Wetterlexikon U-X

U W 

U

Überentwicklung

Cumulus-Wolken fuehren im Reifestadium ihrer Entwicklung oftmals zu grossflaechigen Abschirmungen und hemmen dadurch beim Segelfliegen die Thermik.
Das Ausmass der Ueberentwicklung ist abhaengig von der Temperaturschichtung oberhalb des Kondensationsniveaus (hochreichende Labilitaet und auch ausreichende Feuchte). In weiterer Folge hemmen Schauer und Gewittertaetigkeit durch Niederschlag und Abkuehlung des Bodens die Thermikentwicklung.

W

Warmfront

Cumulus-Wolken fuehren im Reifestadium ihrer Entwicklung oftmals zu grossflaechigen Abschirmungen und hemmen dadurch beim Segelfliegen die Thermik. Das Ausmass der Ueberentwicklung ist abhaengig von der Temperaturschichtung oberhalb des Kondensationsniveaus (hochreichende Labilitaet und auch ausreichende Feuchte). In weiterer Folge hemmen Schauer und Gewittertaetigkeit durch Niederschlag und Abkuehlung des Bodens die Thermikentwicklung.

Wind

Ausgleichende Luftbewegung zwischen hohem und tiefem Luftdruck, die umso staerker ist, je groesser die Luftdruckunterschiede sind. Bei einer nicht rotierenden Erde wuerde der Wind entsprechend dem Luftdruckgefaelle geradlinig vom Hoch ins Tief wehen.

Die ablenkende Kraft der Erdrotation (Corioliskraft) bewirkt jedoch das Ablenken des Windes (nach rechts auf der Nordhalbkugel, nach links auf der Suedhalbkugel). Diese Ablenkung kann in der freien Atmosphaere (oberhalb 1000m) etwa 80 Grad betragen, in Bodennaehe jedoch wegen der mehr oder weniger starken Reibung erheblich  weniger. In Bodennaehe bewirkt die Reibung somit im Tiefdruckgebiet ein Einstroemen der Luft ins Druckzentrum (und daher Aufsteigen im Zentrum = Wolkenbildung) bzw. im Hochdruckgebiet ein Ausstroemen (und daher Absinken im Zentrum = Wolkenaufloesung).

Die Feststellung der Windrichtung erfolgt mit der Windfahne oder dem Windsack. Dabei gilt immer als Richtung, woher der Wind weht (Achtung: fuer Meeresstroemungen umgekehrt). Die Masseinheiten des Windes sind die Beaufort-Skala (Staerke 1-17), Meter pro Sekunde (m/s), Kilometer pro Stunde (km/h) und Knoten (kt) = Seemeilen pro Stunde. Im Flugwetterdienst gilt seit 1949 der Knoten als Geschwindigkeitsmass (1 Seemeile = 1852m).

Zur Umrechnung der Windgeschwindigkeits-Einheiten dient die Faustregel: Knoten mal 2 minus 10% = km/h. Knoten geteilt durch 2 = m/s. Die staerkste je gemessene Windgeschwindigkeit trat am 11./12. April 1934 am Mt. Washington, USA, auf mit 103 m/s (gemessene Boeenspitzen). In der freien Atmosphaere wurden im Jetstream Werte bis 150 m/s gemessen.

Wind-Chill

Wie aus eigener Erfahrung bekannt kann man bei gleicher Temperatur mehr oder weniger frieren bzw. schwitzen. Das haengt massgeblich von der Windgeschwindigkeit und der Luftfeuchtigkeit ab. Vor allem bei tieferen Temperaturen und hoeheren Windgeschwindigkeiten entsteht eine effektive Empfindungstemperatur, die weit unter der gemessenen Lufttemperatur liegen kann.

Wind Chill Rechner >>> Explorer Magazin


Der Wind-Chill-Index ist die effektive Empfindungstemperatur, die sich infolge des turbulenten Waermeentzuges an der Hautoberflaeche bei einer bestimmten Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit ergibt. So ist z.B. bei einer Lufttemperatur von 0°C und einer Windgeschwindigkeit von 30 km/h die effektive Empfindungstemperatur auf der Haut -13°C.

