Wirbel in Kondensstreifen (crow instability)

[Christoph Gerber]

In den vergangenen Tagen konnte ich zum ersten Mal (bewusst?!) Wirbel beobachten, die sich an Kondensstreifen gebildet haben. Die Wirbel haben sich offenbar nur an einer Art von Kondensstreifen gebildet: Es waren Kondensstreifen von vierstrahligen Maschinen, bei denen ein Teil der Kondensierungen offenbar schnell nach unten fiel, während ein Teil "in der Spur" blieb. Nach etwa einer Minute begannen sich die zu zwei "Röhren" verschmolzenen Strahlen (Wirbelschleppen) in mehr oder weniger regelmäßige Abschnitte aufzubrechen, und zwar an den Stellen, wo sie sich berührten. An den entstandenen Berührungsstellen können sie sich sogar verbinden, so dass aus beiden ein kreisförmiger Wirbel werden kann. All diese Veränderungen sind beispielhaft in Abb.1 festgehalten. Aus diesem Kondensstreifen haben sich die Wirbel in Abb.2 entwickelt. Nach etwas Recherche habe ich festgestellt, dass es sich um die sog. "crow instability" handelt (die deutsche Entsprechung habe ich noch nicht herausgefunden)
Demnach bilden sich in den beiden Wirbelschleppen (vortex trails) größere Eiskristalle, die entsprechend schneller absinken. Daher die auffällige Trennung vom Kondensstreifen. Auf was ich bei meiner Recherche nicht gestoßen bin, sind die Verwirbelungen, die aus den kreisförmigen Wirbeln entstehen und eine sichtbare Eigendynamik entwickeln: Sie formen sich zu Schlangen, die sich optisch sehr deutlich vom Rest des Kondensates abheben, da sie sehr schlank und scharf begrenzt sind. Diese Schlangen lösen sich binnen weniger Minuten ebenfalls auf; gelegentlich können sie sich länger als der Rest des Kondensstreifens halten. Diese Entwicklung kann in Abb. 3 verfolgt werden. Abb.4 zeigt vier Stufen in der Entwicklung eines anderen Kondensstreifens.

Christoph

Abb.1: Trennung von Kondensstreifen und Wirbelschleppe und dessen Entwicklung

Abb.2: Wirbel aus der Wirbelschleppe

Abb.3: Entstehung eines Wirbels

Abb.4: Wirbel bei der Auflösung einer Wirbelschleppe mit länger bestehendem Kondensstreifen

s. auch:
https://www.metabunk.org/crow-instabili ... les.t1571/
https://www.metabunk.org/donut-chemtrai ... ity.t1220/

[Kevin Förster]

Hallo Christoph,

interessante Bilder! Sowas konnte ich auch schon öfters beobachten. Da wäre es interessant mal ein Video/Zeitraffer zu machen, wie sich die Kondensstreifen in so kurzer Zeit ändern.

Nach etwas Recherche habe ich festgestellt, dass es sich um die sog. "crow instability" handelt (die deutsche Entsprechung habe ich noch nicht herausgefunden)

Diese Erscheinung wurde ja nach S.C. Crow benannt, der 1970 einen Artikel dazu veröffentlicht hat. Von daher ist die deutsche Entsprechung "Crow Instabilität". Wenn du das damit meinst.
Den Artikel kannst du hier ansehen: https://www.dropbox.com/s/x1eyoyhzecwa1 ... s.pdf?dl=0

Viele Grüße Kevin

[Bertram Radelow]

hi Christoph
die Wirbelschleppen sind unsichtbar. Sie "kannibalisieren" die Kondensstreifen und füllen sich selber mit deren Kondensat.
Vgl. auch http://epod.usra.edu/blog/2015/11/crow- ... rland.html
oder hier im Forum: viewtopic.php?f=2&t=56102&hilit=Crow+instability
Über eine absolute Ausnahmeerscheinung, die aber sicher auch eine crow instability ist, habe ich leider nichts weiter herausgefunden:
http://www.rc-network.de/forum/showthre ... nstability
Dort auf Seite 2 auch ein aufschlussreich beschriftetes Bild
Da ich hier unter der Luftstrasse Upper Blue One lebe, sehe ich Crow Instabilitäten fast täglich. Ein Video steht recht weit vorne auf der Todo-Liste...

