Wolken über den Flügeln: Warum bei feuchtem Wetter Nebel am Flugzeug entsteht

Die Wolken über den Flügeln entstehen, weil die Luft auf der Flügeloberseite schneller strömt und dabei an Druck verliert. Beim Entspannen kühlt sie um ein paar Grad ab. Ist die Luft wie an feuchten Herbsttagen schon fast gesättigt, kondensiert der Wasserdampf für einen Sekundenbruchteil zu Nebel, der hinter dem Flügel sofort wieder verdunstet. Mit Kondensstreifen aus dem Triebwerk hat das nichts zu tun.

Was man von unten oder vom Fensterplatz sieht

Es gibt drei typische Bilder, und alle tauchen vor allem kurz nach dem Start oder im Endanflug auf, also in den untersten ein bis zwei Kilometern:

• Ein Nebelschleier auf der Flügeloberseite: Eine weiße, flackernde Fläche direkt hinter der Vorderkante, die mit jeder Böe größer und kleiner wird. Vom Fenster aus sieht es aus, als würde der Flügel dampfen.
• Weiße Schläuche an den Klappenenden: Dünne, gedrehte Fäden, die von der äußeren Kante der ausgefahrenen Landeklappen nach hinten laufen. Von unten sehen sie aus wie zwei kurze Kondensstreifen mitten am Flügel.
• Ein Faden über dem Triebwerk: Viele Airbus-A320- und Boeing-737-Maschinen haben an der Triebwerksverkleidung eine kleine Leitfläche. Sie erzeugt einen Wirbel, der über den Flügel streicht und bei feuchter Luft als weißer Strich sichtbar wird.

Alle drei sind kurzlebig. Der Nebel endet am Flügel oder nach wenigen Flugzeuglängen, während ein echter Kondensstreifen kilometerlang am Himmel stehen kann.

Die Physik: Schnellere Luft ist kältere Luft

Ein Flügel erzeugt Auftrieb, indem er die Luft auf seiner Oberseite beschleunigt. Schnellere Luft hat einen geringeren Druck, das ist der bekannte Unterdruck auf der Oberseite. Wenn Luft sich ausdehnt, kühlt sie ab, so wie Luft aus einem Reifenventil sich kalt anfühlt. Die Energie für die höhere Geschwindigkeit stammt aus der Wärme der Luft.

Daraus lässt sich die Abkühlung grob ausrechnen: Sie entspricht dem Zuwachs an Bewegungsenergie, also (lokale Geschwindigkeit² − Fluggeschwindigkeit²) geteilt durch das Doppelte der Wärmekapazität der Luft (rund 1.005 J pro kg und Kelvin).

Eigene Überschlagsrechnung mit der Bernoulli-Gleichung und Meereshöhen-Luftdichte. Das Zweifache der Fluggeschwindigkeit wird nur in einem schmalen Streifen direkt hinter der Vorderkante erreicht, wenn Vorflügel und Klappen ausgefahren sind und der Flügel stark angestellt ist. Über den größten Teil der Oberseite ist die Strömung weniger stark beschleunigt.

Ein Druckabfall von 95 hPa entspricht grob dem Unterschied zwischen Meereshöhe und 800 Metern über dem Meer, nur dass die Luft diesen Sprung in wenigen Hundertstelsekunden macht. Deshalb sieht man den Nebel am deutlichsten beim Start und im Endanflug: Dann fliegt das Flugzeug langsam, braucht trotzdem viel Auftrieb und hat einen großen Anstellwinkel. Die Strömung wird an der Vorderkante dann besonders stark beschleunigt.

Warum es nur an feuchten Tagen passiert

Ein paar Grad Abkühlung führen nur dann zu Nebel, wenn die Luft schon nahe am Taupunkt ist. Entscheidend ist der Taupunktabstand, also wie viele Grad die Lufttemperatur über dem Taupunkt liegt. Dabei gibt es einen kleinen Haken: Wenn Luft sich ausdehnt, sinkt auch ihr Taupunkt, allerdings nur etwa ein Fünftel so schnell wie die Temperatur. In der Atmosphäre sind das rund 1,8 Grad pro Kilometer beim Taupunkt gegen 9,8 Grad bei der Temperatur. Die Abkühlung muss den Taupunktabstand also um etwa 20 Prozent übertreffen.

Eigene Rechnung mit der Magnus-Formel und dem Verhältnis von Temperatur- zu Taupunktabnahme bei trockenadiabatischer Ausdehnung. Werte gerundet.

Deshalb ist der Herbst die beste Zeit für das Phänomen. Im Oktober und November liegt über dem Rheinland und dem Ruhrgebiet oft feuchte, kühle Luft mit Hochnebel oder Nieselregen. Der Taupunktabstand beträgt dann häufig weniger als ein Grad. An einem trockenen Sommernachmittag mit zehn Grad Abstand bleibt der Flügel dagegen unsichtbar.