Der Windchill (v. engl. wind chill „Windkühle“) beschreibt den Unterschied zwischen der gemessenen Lufttemperatur und der gefühlten Temperatur in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit. Der Windchill ist ein Maß für die windbedingte Abkühlung eines Objektes, speziell eines Menschen und dessen Gesicht.

Der Windchill-Effekt (engl. wind chill factor) wird durch die konvektive Abführung hautnaher und damit relativ warmer Luft sowie der damit einhergehenden Erhöhung der Verdunstungsrate hervorgerufen. Die für den Phasenübergang des Wassers notwendige Energie wird dabei durch Wärmeleitung aus der Körperoberfläche abgezogen und kühlt diese dementsprechend. Der Wind hat daher die Wirkung, die Angleichung der Oberflächentemperatur des Körpers mit der Umgebungstemperatur der Luft zu beschleunigen, was Menschen als kühlend empfinden.

Zwar gilt dieser Effekt für alle Objekte, die dem Wind ausgesetzt sind (also auch Pflanzen, Tiere, Gegenstände), jedoch gelten für diese im Regelfall andere Bedingungen als für den Menschen. Deshalb existieren die zur Berechnung des Effekts notwendigen gesonderten Formeln aufgrund des Erstellungsaufwandes nicht. Der Windchill bezieht sich deswegen fast immer auf den Menschen.

Bei hohen Temperaturen zeigt sich kein Windchill-Effekt, er wird daher nur für Temperaturen nahe oder unterhalb von 0 °C berechnet und bei höheren Temperaturen meist durch den Hitzeindex ersetzt.

Quantifizierung – Größen des Windchill

Es gibt verschiedene Möglichkeiten den Windchill-Effekt zu quantifizieren, so zum Beispiel über den Wärmeverlust pro betreffender Hautfläche oder die Temperatur der Haut selbst. Diese haben sich bisher jedoch nicht gegen die derzeit vorherrschende Windchill-Temperatur (WCT) durchgesetzt bzw. wurden von ihr verdrängt.

Die WCT ist über die Lufttemperatur bei schwachem Wind definiert, die die gleiche Wärmeverlustrate pro dem Wind ausgesetzter Hautfläche hat, wie es bei der gemessenen Temperatur mit Wind der Fall wäre. Diese Definition wurde aus Gründen der Verständlichkeit gewählt, da eine Temperatur von der breiten Öffentlichkeit besser verstanden wird, als etwa die Angabe in Watt pro Quadratmetern. Es handelt sich also im eigentlichen Sinne nicht um eine Temperatur, sondern um ein Maß für die Wärmeverlustrate, das lediglich in Einheiten der Temperatur angegeben wird.

Dabei geht man von trockener Luft aus, berücksichtigt also nicht den bei niedrigen Temperaturen geringen Effekt der Luftfeuchtigkeit (Hitzeindex). Der hier verwandte „schwache Wind“ wird meist als „Windstille“ bezeichnet, dies kann jedoch zu Missverständnissen führen, da es sich normalerweise um eine Windgeschwindigkeit von 1,34 m/s (früher 1,79 m/s) handelt. Solange man als Bezug eine totale Windstille veranschlagt, ist die Windchill-Temperatur immer geringer als die tatsächlich messbare Temperatur.

Die Allgemeinverständlichkeit der WCT durch ihre Angabe in Temperatureinheiten führt leicht zu einem falschen Verständnis dessen, was die WCT eigentlich zum Ausdruck bringt. Es handelt sich dabei gerade nicht um die Temperatur, die ein Körper aufgrund des Windes annimmt. Bei einer gemessenen Temperatur von 2,7 °C und einer Windgeschwindigkeit von 55 km/h ergibt sich eine WCT von -1,6 °C (siehe unten), dennoch wird die Haut völlig unabhängig vom Wirkungszeitraum niemals Erfrierungen aufweisen. Die WCT ist nur ein Ausdruck dafür, um wie viel schneller sich die Temperatur der Haut an 2,7 °C annähert, als dies ohne Wind der Fall wäre. Dies erklärt auch, warum sich der Windchill nicht bei hohen Temperaturen zeigt, denn ein schnellerer Temperaturangleich spielt bei geringen Temperaturdifferenzen kaum eine Rolle.