LG
Bertram

[Bertram Radelow]

@Kevin:
der Link ist gemein. Da fühlt man sich immer als ob man den IQ einer Amöbe hätte, dabei bin ich in Mathe eigentlich ganz gut...
Bertram

[Christoph Gerber]

ERGÄNZUNG 18.01.2016
Ich füge dies mal hier an, um nicht ein neues Thema zu öffnen:
Heute habe ich zum ersten Mal einen der rotierenden Kondensstreifen gesehen. Bisher habe ich die Wirbelbildung in dem "herabfallenden" Teil des Kondensstreifens gesehen (s.o.). Heute Nachmittag, als ich 'mal auf den Balkon bin, um nach Halos zu schauen (heute: nix!), sah ich einen langen Kondensstreifen, der anders aussah als üblich. Aufgrund seiner Geradelinigkeit und scharfen Begrenzung war mir sofort klar, dass dieser Kondensstreifen am rotieren war. Diesmal war es der obere Teil des Kondensstreifens, der untere war zu diesem Zeitpunkt schon fast ganz verschwunden. Ich hoffte nun auf eine sinusoidale Verwehung desselben - und wurde nicht enttäuscht: schon drei Minuten später deuteten sich die ersten Verwehungen an, und dann wurde der Wirbel schlangenförmig verzerrt, bis er sich dann nach 10 min völlig aufgelöst hat. Hier eine Auswahl der Bilder:

16:30 MEZ

16:34 MEZ

16:34 MEZ

16:35 MEZ

16:39 MEZ

16:37 MEZ

Christoph

[Bertram Radelow]

hi Christoph,
exakt so etwas habe ich ja auch einmal gesehen. Mit "oberer" Kondensstreifen meinst Du vermutlich rein optisch oben. Vermutlich flog das Flugzeug nach links? In diesem Fall also der linke "Kondensstreifen" - das war die Wirbelschleppe die sich bereits mit Kondensat aus den Turbinenabgasen vollgesogen hatte. Wieso es zu so einer Unsymmetrie kommt ist mir völlig unklar; normalerweise fliegen die Airliner nicht so schief (Schiebeflug). Ich nehme an, dass der andere Randwirbel - wenn auch unsichtbar - doch zu dieser prächtigen sinusoidalen Verformung beigetragen hat.
Bei meiner Beobachtung war die Ursache ein A380 der Etihad.
Es gibt eine kostenlose App für iPhones (und wohl auch für Android), die Dir sofort anzeigt, welches Flugzeug da oben fliegt.
LG
Bertram

[Christoph Gerber]

Hallo Bertram,

danke für den Hinweis - aber gestern ist es mir nicht gelungen, auf flightradar24.com die Zeitleiste zu aktivieren und nachzuprüfen, welcher Flug es war. Jetzt hat es geklappt: es war tatsächlich "der Riese": der Airbus A380-861 von Qatar Airlines auf dem Flug von London nach Doha. Höhe 39.000 Fuß (11.700 m). Dieser Airbus ist vierstrahlig (ich habe das Flugzeug selbst leider nicht mehr gesehen), so dass hier vermutlich doch zwei Strahlen zu einem verbunden waren. Dass ich diesen als "oberen" bezeichnet habe kommt daher, dass ich bei der Recherche zur ersten Beobachtung (s.o.) gelesen habe, dass die Bildung größerer Mengen rasch wachsender Eiskristalle in einer Wirbelschleppe zu einem rascheren Absinken derselben führt. In diesem absinkenden Teil hatte ich die Wirbel beobachtet. Diesmal war dagegen der absinkende Teil gerade noch in Resten (auf dem ersten Bild rechts) zu sehen - der Rest hatte sich bereits aufgelöst. Ob jetzt der rechte oder der linke abgesunken ist, kann ich nicht mehr feststellen. Wie diese Teilung im Einzelnen zustandekommt, ist mir jedoch nicht klar - die neue Beobachtung scheint der vorigen zu widersprechen...

