren es nicht nur die ersten bekannten Wellen-Segelflüge über dem ACONCAGUA sondern auch die ersten wiss. hochauflösenden Turbulenzmessungen  (u.a. Verwendung der BATprobe vom MWP-Mitglied Joerg Hacker/ARA) über Südamerika. Mit Messungen für die Turbulenzgrundlagenforschung und der Entwicklung von Vorhersageverfahren leistet das MWP einen unmittelbaren Beitrag zur Erhöhung der Flugsicherheit ( s.a. Flugzwischenfälle verursacht durch des System Rotor - Welle; Cargo DC-8 , BOAC Flight 911 , Uruguyan FH-227 ).  Für dieses ehrenamtliche Engagement wurde das MWP als zweiter Preisträger des Lilienthal-Preis im Jahr 2007 geehrt.

Projektleitung: 

René Heise
Wallstrasse 89 
10179 Berlin

Tel.: +49 (0) 30- 229 43 17
eMail: Rene.Heise (at) t-online.de

Veröffentlichungen:

MWP-Poster, Aerospace Medical Association Meeting (AsMA 2010) in PHOENIX (AZ)

MetPanel OSTIV ¹ (2009): Weather Forecasting for Soaring Flight, World Meteorological Organisation (WMO), No. 1038, 76 p.

Heise, R. (2009): Turbulenzforschung bis an den Rand der Stratosphäre, arcAktuell, 2/2009, S.16

Doernbrack, A., Heise, R. , Kuettner, J. ² (2006): Wellen und Rotoren, promet, Jahrgang 32, Heft 1-2, S. 18-24

Lindemann, C., Heise, R. , Herold, W-D., Prenosil, Th., Ruhtz, Th. (2002): Leewaves in the Andes Region, Mountain Wave Project (MWP) of OSTIV, 26th International Conference on Alpine Meteorology, Poster, Innsbruck, Österreich

Lindemann, C., Heise, R. , Herold, W-D.(2008): Leewaves in the Andes Region, Mountain Wave Project (MWP) of OSTIV, submitted to XXVII. OSTIV Congress, Mafikeng, South Africa, TECHNICAL SOARING, Vol. 32, number 3,  ( TS-Artikel )

Heise, R. (2001): Orografische Turbulenz als Forschungsobjekt und sportliche Herausforderung, Mitteilungen der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft, Heft3, S. 13-25 ( online- Artikel )

Knueppel, J. (2000): Gliding Aviation Medicine, High Altitude Aspects and  Mountain Wave Project 1999, St. Martin de los Andes, Argentina, Poster, Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin, Berlin, ( online-Artikel )

Auswahl von Vorträgen:

Heise, R. (2010): MWP - MTW und Turbulenzforschung, NASA Dryden Flight Research Center

Heise, R. (2010): Where Wild Winds Rule, Federal Aviation Administration-Seminar, Mountain Wave Flying Training, Crystalair (CA) [ mehr... ]

Heise, R., Ohlmann, K. (2010): ON THE WINGS OF WAVE RESEARCH - about mwp-visions, missions and a 6-day adventure in the Zonda of the Andes, NCAR-UCAR Boulder [ Info ]

Heise, R. (2009): 10 Jahre Mountain Wave Project- ein Rückblick und Visionen, Festvortrag BWLV-Segelfliegertag 2009, Universität Stuttgart

Heise, R. (2009): STEMME S10 im Mountain Wave Project - in Grenzbereichen des Fliegens, Firmenjubiläum der STEMME AG (PDF-Info)

Heise, R. (2009): Die numerische Modellierung und Simulation von Leewellensystemen - eine Kurzübersicht für Wellenflugpiloten (PDF 3,0 MB);   Ansätze der Einbindung von empirischen Positionen des Systems Rotor-Welle, von Wellenvorhersagen und statistisch gefilterten Wellenaufwindbändern in einem Geographischen Informationssystem (GIS) (PDF 1,5 MB), Mittelgebirgswellen-Symposium, Inst. für Meteorologie und Klimatologie, Leibniz-Universität Hannover 

Hacker, J., Heise, R., Herold, W.-D., Ohlmann, K. (2008): Im Reich der wilden Winde - mit dem Mountain Wave Project auf Rekordjagd, Forschungsmission und Abenteuertrip am Rande der Stratosphäre, Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung, Conference Center, Berlin (ILA-Pressrelease,  Presse -Aerokurier )

Hacker, J. et.al. (2007): Measuring mountain waves and turbulence at up 12km altitude over the Andes in South America using an instrumented motorised glider, 14th National Australian Meteorological and Oceanographic Society (AMOS) Conference in ADELAIDE (AUSTRALIA), ( PDF-File )

Heise, R. (2007): Höhenforschungsflüge über dem ACONCAGUA- eine MWP Entdeckungsreise in die Stratosphäre, 66. Deutscher Segelfliegertag, Messezentrum Sinsheim

Herold, W-D., Heise, R. (2003): 15 m/s up - 4000ft down Im Segelflugzeug und Airbus durch Rotorwalzen und mountain waves, Lufthansa-Verkehrsfliegerschule, Bremen, (mehr...)

Herold, W-D., Heise, R. (2002):  Forschungslabor Segelflugzeug-  In den Föhnstürmen über den Anden, planeterde - 2002 jahr der geowissenschaften, Leipzig,  Multimediashow ( Presse )

Ohlmann, K. (2001):  World records flights in a Stemme & News of Wave Project, BGA -Conference, Nottingham (GBR)

Herold, W-D.(2000):  Surfing the waves over the Andes-  with a Stemme S10 and OSTIV 's  Mountain Wave Project in Argentina, SSA- Convention, Albuquerque, New Mexico (USA)

Betreuung von Schüler- bzw. Diplomarbeiten:

2009: zwei Diplomarbeiten - Auswertung von Turb-Messflügen in der TUPUNGATO- ACONCAGUA Region;   Erkennung von Leewellen in GPS-Files von Segelflügen in den Alpen

Graefenstein, Helge (2007): Meteorologische und geographische Vorraussetzungen für einen 2000km-Zielflug mit dem Segelflugzeug, Facharbeit Gymnasium Oppenheim        ( PDF-File )

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