Beispiel: Es herrscht eine Lufttemperatur von -25 °C und eine Windgeschwindigkeit von 15 km/h. Die hieraus errechnete Windchill-Temperatur beträgt -35 °C. Dieser Wert ist nicht messbar, denn er steht – zumindest theoretisch – für das Temperaturempfinden bei einer Lufttemperatur von -35 °C und einem Wind von 1,34 m/s. Die Temperatur von -25 °C kann dabei nicht unterschritten werden. Der Effekt des real auftretenden Windes und der Temperatur ist in diesem Wert vereint, weshalb auch in manchen Wetterberichten in Nordamerika nur dieser Wert anstatt der eigentlichen Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit vermeldet wird.

Aktuelle Berechnung und Tabelle

Die seit November 2001 gültige empirische Formel zur Berechnung des Windchill mit metrischen Einheiten und einer in 10 Meter Höhe über dem Erdboden gemessenen Windgeschwindigkeit lautet:

    WCT = 13,12 + 0,6215 \cdot T_a- 11,37 \cdot v^{0,16} + 0,3965 \cdot T_a \cdot v^{0,16} \!

    * WCT – Windchill-Temperatur in Grad Celsius
    * Ta – Lufttemperatur in Grad Celsius
    * v – Windgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde

Mit Einheiten des angloamerikanischen Maßsystems (für 33 Fuß Höhe über dem Erdboden):

    WCT=35,74+0,6215 \cdot T_a-35,75 \cdot v^{0,16}+0.4275 \cdot T_a \cdot v^{0,16}\,\!

    * WCT – Windchill-Temperatur in Grad Fahrenheit
    * Ta – Lufttemperatur in Grad Fahrenheit
    * v – Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde

Zu beachten ist dabei, dass sich die Formeln nicht für eine komplette Windstille beziehen und man bei Windgeschwindigkeiten unter 1,34 m/s einen Wert erhält, der sich über dem der Lufttemperatur befinden kann. Dies hat seine Ursache in der isolierenden Wirkung der hautnahen Luftschicht, die sich bei vollständiger Windstille erwärmt, ohne vom Wind weggetragen zu werden. Die dann wahrgenommene Lufttemperatur ist aufgrund dieser wärmeren Körperhülle höher als die tatsächliche Umgebungstemperatur in einiger Entfernung zur Hautoberfläche. Für derart niedrige Windgeschwindigkeiten ist die Formel allerdings nicht ausgelegt und die entsprechenden Ergebnisse sind unzuverlässig. In der Regel wird der Gültigkeitsbereich der Formel daher erst für Windgeschwindigkeiten über 5 km/h veranschlagt.

Die Ursprünge dieser Gleichungen, die Probleme in ihrer Umsetzung und Exaktheit sowie alternative Herangehensweisen werden in den folgenden Abschnitten dargestellt.

Windchill-Temperatur
10 °C 5 °C 0 °C -5 °C -10 °C -15 °C -20 °C -25 °C -30 °C -35 °C -40 °C -45 °C -50 °C

