Beaufortskala

Die Beaufortskala ist eine Skala zur Klassifikation von Winden nach ihrer Geschwindigkeit. Es handelt sich um das am weitesten verbreitete System zur Beschreibung der Windgeschwindigkeit. Sie ist nach Sir Francis Beaufort benannt worden, allerdings hat er nur einen geringen Anteil an ihrer Entwicklung gehabt. Der umgangssprachliche Begriff Windstärke für die Klassifikation nach der Beaufortskala wird insbesondere von Laien sehr unscharf benutzt und kann die Beaufortskala meinen, aber auch Windgeschwindigkeit („Windstärke zehn Knoten“), Windkraft („Windstärke zehn Newton“), Winddruck („Windstärke zehn Kilogramm pro Quadratmeter“) oder die gefühlte Stärke des Windes (Leichtwindstärke, Sturmwindstärke, usw.). In der Nautik, Luftfahrt und Meteorologie ist mit Windstärke immer ein ganzzahliger Wert der Beaufortskala gemeint, es sei denn es wird ausdrücklich eine andere Skala bezeichnet, z.B. eine Hurrikan- oder Tornadoskala.

Die Ausdrücke Windstärke und Stärke des Windes sind klar voneinander zu trennen. In fachlichen Texten wie Wettervorhersagen oder Logbüchern wird die Verwendung der Beaufortskala nicht erwähnt, sondern vorausgesetzt, dass die Nennung der Windstärke ohne Einheit erfolgt: SW5-6 als Südwestwind der (Beaufortskalen-) Windstärke fünf bis sechs, gesprochen „Südwest fünf bis sechs“. Die Windgeschwindigkeit wird traditionell in Knoten angegeben, wobei sich in modernen meteorologischen Facharbeiten langsam m/s durchsetzt und in allgemeinen Veröffentlichungen, wie Fernsehwettervorhersagen, zumeist km/h verwendet wird. Bei der Umrechnung in SI-Einheiten kommt es, insbesondere bei der Übertragung aus dem Englischen, zum Teil zu Umrechnungsfehlern.

Inhaltsverzeichnis

Anwendungsbereich

Zwischen Windgeschwindigkeit v und Beaufort-Stärke B (kaufmännisch gerundet) besteht dabei nach der Revision der Beaufortskala von 1946 folgender Zusammenhang[1]:


v = 0{,}8360 \mathrm{~m/s} \cdot B^{3/2}\

oder aufgelöst nach B:


B = \left(\frac {v}{0{,}8360 \mathrm{~m/s}} \right)^{2/3}

wobei v die Windgeschwindigkeit 10 Meter über der Oberfläche ist. Für andere Einheiten gilt angenähert:


v = 1{,}625 \mathrm{~kn} \cdot B^{3/2}

bzw.


v = 3{,}010 \mathrm{~km/h} \cdot B^{3/2}

Umgekehrt kann vereinfacht gerechnet werden:


B \approx \frac{v+10 \mbox{ kn}}{6 \mbox{ kn}}

(Diese Annäherung führt nur bei Windstärken zwischen 3 und 10 Bft zu Fehlern < 0,5 Bft. Unter praktischen Bedingungen auf See ist der Fehler jedoch meist vernachlässigbar.)

Üblicherweise werden die letzten Stellen des Geschwindigkeitsbetrags auf- bzw. abgerundet, je nachdem, ob es sich um die untere oder obere Geschwindigkeitsgrenze der jeweiligen Windstärke handelt. Windstärke 9 Bft, das heißt B zwischen 8,5 und 9,4, entspricht also einer Windgeschwindigkeit zwischen 20,8 und 24,4 m/s, 10 Bft entsprechend 24,5 bis 28,4 m/s usw.

Dieses Potenzgesetz gilt jedoch nur für die Stärken 0 bis 12 (in der erweiterten Skala auch bis 16), da die Skala offiziell hier endet. In extremen Fällen oder für Stürme auf anderen Planeten, etwa dem Mars, wird die Windgeschwindigkeit direkt angegeben.

Der Winddruck steigt mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit und damit mit dem Kubus der Beaufort-Zahl. Da die Beaufort-Zahl jedoch nur die Geschwindigkeit und nicht die von der Höhe und der Temperatur abhängige Luftdichte berücksichtigt, ist die Zuordnung von Beaufort-Windstärke und Winddruck nicht eindeutig. Ein Sturm der Beaufort-Zahl 11 auf einem 6000 Meter hohen Berg entwickelt nur etwa den halben Winddruck wie ein Sturm der gleichen Beaufort-Stärke in Meereshöhe.