Ich weiß auch nicht, welche Bedingungen vorherrschen müssen, damit solch ein rotierender Kondensstreifen entsteht. Meine Vermutung ist, dass sich Rotationsgeschwindigkeit und Windgeschwindigkeit irgendwie gegenseitig ergänzen. Einen horizontalen Wind angenommen (evtl. sogar senkrecht zur Flugrichtung), könnte es dann ja sein, dass die Wirbelschleppe, die im Windschatten der anderen liegt, eben nicht mehr diese Bedingung vorfindet (da der Wind ja durch die andere bereits beeinflusst wurde) und daher als normaler Kondensstreifen keine Wirbel ausbilden kann und viel schneller wieder vergeht.

Christoph

[Bertram Radelow]

hi Christoph,
Kondensstreifen sinken nicht wegen des Gewichts ab, sondern weil der A380 (wie seine kleineren Kollegen) auch im Geradeausflug ein gewaltiges Abwindfeld erzeugt. Um den Auftrieb zu erzeugen muss tatsächlich eine GEWALTIGE Menge Luft nach unten beschleunigt werden. Tragflächen sind wirklich eher Umleitbleche wie in Wasserturbinen als der Quatsch mit Bernoulli. Dessen Effekt trägt höchstens zu einem Drittel zum Auftrieb bei = ein einfaches angestelltes Brett erzeugt bei gleichem Stirnwiderstand also mindestens 2/3 so viel Auftrieb wie ein sauber ausgeformtes Profil.
Ein befreundeter Linienpilot ist mal in Reiseflughöhe 3 Minuten hinter einem Jumbo sauber in dessen Abwindfeld gekommen und hat über 100m Höhe verloren.
Also die sichtbaren Teile sinken nicht wegen Ihres Gewichts ab (Cirruswolken tun das ja auch nicht) sondern weil sie im Abwindfeld mitgenommen werden.
Ausserdem musst Du Dir klar sein was Du da siehst - am besten im Bild von 10:34: dort sind die aus den Triebwerken stammenden eigentlichen Kondensstreifen schon fast vollständig verschwunden (in der Umgebungsluft aufgelöst). Der "Faden" ist die am Flügelende entstehende extrem langlebige Wirbelschleppe, die ursprünglich unsichtbar inzwischen klar zu sehen ist weil sie Teile des Triebwerks-Kondensstreifens "gefressen" hat. Um die Wirbelschleppe herum siehst Du noch als Hüllenstücke letzte Reste des Triebwerkkondensstreifens.
Die Wirbelschleppen rotieren extrem, aber die Triebwerkskondensstreifen eigentlich fast gar nicht: bis zum Ende ihres Lebens schaffen diese gerade mal eine gemeinsame (bei Viermotorigen) Umdrehung pro Flächenhälfte. Auf verschiedenen "Contrail"-Bildern (per Google-Bildersuche) direkt von vorne kann man das sehr gut sehen.
Normalerweise bleiben also lange hinter dem Flugzeug die Wirbelschleppen bestehen, während die Kondensstreifen sich früher auflösen (oder aber zu richtigen Cirren weiter wachsen). Unter glücklichen Umständen sieht man an den Wirbelschleppen die Crow Instabilitäten mit paarweisem Aufbrechen und Rekombination zu Kringeln.
Das spannende ist nun warum wir beide einen A380 gesehen haben, bei dem die Wirbelschleppen unsymmetrisch wurden und nur eine überlebte. Eigentlich gibt es nur eine Erklärung: der A380 ist "schief" geflogen, also mit etwas Seitenruder. Die senkrecht stehenden Winglets an den Flügelenden stehen nämlich nicht gerade im Luftstrom sondern mit einem deutlichen Anstellwinkel von sagen wir mal 2° (jedenfalls ist es bei allen Segelflugzeugen so). Wenn das Flugzeug jetzt nur 1° schief fliegt, sind die Winglets mit 1° bzw 3° angestellt, was man frei interpretiert als einen Wirbel betrachten kann der 3x so stark ist wie sein Bruder. Da dieser Wirbel so viel mehr Energie enthält dürfte auch die spätere Frequenz der Aufschwingung eine andere sein. Ich bin relativ sicher dass der schöne Sinus nur entstanden ist weil sein unsichtbarer Zwillingsrandwirbel inzwischen einen Phasenversatz hat so dass sich beide Wirbelschwingungen verstärken (statt sich wie im Normalfall berühren und aufbrechen/umformen).
Die Erklärung hat nur einen Haken - eigentlich sollte die Steuersoftware des A380 so einen Schiebeflug verhindern. Sinnvoll könnte der z.B. nur sein wenn die Flügeltanks sich ungleichmässig leeren, aber auch das sollte die Bordsoftware eigentlich perfekt regeln.