10 km/h

8,6

2,7

-3,3

-9,3

-15,3

-21,1

-27,2

-33,2

-39,2

-45,1

-51,1

-57,1

-63,0

15 km/h

7,9

1,7

-4,4

-10,6

-16,7

-22,9

-29,1

-35,2

-41,4

-47,6

-51,1

-59,9

-66,1

20 km/h

7,4

1,1

-5,2

-11,6

-17,9

-24,2

-30,5

-36,8

-43,1

-49,4

-55,7

-62,0

-69,3

25 km/h

6,9

0,5

-5,9

-12,3

-18,8

-25,2

-31,6

-38,0

-44,5

-50,9

-57,3

-63,7

-70,2

30 km/h

6,6

0,1

-6,5

-13,0

-19,5

-26,0

-32,6

-39,1

-45,6

-52,1

-58,7

-65,2

-71,7

35 km/h

6,3

-0,4

-7,0

-13,6

-20,2

-26,8

-33,4

-40,0

-46,6

-53,2

-59,8

-66,4

-73,1

40 km/h

6,0

-0,7

-7,4

-14,1

-20,8

-27,4

-34,1

-40,8

-47,5

-54,2

-60,9

-67,6

-74,2

45 km/h

5,7

-1,0

-7,8

-14,5

-21,3

-28,0

-34,8

-41,5

-48,3

-55,1

-61,8

-68,6

-75,3

50 km/h

5,5

-1,3

-8,1

-15,0

-21,8

-28,6

-35,4

-42,2

-49,0

-55,8

-62,7

-69,5

-76,3

55 km/h

5,3

-1,6

-8,5

-15,3

-22,2

-29,1

-36,0

-42,8

-49,7

-56,6

-63,4

-70,3

-77,2

60 km/h

5,1

-1,8

-8,8

-15,7

-22,6

-29,5

-36,5

-43,4

-50,3

-57,2

-64,2

-71,1

-78,0

Bei blauen Feldern besteht die Möglichkeit, dass es innerhalb von 30 Minuten oder weniger zu Erfrierungen kommt. Der Bezug zur Erfrierungsgefahr bezieht sich auf das Erreichen einer Hauttemperatur von -4,8 °C, ab welcher für etwa 5 % der Menschen Erfrierungen auftreten.

Bei blauen Feldern besteht die Möglichkeit, dass es innerhalb von 30 Minuten oder weniger zu Erfrierungen kommt. Der Bezug zur Erfrierungsgefahr bezieht sich auf das Erreichen einer Hauttemperatur von -4,8 °C, ab welcher für etwa 5 % der Menschen Erfrierungen auftreten.

Bedeutung und Anwendung

Eine besondere Bedeutung besitzt der Windchill in sehr kalten und windigen Regionen der Erde, insbesondere in Arktis, Antarktis und in den Hochgebirgen, also für Bergsteiger. Auch eine schnelle Bewegung des Menschen entspricht dabei einer hohen Windgeschwindigkeit, wovon bestimmte Wintersportarten betroffen sind. Eine große wirtschaftliche Bedeutung und somit auch politische Brisanz kommt dem Windchill daher vor allem in Wetterberichten der Wintersportgebiete zu, insofern er dort verwendet wird (was in Europa meist nicht der Fall ist). Der Effekt kann dabei auch die Einsatzfähigkeit von Maschinen beeinträchtigen, insbesondere von Fahrzeugen. Er hat eine hohe Bedeutung für alles Leben in entsprechenden Extremklimaten und beeinflusst somit auch die Verbreitung von biologischen Arten im montanen und windoffenen Gelände.

Hauptanwendungsgebiet des Windchill in Form der WCT sind die USA und Kanada, weshalb die meisten Definitionen auch von hier bzw. dem National Weather Service und Environment Canada stammen. Beide nutzen hierbei derzeit vorgefertigte Tabellen zur Auswertung der Messdaten. Zusätzlich zu Anstrengungen in europäischen Staaten und Israel ergeben sich durch diese Vielfalt je nach verwendeter Fachliteratur bzw. Berechnungsverfahren, deren Aktualität und der eventuellen Anpassung an spezifische Bedingungen teils erhebliche Unterschiede, sowohl in der grundsätzlichen Herangehensweise wie auch in Bezug auf das letztendliche Ergebnis.