Die in Wetterkarten und Wetterberichten angegebenen Beaufort-Werte beziehen sich nicht auf die Spitzenböen (die leicht doppelt so stark sein können), sondern auf einen 10-minütigen Mittelwert.

Auf der Suche, was neben dem Quadrat für den Staudruck die dritte Potenz in der Formel für eine praktische Bedeutung haben könnte, stößt man auf das Widerstandsmoment im Querschnitt biegebelasteter Stäbe. Es ändert sich mit der dritten Potenz des Durchmessers bei runden bzw. des Trägheitsradius bei beliebigen Querschnitten. Das führt im Sinne von Beaufort zu der praktisch-anschaulichen und auch auf Landobjekte übertragbaren, freilich um weitere Bedingungen verkürzten, Aussage: Bei gleicher Besegelung bricht doppelte Windstärke doppelte Mastdurchmesser.

Geschichte

Der Ingenieur John Smeaton entwickelte erstmals ein Messverfahren.

Die Beaufortskala stammt nicht von Francis Beaufort (1774-1857). Bereits Tycho Brahe hatte versucht, die Windstärken zu kategorisieren. Der Ingenieur John Smeaton charakterisierte sie erstmals durch ihren Effekt auf Windmühlenflügel. Seine 1759 veröffentlichte Tabelle enthielt elf Windstärken (Windstille nicht mitgezählt), jede Windstärke beschrieb er durch ihre Wirkung auf die Umgebung, etwa dass ein Orkan Bäume ausreiße und Gebäude zerstöre. Dazu gab er jeweils die Windgeschwindigkeit und den Winddruck an. In einem Manuskript von 1790 wird Smeatons Skala zu neun Windstärken zusammengefasst, die durch ihre Wirkung auf eine Windmühle charakterisiert wurden. So war eine „Brise“ etwa dadurch definiert, dass sie die Äste eines Baumes bewegen konnte und ein Mühlenflügel pro Minute sechs bis neun Umdrehungen zurücklegte.

Von großen Handelsunternehmen wie der East India Company sowie der Kriegsmarine wurden zu Beauforts Zeit die Logbücher der zurückkehrenden Kapitäne systematisch ausgewertet, unter anderem um Hinweise auf günstige Windverhältnisse zu erhalten. Die damals üblichen Bemerkungen wie „mäßiger Wind“ waren jedoch nicht standardisiert und deswegen nicht vergleichbar. Das Problem bestand darin, dass Wind auf See – an Bord eines Segelschiffs, das sich mit dem Wind fortbewegte – nicht direkt gemessen werden konnte und an sich unsichtbar war. Verschiedene Forscher versuchten deshalb, den Wind durch seine Auswirkungen zu charakterisieren.

Der damalige Hydrograf der „East India Company“ und ab 1795 Erste Hydrograf der Admiralität, Alexander Dalrymple, machte Smeatons Skala in der Seefahrt bekannt. Dalrymples Version enthielt zwölf Windstärken (wieder ohne Windstille), die von 1 „schwacher Luftzug“ bis 12 „Sturm“ reichten. Dalrymple publizierte seine eigene Skala, die ausdrücklich für die Verwendung in Logbüchern vorgesehen war, 1779 in einer Broschüre und 1790 in dem Buch Practical Navigation.

Steven Pearce: Sir Francis Beaufort

Beaufort lernte Dalrymples Skala vermutlich bereits durch dessen Broschüre von 1779 kennen. Zeit seines Lebens führte er ein umfangreiches Tagebuch, in dem er unter anderem das Wetter festhielt. Am 12. oder 13. Januar 1806 trug er hier die Worte ein: „Fortan werde ich die Stärke des Windes gemäß folgender Skala schätzen, denn nichts vermittelt eine unklarere Vorstellung von Wind und Wetter als die alten Ausdrücke mäßig und bewölkt, etc. etc.“ Es folgt eine Skala von 1 bis 13, die von „Windstille“ bis „Sturm“ reicht. Am 14. September 1807 legte er ein neues Tagebuch an, in dem er – wie üblich – auf dem Vorsatzblatt die Windskala notierte, die er zu verwenden gedachte. Kurz darauf verbesserte er die Skala, indem er hinzufügte, wie sich die Windstärke an den Segeln einer vollgetakelten Fregatte erkennen ließ. So herrscht etwa Windstärke 5, wenn Marssegel, Bramsegel, Royal, Flieger und Stagsegel gehisst bleiben können, bei Windstärke 7 müssen die drei obersten Segel gerefft werden.