Den Schlussabsatz kannst Du komplett vergessen. Weder Flugzeug noch Kondensstreifen haben die leisteste Ahnung dass sie sich in einem Wind befinden (der dort oben IMMER herrscht). Ihnen kommt es vor als flögen sie in absoluter Windstille. Und noch einmal: ein Kondensstreifen kann keine "Wirbel ausbilden" (ausser Du meinst mit Wirbel die sinusoidale Verformung, aber das sind eigentlich keine Wirbel sondern Schwingungen).

Also es bleibt spannend...

Bertram

[Elmar Schmidt]

Hallo Christoph und Bertram,

ich war gleichzeitig auf der A5 bei Walldorf unterwegs und fast genau "auf Höhe" (d.h. geogr. Breite) zu diesem völlig verrückten Korkenzieher-Kondensstreifen. Der Flieger war ugf. auf Kurs Ostsüdost (in Richtung Heilbronn). Stimmt so auch; hier mal die Großkreisroute* London-Doha (5220 km ca. 6-7 Std. Flugzeit)

*das Excel-Programm kann heruntergeladen werden von http://www.matthewskues.co.uk/great-cir ... lator.html



Es gibt aber sicher genauere Plotter für Google Earth, dessen Ressourcenbedarf aber inzwischen meine Grafikkarte überfordert.

Rückblickend könnte ich mich... , daß ich nicht anhielt und Bilder gemacht hatte; dann hätten wir die Schleppe vlt. in 3D (Basisabstand 20 km). Binnen 1 min löste sie sich dann auf.

Grüße, Elmar


Nachtrag (21.01.): und eben ist der Flug (oder ein ähnlicher) wieder hier über mir vorbeigedüst, der fette spiegelblanke Jet sah im Fernglas klasse aus. Die Instabilitäten waren aber viel schwächer und kamen auch zufällig wechselnd links und rechts vor.

[Christoph Gerber]

Hallo Bertram,

danke für die ausführliche Darstellung. Aufgrund dieser beiden Aufnahmen (1 +2) hatte ich geschlossen, dass die "Röhren" (also das was ich als "rotierenden Kondensstreifen" bezeichnet habe) aus der Berührung von äußerem und innerem Strahl entstehen - daher erscheinen sie normalerweise auch paarweise. Eine Verbindung zu den (unsichtbaren) Wirbelschleppen an den Flügelspitzen ist in diesen Bildern überhaupt nicht zu erkennen. Wenn ich dich richtig verstanden habe, müsste es also die Wirbelschleppe sein, in die die Kondesate "hineindrehen" und die "Röhre" bilden, und dann wäre es nur ein Zufall, dass dies an der Stelle geschieht, an der sich die beiden Turbinenstrahlen berühren.
Das war für mich das Problem: bei den meisten Recherchen geht es entweder um die Kondensstreifen oder um die Wirbelschleppe - wie sie aber kombiniert interagieren, dazu habe ich nichts erhellendes gefunden.