Geschichte

Einführung des Windchill

Die Entwicklung der ersten empirischen Formeln und Tabellen geht auf die Bemühungen der US-Armee zurück, ihre Soldaten für die Härten der europäischen Winter des zweiten Weltkrieges adäquat auszurüsten. Sie beauftragte die amerikanischen Polarforscher Paul Siple und Charles F. Passel, welche während der zweiten Antarktisexpedition Richard E. Byrds (1939–1941) im Winter des Jahres 1941 hierzu ein Experiment durchführten. Ihre Messungen basierten dabei jedoch nicht auf einem Menschen, sondern auf einen mit 250 g Wasser gefüllten Kunststoffzylinder. Dieser bestand aus Celluloseacetat, war 14,9 cm lang, 5,7 cm im Durchmesser und hatte eine Dicke von 0,3 cm. Sie nutzten zwei Widerstandsthermometer zur Messung von Luft- und Wassertemperatur und ein Schalenkreuzanemometer zur Erfassung der Windgeschwindigkeit. Über die Zeitdauer des Gefriervorganges konnten sie mithilfe der bekannten Schmelzwärme des Wassers den Wärmeverlust des Zylinders in Kilokalorien pro Stunde (siehe Wärmestrom) und damit schließlich auch den Wärmeübergangskoeffizient in Kilokalorien pro Stunde, Quadratmeter und Grad Celsius ermitteln. Einflussgrößen waren dabei die dem Wind ausgesetzte Fläche des Zylinders sowie die Differenz aus dessen Temperatur (mit 0 °C veranschlagt) und der Lufttemperatur. Die Lufttemperaturen bewegten sich während ihrer Messungen dabei im Bereich zwischen -56 °C und -9 °C, die Windgeschwindigkeiten von absoluter Windstille bis 12 m/s. Ihre ersten wirklichen Ergebnisse erhielten Siple und Passel durch eine grafische Interpolation eines Diagrams, in dem ihre gemessenen Windgeschwindigkeiten gegen die bestimmten Wärmeübergangskoeffizienten aufgetragen waren. Die resultierenden Ausgleichsgerade dieser Interpolation (1.1.) konnte hierauf leicht mit dem Wärmeverlust des Kunststoffzylinders verknüpft werden (1.2.).

    \alpha = 10 \sqrt{v} + 10{,}45 - v \qquad \qquad 1.1.
    \Phi = \alpha A (T_O - T_L) \qquad \qquad 1.2.

Auf Basis dieser Beziehung wurde der Wärmeverlust mit den Bedingungen der Windchill-Temperatur gleichgesetzt.

    \alpha A (T_O - T_L) = \alpha_0 A (T_O - WCT) \qquad \qquad 1.3.

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

    * α – Wärmeübergangskoeffizient mit Wind
    * α0 – Wärmeübergangskoeffizient ohne Wind
    * v- Windgeschwindigkeit
    * Φ – Wärmestrom (Wärmemenge pro Zeit)
    * A – Flächeninhalt der Oberfläche
    * TO – Oberflächentemperatur
    * TL – Lufttemperatur
    * WCT – Windchill-Temperatur

Für TO veranschlagten sie eine Temperatur der Haut von 33 °C und zur Bestimmung von α nach Formel 1.1. wurde eine Windgeschwindigkeit von 1,79 m/s genutzt. Die sich durch Umformungen schließlich ergebende empirische Gleichung für die Trockentemperatur in Grad Celsius und die Windgeschwindigkeit in km/h lautet:

    WCT = 33+(0,478+0,237\cdot\sqrt{v}-0,0124\cdot v)\cdot(T-33) \qquad \qquad 1.4.

In der Formel werden nur die tatsächliche Temperatur und die Windgeschwindigkeit als Variablen verwendet. Sie ist im eigentlichen Sinne nur unter extremen Bedingungen wie windstarken Bergkuppen mit niedriger Lufttemperatur gültig, denn zusätzlich zum Wind beeinflussen auch noch andere Parameter die gefühlte Temperatur, etwa die Luftfeuchtigkeit (siehe Humidex, Schwüle), Körpergröße und -gewicht, die Bekleidung, die Sonneneinstrahlung (Grad der Beschattung, Sonnenstand) und die Hautfeuchte.

In Kanada wurde nur die linke Seite von Gleichung 1.3. mit ansonsten identischen Annahmen genutzt. Man erhält dadurch über Umformungen den so genannten wind chill index (WCI) in Watt pro Quadratmeter, also den eigentlichen Wärmeverlust.

Der NWS veranschlagte für die WCT einen Schwellenwert von -29 °C, ab dem man von einer Gefährlichkeit des Windchill spricht. Dieser eher willkürliche Wert wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst und sollte daher nur als ungefährer Richtwert gesehen werden. Als Beispiel würde ihn eine starke Sonneneinstrahlung erniedrigen.