Nachdem Beaufort 1829 Hydrograf der Admiralität geworden war, gab er seine verbesserte Skala an alle weiter, die sich dafür interessierten. Sie wurde 1832 im Nautical Magazine der Admiralität veröffentlicht. 1837 wurde die Skala bereits im gesamten Vermessungsdienst eingesetzt, und Ende 1838 gab die Admiralität eine Anweisung heraus, mit der sie verbindlich eingeführt wurde. Diese Skala trug jedoch keinen Namen und wurde lediglich als das „beigefügte Schema“ bezeichnet. Auch in den ausführlichen Nachrufen aus Anlass von Beauforts Tod wird an keiner Stelle eine Windskala erwähnt.

Erst 1906 schuf der britische Wetterdienst die Version der Skala, die als Beaufortskala bekannt geworden ist (in der folgenden Tabelle die Skala mitsamt der Spalte „Wirkung an Land“). Hier wird etwa Windstärke 0, also Windstille, dadurch charakterisiert, dass Rauch vertikal aufsteigt. Bei Windstärke 2, einer „leichten Brise“, wird der Wind auf dem Gesicht spürbar und Blätter rascheln. Dazu wird die jeweilige Windgeschwindigkeit angegeben. In dieser Version ist die Beaufort-Skala in zahlreiche Wörterbücher und Enzyklopädien aufgenommen worden. 1927 formulierte der deutsche Kapitän Peter Petersen die ursprüngliche Skala von Beaufort für Zwecke der Seefahrt um, weil Segel in der Schifffahrt keine große Rolle mehr spielten. In der Petersen-Seegang-Skala wird die Wirkung des Windes auf die See beschrieben (in der Tabelle die Skala mitsamt der Spalte „Wirkung auf dem Meer“, siehe auch die folgenden Bilder). So bilden sich bei Windstärke 6, „starker Wind“, große Wellen von 2,5 bis 4 Meter Höhe, überall sind ausgedehnte, weiße Schaumkämme zu sehen; es gibt etwas Gischt.

1935 wurde die Beaufortskala auf der Ersten Internationalen Meteorologischen Konferenz in Brüssel als allgemein gültig angenommen. 1949 wurde die Skala auf Beschluss der Internationalen Meteorologischen Organisation auf 17 Stufen erweitert, im Jahre 1970 führte die Nachfolgeorganisation WMO wieder die alte 12-teilige Skala ein. Von der Beaufortskala – das heißt, mitsamt der Beschreibung nach phänomenologischen Kriterien – gibt es jedoch keine verbindliche Version, sodass sie in vielen verschiedenen Varianten verwendet wird. Professionelle Meteorologen messen die Windgeschwindigkeit direkt mit einem Anemometer und greifen nur im Notfall auf die Beaufortskala zurück.

1971 veröffentlichte Theodore Fujita von der Universität Chicago für Windgeschwindigkeiten, die über die Beaufort-Skala hinausgehen, die Fujita-Tornado-Skala von F0 bis F5. Bei dieser Windstärke können sogar asphaltierte Straßen vom Boden „gesaugt“ werden. Außerdem ist noch die Saffir-Simpson-Hurrikan-Skala im Gebrauch, die Hurrikane in fünf Kategorien einteilt. Die Japan Meteorological Agency und die beiden Regional Specialized Meteorological Centres im nördlichen und südwestlichen Indik wenden davon abweichende Wirbelsturmskalen an. Für den südlichen Pazifik und die australische Region nutzen die dortigen Tropical Cyclone Warning Centers die Skala des australischen Bureau of Meteorology an; diese basiert auf einer Erweiterung der Beaufortskala.

