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Forschungsarbeit

Wie der Klimawandel Pisten verkürzt

Steigen die Temperaturen, brauchen Flugzeuge eine längere Startstrecke. Der Klimawandel könnte deshalb für viele Airports zum Problem werden, so eine neue Forschungsarbeit.

aeroTELEGRAPH

Flieger kurz nachdem Start: Die Luft wird buchstäblich dünner.

Noch letztes Jahr bemängelte Eurocontrol, dass viele Fluggesellschaften zu passiv sind. «In den vergangenen fünf Jahren hat sich der Anteil der Organisationen, die eine Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandels planen, kaum verändert», stellte die europäische Flugsicherung fest. Als Grund gaben die befragten Airlines unter anderem an, dass Informationen zu den Folgen des Klimawandels ungenügend sind.

Für mehr Aufklärung sorgen nun Sophie Jochems und Manuel Nauer. In ihrer Abschlussarbeit untersuchten die beiden Aviatik-Studenten der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW bislang wenig beachtete Folgen des Klimawandels, die für Fluggesellschaften aber teuer werden könnten. Mit zunehmenden Temperaturen brauchen Flugzeuge nämlich eine längere Strecke zum Starten.

Künstliche Intelligenz macht Vorhersagen präziser

Das liegt daran, dass bei wärmerer Luft die Luftdichte absinkt. Flügel erzeugen dadurch weniger Auftrieb. Als einziger Ausweg bleibt oftmals nur eine längere Anlaufstrecke zum Abheben – und genau dieses Problem könnten nicht alle Flughäfen gut lösen, fanden Jochems und Nauer heraus.

Um den Einfluss des Effektes abschätzen zu können, entwickelten die zwei Studenten ein spezielles Programm mit künstlicher Intelligenz. Im Gegensatz zu bisherigen Klimamodellen mit großflächigen Temperaturvorhersagen, erlaubt ein sogenanntes neuronales Netzwerk ortsgenauere Prognosen. Zudem kann es selber lernen, was die Ergebnisse nochmals verbessert.

Nizza könnte Probleme bekommen

Mit dem Programm rechneten die Studenten aus, wie verschiedene Flugzeugtypen auf den drei Beispielflughäfen Nizza, Dallas und Delhi mit den vorhergesagten Höchsttemperaturen zurechtkommen werden. Dabei kam heraus, dass insbesondere der Flughafen an der französischen Riviera Schwierigkeiten bekommen könnte. «Nizza hat das Problem, dass die Pisten relativ kurz sind», erklärt Nauer.

Eine Verlängerung der Startbahn ist in Nizza aufgrund der Lage des Flughafens kaum möglich. Schon heute kommt es dort mitunter zu Einschränkungen. Mit der fortlaufenden Erwärumung des Klimas werden die Auswirkungen am Flughafen an der Côte d’Azur deshalb deutlich spürbarer: «Irgendwann kann in Nizza nicht mehr wie bisher gestartet werden», sagt Jochems.

Verschiedene Klimata berücksichtigt

Weil es in Dallas und Delhi deutlich längere Start- und Landebahnen gibt, sind diese Flughäfen laut den Studenten «nicht unmittelbar» von den möglichen Temperatureinschränkungen betroffen. Trotz der besseren Ausgangslage können aber auch auf die beiden größeren Airports künftig Schwierigkeiten zukommen. Die Flughäfen in Nizza, Dallas und Delhi haben Jochems und Nauer ausgewählt, weil an den Airports ganz unterschiedliche Klimabedingungen herrschen.

Am Flughafen in Dallas gibt es über das gesamte Jahr große Temperaturunterschiede. So beeinflussen Kaltlufteinbrüche aus dem Norden das dortige Wetter genauso wie gelegentliche Tornados. Unterschiedliche Einflüsse bestimmen auch in Delhi das Wetter, dort sind es jedoch Monsun, Trockenzeiten mit Hitzewellen sowie Kaltluft aus dem nahe gelegenen Himalaya.

Weniger Passagiere oder Fracht

Um der Luftfahrtindustrie das Problem in konkreten Maßstäben greifbar zu machen, entwickelten die Studenten ein Betriebskosten-Tool. Mithilfe dieses Programms berechneten sie Schätzungen, welche Mehrkosten durch die verringerten Startleistungen von Flugzeugen entstehen können. Wenn Startbahnen zu kurz werden, können Piloten die Startlänge ihrer Flieger zum Teil noch im erlaubten Bereich halten, indem sie die Flieger weniger beladen.

Dabei kann beispielsweise weniger Fracht an Bord genommen werden. Laut Nauer kostet einer Fluglinie dies auf einer Kurzstrecke zwischen 2000 und 13.000 Dollar. Auf Langstreckenflügen fallen laut dem Tool Kosten zwischen 45.000 und 172.000 Dollar an. Reicht das Weglassen von Fracht nicht mehr aus, ist auch die Mitnahme von weniger Treibstoff eine Alternative. Dadurch sinkt aber auch die Reichweite eines Flugzeuges – schlimmstenfalls sind manche Routen dann nicht mehr möglich.

Modell mit Vereinfachungen

Aus diesem Grund haben die Bachelor-Absolventen auch die Kosten von Annullierungen abgeschätzt, die durch zu kurze Startbahnen verursacht werden könnten. Diese können beispielsweise durch Entschädigungszahlungen, Umbuchungen oder durch Übernachtungskosten für gestrandete Passagiere und Besatzungen entstehen. Auch das Ausladen von bereits zugeladenem Gepäck verursacht ungewollte Ausgaben. Die Absage eines kurzen Fluges könnte für eine Fluglinie Mehrkosten von 100.000 Dollar zur Folge haben, auf Langstrecken bis zu 500.000 Dollar. «Das Ausmaß dieser Kosten hat uns ziemlich beeindruckt», sagt Jochems.

Beiden Studenten ist es wichtig zu betonen, dass diese Prognosen und Berechnungen mit Vorsicht zu interpretieren sind. Hauptziel ihrer Arbeit war es, die Eignung eines neuronalen Netzwerkes als genauere Alternative zu bisherigen Temperaturvorhersagen einzuschätzen und den Umgang mit der Problematik zu untersuchen. Weil die Berechnungen der Startbahnlängen, Kosten sowie von Klimamodellen sehr komplex sind, konnten Vereinfachungen nicht vermieden werden.

Ergebnisse trotzdem deutlich

Der Aussagekraft ihrer Ergebnisse soll das aber nicht im Wege stehen: «Für erste grobe Aussagen reicht dies jedoch vollkommen aus», fassen die beiden Studenten zusammen.



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