Kritik an den Messungen von Siple und Passel

Die ursprünglichen Messungen weisen vielerlei Schwachstellen auf. So hat man zum Beispiel nur ein Thermometer zur Erfassung der Wassertemperatur genutzt, obwohl das Wasser im Kunststoffzylinder nur sehr ungleichmäßig gefriert. Dies führt zu einem im Nachhinein nicht mehr ausgleichbarem Abweichen der Messwerte, die auf dem von Siple und Passel für ihre Interpolation genutzten Diagramm sehr weit gestreut lagen. Die Veranschlagung von 0 °C für den Kunststoffzylinder ignoriert zudem dessen thermischen Widerstand, der eine eigentlich niedrigere Temperatur bedingt. Hinzu kommt, dass die Probleme in Bezug auf eine Extrapolation von einem kleinen Kunststoffzylinder auf den Körper des Menschen nicht berücksichtigt wurden. Dies gilt wiederum besonders für den thermischen Widerstand, der bei einer Hautoberfläche noch erheblich größer ist.

Das größte Problem ist jedoch wohl die Nutzung von 33 °C für die Temperatur der Haut, denn diese kann sich in einer kühlen Umgebung sehr schnell unter diesem Wert befinden. Ein heute noch zum Teil aktuelles Problem hängt mit der Messung der Windgeschwindigkeit zusammen. Diese wird als Eingangsgröße für die Gleichungen benötigt, meteorologisch standardisiert jedoch in zehn Metern Höhe über dem Erdboden erfasst. In der Höhe eines Menschen, also zwischen dem Erdboden und rund zwei Metern, ist die Windgeschwindigkeit durch Reibungseffekte an Hindernissen jedoch in der Regel wesentlich geringer.

All diese Faktoren wirken zusammengefasst in Richtung einer Überbewertung des Windchills durch die Gleichung von Siple und Passel. Trotzdem haben es ihre Ergebnisse erstmals ermöglicht, einer breiten Öffentlichkeit den Windchill bewusst zu machen.

Weitere Entwicklung bis 2001


In den Siebziger Jahren wurden diese Daten schließlich dem National Weather Service zur Verfügung gestellt und durch seine 1971 und 1984 erschienenen Arbeiten passte der australische Forscher Robert G. Steadman diese Formel auf einen bekleideten „Durchschnittsmenschen“ an. Das Ergebnis wurde vom National Bureau of Standards als offizielle Formel übernommen und vom National Weather Service in den USA ab 1973 angewandt. Es handelt sich dabei jedoch vielmehr um eine Reaktion der zuständigen Behörden auf die bereits in den 60er und 70er Jahren in den USA einsetzende Nutzung des Windchill durch einige Medienvertreter.

Steadman war es auch, der sich dem Problem der Windgeschwindigkeitsmessung annahm. Er erstellte eine Formel, die für den Fall einer offenen Fläche die Windgeschwindigkeiten in Gesichtshöhe auf ungefähr zwei Drittel der Windgeschwindigkeiten in zehn Metern Höhe bestimmte. Noch größere Werte, alle mit einer Erhöhung der WCT verknüpft, zeigen sich dabei in Wäldern oder urbaner Umgebung. Da derartige Hindernisse in ihrer Beeinflussung der Windgeschwindigkeit schlecht zu kalkulieren sind, stellen sie auch weiterhin ein Problem dar. Ist der Einfluss der Umgebung nicht exakt feststellbar, sollte die standardisiert gemessene Windgeschwindigkeit dennoch grob korrigiert werden (solange die Korrektur nicht schon in der Gleichung enthalten ist).

Einen wesentlichen Fortschritt für die Genauigkeit von WCT/WCI ermöglichten die Arbeiten von Randall Osczevski im Jahr 1995. Er entwickelte ein Modell des menschlichen Kopfes und konnte so Messungen im Windkanal durchführen, wobei sich sehr ähnliche Ergebnisse zu denen eines Zylinders ergaben. Maurice Bluestein und Zecher nutzen 1999 eine ähnliche Herangehensweise, jedoch nur mit einer theoretischen Analyse. Zylinder wählt man dabei deswegen, weil sie in der Fachliteratur der Wärmeleitung sehr intensiv abgehandelt werden und folglich besser mathematisch zu modellieren sind. Osczevski ging in der Folge dazu über, nicht mehr den Kopf als Ganzes, sondern nur noch das Gesicht zu betrachten, da es dem Wind am stärksten ausgesetzt ist. Der Wärmeverlust bei schwachem Wind an dieser Stelle, der Frontseite der Versuchszylinder, erwies sich dabei als höher im Vergleich zu dessen Seiten. In Gleichung 1.3. hat dies ein höheres α0 zur Folge, was die WCT erhöht. Zusammen mit einer realistischen Temperatur für die Hautoberfläche ergaben sich höhere Temperaturen als bei Siple und Passle, Bluestein und Zecher und besonders für hohe Windgeschwindigkeiten auch Steadman. Ein Vergleich der verschiedenen Berechnungsmethoden wurde unter anderem von Quayle vorgenommen.