Beaufort-Skala nach phänomenologischen Kriterien

Windstärke
in Bft
Bezeichnung der Windstärke Bezeichnung des Seeganges (Windsee) Beschreibung
Wirkung an Land Wirkung auf dem Meer
0 Windstille völlig ruhige, glatte See keine Luftbewegung, Rauch steigt senkrecht empor spiegelglatte See
1 leiser Zug ruhige, gekräuselte See kaum merklich, Rauch treibt leicht ab, Windflügel und Windfahnen unbewegt leichte Kräuselwellen
2 leichte Brise schwach bewegte See Blätter rascheln, Wind im Gesicht spürbar kleine, kurze Wellen, Oberfläche glasig
3 schwache Brise Blätter und dünne Zweige bewegen sich, Wimpel werden gestreckt Anfänge der Schaumbildung
4 mäßige Brise leicht bewegte See Zweige bewegen sich, loses Papier wird vom Boden gehoben kleine, länger werdende Wellen, überall Schaumköpfe
5 frische Brise mäßig bewegte See größere Zweige und Bäume bewegen sich, Wind deutlich hörbar mäßige Wellen von großer Länge, überall Schaumköpfe
6 starker Wind grobe See dicke Äste bewegen sich, hörbares Pfeifen an Drahtseilen, an Telefonleitungen größere Wellen mit brechenden Köpfen, überall weiße Schaumflecken
7 steifer Wind sehr grobe See Bäume schwanken, Widerstand beim Gehen gegen den Wind weißer Schaum von den brechenden Wellenköpfen legt sich in Schaumstreifen in die Windrichtung
8 stürmischer Wind mäßig hohe See große Bäume werden bewegt, Fensterläden werden geöffnet, Zweige brechen von Bäumen, beim Gehen erhebliche Behinderung ziemlich hohe Wellenberge, deren Köpfe verweht werden, überall Schaumstreifen
9 Sturm hohe See Äste brechen, kleinere Schäden an Häusern, Ziegel und Rauchhauben werden von Dächern gehoben, Gartenmöbel werden umgeworfen und verweht, beim Gehen erhebliche Behinderung hohe Wellen mit verwehter Gischt, Brecher beginnen sich zu bilden
10 schwerer Sturm sehr hohe See Bäume werden entwurzelt, Baumstämme brechen, Gartenmöbel werden weggeweht, größere Schäden an Häusern; selten im Landesinneren sehr hohe Wellen, weiße Flecken auf dem Wasser, lange, überbrechende Kämme, schwere Brecher
11 orkanartiger Sturm schwere See heftige Böen, schwere Sturmschäden, schwere Schäden an Wäldern (Windbruch), Dächer werden abgedeckt, Autos werden aus der Spur geworfen, dicke Mauern werden beschädigt, Gehen ist unmöglich; sehr selten im Landesinneren brüllende See, Wasser wird waagerecht weggeweht, starke Sichtverminderung
12 Orkan außergewöhnlich schwere See schwerste Sturmschäden und Verwüstungen; sehr selten im Landesinneren See vollkommen weiß, Luft mit Schaum und Gischt gefüllt, keine Sicht mehr

Bilder

Beaufort-Skala nach Windgeschwindigkeiten und Wellenhöhen

Windstärke
in Bft
Windgeschwindigkeit Wellenhöhe (m)
kn m/s km/h mph Tiefsee (Atlantik) Flachsee (Nord- und Ostsee)
0 0 - <1 0,0 - <0,3 0 - 2 0 - <1,2 ≈0 ≈0
1 1 - <4 0,3 - <1,6 2 - 5 1,2 - <4,6 0,1 - 0,2 0,05
2 4 - <7 1,6 - <3,4 6 - 11 4,6 - <8,1 0,3 - 0,45 0,4
3 7 - <11 3,4 - <5,5 12 - 19 8,1 - <12,7 0,5 - 0,75 0,7
4 11 - <16 5,5 - <8,0 20 - 28 12,7 - <18,4 0,8 - 1,2 1,0
5 16 - <22 8,0 - <10,8 29 - 38 18,4 - <25,3 1,2 - 2,0 1,5
6 22 - <28 10,8 - <13,9 39 - 49 25,3 - <32,2 2,0 - 3,5 2,3
7 28 - <34 13,9 - <17,2 50 - 61 32,2 - <39,1 3,5 - 6,0 3,0
8 34 - <41 17,2 - <20,8 62 - 74 39,1 - <47,2 6 - 10 4,0
9 41 - <48 20,8 - <24,5 75 - 88 47,2 - <55,2 ca. 10 - 15 5
10 48 - <56 24,5 - <28,5 89 - 102 55,2 - <64,4 ca. 15 - 20,0 5,5
11 56 - <64 28,5 - <32,7 103 - 117 64,4 - <73,6 >20
12 ≥ 64 ≥ 32,7 ≥ 117 ≥ 73,6 ≫ 20

Diagramm

Beaufort to Knots.gif

Einzelnachweise

  1. http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/contents.html

Literatur

  • Alfred Friendly: Beaufort of the Admiralty. The Life of Sir Francis Beaufort 1774–1857. Random House, New York NY 1977, ISBN 0-394-41760-7.
  • Nicholas Courtney: Gale Force Ten. The Life and Legacy of Admiral Beaufort, 1774–1857. Review, London 2002, ISBN 0-7472-7210-7.
  • Scott Huler: Die Sprache des Windes. Wie ein Admiral aus dem 19. Jahrhundert Wissenschaft in Poesie verwandelte. mareverlag, Hamburg 2009, ISBN 978-3-86648-114-5.

Weblinks

 Commons: Beaufortskala – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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