Die Schläuche an den Klappen: Wirbel als Kühlschrank

An jeder Kante, an der der Auftrieb abrupt endet, strömt Luft von der Unter- auf die Oberseite und rollt sich zu einem Wirbel auf. Das passiert an den Flügelspitzen und besonders deutlich an den Enden der ausgefahrenen Landeklappen, weil dort viel Auftrieb auf kurzer Strecke aufhört. Im Kern eines solchen Wirbels ist der Druck stark abgesenkt, denn die Fliehkraft drückt die Luft nach außen. Die Luft im Kern kühlt ab, der Wasserdampf kondensiert, und der Wirbel wird als weißer, gedrehter Faden sichtbar.

Weil der Unterdruck im Wirbelkern länger erhalten bleibt als über der Flügelfläche, sind diese Fäden oft auch dann noch zu sehen, wenn die Fläche selbst schon klar ist. Sie gehören zu den Wirbelschleppen, die hinter jedem Flugzeug entstehen. Warum andere Flugzeuge deshalb Abstand halten müssen, steht in Wirbelschleppen: Warum Flugzeuge Abstand halten müssen.

Warum der Nebel nach einer Sekunde weg ist

Hinter der Hinterkante gleicht sich der Druck wieder an die Umgebung an. Die Luft wird zusammengedrückt, erwärmt sich um dieselben paar Grad, und die winzigen Tröpfchen verdunsten sofort. Es ist kein Wasser hinzugekommen, die Luft hat nur kurz ihren Zustand geändert. Deshalb bleibt am Himmel nichts zurück.

Abgrenzung: Kondensstreifen, aerodynamische Streifen und Dampfkegel

Die dritte Zeile ist ein Sonderfall: Forschende des DLR um Klaus Gierens haben 2009 im Journal of the Atmospheric Sciences aerodynamische Kondensstreifen beschrieben. Auch hier entsteht die Wolke durch den Druckabfall über dem Flügel, aber in Reiseflughöhe gefrieren die Tröpfchen zu Eiskristallen und verdunsten danach nicht sofort. Auf Fotos wirkt das wie ein breiter, schimmernder Schleier, der von der ganzen Flügelfläche ausgeht und nicht nur von den Triebwerken. Wie normale Kondensstreifen entstehen, erklärt Kondensstreifen: Warum man Flugzeuge mal sieht und mal nicht.

Der Dampfkegel um einen Kampfjet wird oft als „Durchbrechen der Schallmauer“ gedeutet. Tatsächlich tritt er schon knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit auf, wenn sich am Flugzeug Verdichtungsstöße bilden. Ein Beweis für den Überschallflug ist er nicht, mehr zum echten Knall in Überschallknall über NRW.

Ist das gefährlich?

Nein. Der Nebel ist sichtbar gemachte Strömung und ein Zeichen dafür, dass der Flügel gerade viel Auftrieb erzeugt. Kritisch ist etwas anderes: Eis oder Reif, der vor dem Start auf dem Flügel liegt und die Strömung stört. Deshalb werden Flugzeuge bei Frost vor dem Abflug enteist. Der Nebel im Flug ist dagegen flüssig, verdunstet sofort und lagert sich nicht ab.

So erwischst du das Phänomen in NRW

• Wetter prüfen: Im Wetterbericht für Flughäfen, dem METAR, stehen Temperatur und Taupunkt nebeneinander, etwa „08/07“. Ein Grad Abstand oder weniger ist ideal, Nieselregen und Hochnebel ebenfalls.
• Nah an die Bahn: Am besten sieht man den Effekt in den letzten Kilometern vor dem Aufsetzen oder kurz nach dem Abheben, wenn die Klappen ausgefahren sind. In Düsseldorf landen die Flugzeuge bei Westbetrieb aus Richtung Essen-Kettwig und Ratingen. Wo sie wie tief fliegen, steht in Anflugroute Düsseldorf.
• Große Flugzeuge bevorzugen: Schwere Langstreckenjets brauchen mehr Auftrieb und erzeugen stärkere Wirbel. Der A380 in Düsseldorf ist an feuchten Tagen ein besonders gutes Motiv, Infos auf der Seite A380 Düsseldorf.
• Im Live-Radar vorwarnen: Achte auf Flugzeuge unter 1.000 Metern mit Kurs auf die Bahn. Bei rund 140 bis 150 Knoten über Grund sind Klappen und Fahrwerk in der Regel draußen. Die Klappenstellung selbst steht nicht in den ADS-B-Daten, die Kombination aus geringer Höhe und geringer Geschwindigkeit verrät sie aber ziemlich zuverlässig.

Häufige Fragen

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