Besonders von Steadman wurden Anstrengung unternommen, weitere Faktoren wie die Strahlungsstärke und damit verbunden die Bewölkung einfließen zu lassen. Dies führt jedoch auch zu einer zunehmenden Komplexität der Berechnungsgrundlage, wobei ein von Jahreszeit und Breitengrad abhängiger Faktor für die Sonneneinstrahlung noch einigermaßen gut umgesetzt werden könnte. Die Entwicklung eines Modells für den gesamten Körper mit Berücksichtigung von Metabolismus, Kleidung und verschiedener anderer Faktoren wurde unter anderem von Steadman vorgeschlagen, gestaltet sich jedoch schwierig. Einen Versuch in diese Richtung und damit der Angabe einer gefühlten Temperatur über große Intervalle, ohne dabei die Berechnungsgrundlage zu wechseln, stellt das Klima-Michel-Modell des Deutschen Wetterdienstes dar.

Heutige Berechnung ab 2001

Durch eine im Jahr 2000 von Seiten der kanadischen Verantwortlichen aus anberaumten Internetkonferenz, wurde die Bestrebung forciert, eine grundlegende Reform der Windchill-Berechnungen durchzuführen. Eine Gruppe von Spezialisten, die Joint Action Group for temperature Indices (JAG/TI) wurde damit beauftragt, eine Empfehlung für die WCT auszuarbeiten. Auch die International Society of Biometeorology (ISB) bildete eine Expertengruppe, um die internationale Übertragbarkeit verschiedener Lösungskonzepte zu prüfen. Im Jahr 2001 wurden hierauf zwei internationale Konferenzen durchgeführt um die Probleme und Lösungsvorschläge bezüglich des Windchill zu thematisieren. Dabei standen die Fragen im Vordergrund, ob ein Temperaturindex für die gesamte Spanne des Wärmeübergangs entwickelt werden könne, ob dieser Index auf alle Klimate und Jahreszeiten anwendbar wäre, ob er für die Wettervorhersage und andere Verwendungen nutzbringend wäre und auch ob dieser Index unabhängig von individuellen Charakteristika wie der jeweiligen Kleidung sein würde.

Schließlich wurden Osczevski und Bluestein beauftragt einen Kompromiss zwischen ihren ursprünglichen Arbeiten zu realisieren. Hierzu wurden im Juni 2001 am Defence and Civil Institute of Environmental Medicine in Toronto Versuchsmessungen durchgeführt. Dabei wurden zwölf Personen in einem Windkanal unterschiedlichen Temperaturen und Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, wodurch man Werte erhielt, die den thermischen Widerstand des Gesichtes besser berücksichtigten. Hiernach wurden die Methoden der Wärmeübertragung auf einen halben Zylinder angewandt, der das dem Wind zugekehrte Gesicht repräsentieren sollte. Die Bedingungen für Windstille wurden dabei auf einen Wert von 1,34 m/s reduziert, was einer realistischen Gehgeschwindigkeit Rechnung tragen sollte. Durch eine Iteration mit fortschreitenden Abschätzungen der Hauttemperatur wurde auf dieser Basis der Wärmeverlust ermittelt und über einen Rückbezug auf die windstillen Bedingungen in eine WCT umgerechnet. Die Korrekturen für die Windgeschwindigkeitsmessung schloss man in diese Regressionsformeln ein, weshalb sie wie angegeben mit in 10 Metern Höhe gemessenen Windgeschwindigkeiten arbeiten.