Christoph

[Bertram Radelow]

hi Christoph

im ersten der beiden genannten Bilder siehst Du von hinten auf das Geschehen; der Fotograf ist schon recht nah, deswegen erscheinen die Wirbelschleppen recht gross. Die Wirbelschleppen sind sehr stabil, man kann ahnen dass ihre Achse genau auf die Flügelspitzen zeigt. Die Drehrichtung ist immer innen nach unten, aussen nach oben. Es findet ein Ausgleich vom höheren Druck auf der Flächenunterseite zum geringeren Druck auf der Oberseite statt, sozusagen um die Flügelspitze herum.
Die eigentlichen Kondensstreifen machen nur eine langsame Bewegung und kommen dann durch ihre Verbreiterung mit der Wirbelschleppe in Kontakt. Diese saugt einen Teil ein und konserviert ihn, der Rest des Kondensstreifens löst sich auf.
Und wenn alle Feuchtigkeitsparameter stimmen, können wir die schönen paarweisen Instabilitäten beobachten und - Du und ich - auch die rätselhaften einseitigen...

Im zweiten Bild sind die Wirbelschleppen ungewöhnlich gross, allerdings ist das ein älterer Jumbo ohne (Wirbelschleppen reduzierende) Winglets. Die Vorgänge - ein glatter "Schlauch" erwächst aus sich auflösenden unreglmässigeren Kondensstreifen - sind aber auch hier gut erkennbar.

Hier siehst Du, dass die beiden Kondensstreifenpaare bei Vierstrahligen nur einen ganz langsamen Twist umeinander ausführen, aber nicht eigentlich rotieren:



Hier noch eine schöne Darstellung. Die vollgesogenen Wirbelschleppen werden im englischen Sprachraum offenbar "hybrid contrails" genannt.



(ich wusste übrigens bis vor wenigen Monaten auch nicht, dass Kondensstreifen so komplex sein können)

Bertram

[Bertram Radelow]

Nachtrag

Offenbar kann es auch vorkommen, dass die Kondensstreifen (exhaust contrails) länger bestehen bleiben, ohne sich zu Cirren zu verbreitern. Sozusagen auf den Punkt genau die richtige Luftfeuchte für die Konservierung der exhaust contrails.
Genau dann kann man beobachten, dass die gefüllten Wirbelschleppen (vortex contrails) absinken, angeblich weil sie grössere Eiskristalle enthalten. Ich glaube aber nicht alles was im Internet steht - nach meiner Meinung sorgen (Flettner?)-Kräfte für das Absinken ähnlich wie bei einem Rauchring, der sich auch so bewegt, dass er sein Inneres nach vorne dreht.
Den exhaust contrails fehlt diese Drehung, deswegen bleiben sie auf gleicher Höhe (innerhalb des Abwindfeldes natürlich).

Genau dies siehst Du in Abb 4 Deines ersten Beitrages.

Bertram

[Daniel Fischer]

Auf diesen Thread bin ich erst durch den Artikel im neuen Meteoros aufmerksam geworden - die beschriebenen Phänomene sehe ich (seit Dezember 2015 bewusst) recht häufig, insbesondere auch einmal den kuriosen sinusförmigen Einzel-Contrail. Obiges Bild (mit netten Wolkenschatten) hatte ich ratlos am 15.12.2015 auf Twitter verbreitet - und in kürzester Zeit schon die Erklärung geliefert bekommen: "Solitary hybrid contrail" heißt das seltene aber vielfach dokumentierte Phänomen, wobei seine Physik noch nicht bis ins letzte verstanden zu sein scheint. Bei den 'gewöhnlichen' Crow-Instabilitäten in Kondensstreifen dagegen schon: Die sah ich schon bald lehrbuchreich am Himmel und seither immer wieder - und auch diesen Mittwoch, nur Minuten nach der Meteoros-Lektüre:

[Elmar Schmidt]

Betr.: Link zum Original-Artikel von Crow im Hinweis von Kevin
--------------------------------------------------------------------------------------
Tja, damals gab es noch die in den USA sprichwörtlichen "rocket scientists", gemeint sind damit Wissenschaftler und Ingenieure, die ihr Handwerk selbst im Umfeld einer Firma beherrschten. Und so ist die Menschheit auf den Mond gekommen, mit Rechenschieber und Lochkartenprogrammierung.

Da kann man schon etwas nachdenklich werden...

Gruß, Elmar