Zukünftige Entwicklungen zielen vor allem auf die Berücksichtung der Sonneneinstrahlung ab, es werden jedoch Verbesserungen in Bezug auf die Erfrierungsgefahr erwartet. Ein weiteres Forschungsfeld ist die Entwicklung eines Windchill unter Berücksichtigung des Einflusses von Nässe, was besonders für marine Umgebungen wichtig ist.

Kritik

Es gibt verschiedene Wege den Effekt des Windchill quantitativ zu bestimmen. Meist werden hierzu einfache Näherungsformeln mit stark eingeschränkter Gültigkeit, vorgefertigte Tabellen oder auch Nomogramme verwendet. Allen Methoden ist jedoch gemein, dass der durch sie bestimmte Wert idealerweise nur unter Berücksichtigung seines Zustandekommens verwandt werden sollte, denn weder ergeben die verschiedenen Berechnungsmethoden einheitliche Ergebnisse, noch muss der berechnete Wert besonders viel mit der Realität des konkreten Einzelfalles zu tun haben.

Allen Anstrengungen zum Trotz kann der Windchill nicht allgemein gültige Aussagen über etwas treffen, das sich quasi schon per Definition der Allgemeingültigkeit entzieht: dem subjektiven Temperaturempfinden eines Individuums. Was der Windchill letztendlich an Aussagen über dieses Temperaturempfinden treffen kann, hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Die Annahmen, die in die Rechnungen einfließen, stellen zwar gute Mittelwerte dar, sind jedoch auch unzutreffend, wenn man in einer konkreten Situation von diesen Mittelwerten abweicht. Die Geschwindigkeit mit der man geht oder gar fährt und die den Wind beeinflussende Umgebung, in der man sich bewegt, sind im Regelfall andere als jene, die für den Windchill veranschlagt wurden. Das Tragen einer großen Brille, ein umfangreicher Bartwuchs oder die Nutzung einer isolierenden Creme beeinflussen die Reaktion der Haut auf den Wind sehr stark, ebenso die Eigenheiten der körpereigenen Thermoregulation, die sich von Mensch zu Mensch stark unterscheiden. Ein Mensch mit großem Körpergewicht im Vergleich zur Körperoberfläche weist dabei geringere Hauttemperaturen auf, als eine schmächtige Person, die dafür aber auch leichter auskühlt (Hypothermie). Hinzu kommt die unterschiedliche Akklimatisierung und auch genetische Adaption, was ein Vergleich zwischen dem Temperaturempfinden eines Mitteleuropäers und eines Inuit bei -20 °C Außentemperatur illustriert.

Diese Faktoren beschränken die Aussagekraft des Windchill zwar stark, jedoch kann bei ihrer Kenntnis auch deren Zuverlässigkeit eingeschätzt und an den Einzelfall angepasst werden. Dies ist jedoch auch nur dann möglich, wenn genaue Kenntnisse über die WCT und deren Zustandekommen vorliegen, was jedoch meist gerade nicht der Fall ist. Der Nutzen des Windchill im Rahmen eines Wetterberichts ist für die breite Bevölkerung daher eher gering und in Unkenntnis der Größe können die oft sehr niedrigen „Temperaturen“ abschreckend wirken. Aufgrund dieser Faktoren wird der Windchill oft als nutzlose Größe erachtet, die gerade für Laien keinen Mehrwert zur Angabe von realer Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit besitzt. Dies ist auch einer der Gründe, weshalb der Windchill außerhalb Nordamerikas kaum Verwendung findet.

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel "Windchill" aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Die Liste der Autoren ist unter dieser Seite verfügbar. Der Artikel kann nur über Wikipedia bearbeitet werden.

Winddrehung

Winddrehung mit der Hoehe. Der Winkel zwischen Isobaren und Windrichtung haengt von der Rauhigkeit der Unterlage ab (ueber dem Meer 0-10°, ueber Land 30-45°). Mit zunehmender Hoehe dreht der Wind bis zur Obergrenze der Reibungszone in ca. 1000-1500m nach rechts, wobei gleichzeitig seine Geschwindigkeit zunimmt.