Nur die Schweine sehen den Wind, sagt man gerne in England. Doch natürlich hat das Borstenvieh keinen besonderen Windsensor. Die hellsichtigen Schweine sind nur eine Erfindung des Dichters und Satirikers Samuel Butler aus dem 17. Jahrhundert. Tatsächlich zeichnet sich der Wind, anders als alle anderen Elemente, bis heute durch seine Unsichtbarkeit aus. Was wir sehen und hören, ist stets nur seine Wirkung: wehende Gräser, davonfliegende Hüte, flatternde Fahnen oder umgestürzte Bäume – so wie in der vergangenen Woche, als das Sturmtief Xavier halb Norddeutschland lahmlegte.

Mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 120 Stundenkilometern zog der orkanartige Sturm übers Land, riss Ziegel von den Dächern und ließ Bäume auf Autos stürzen. Am Ende waren sieben Tote zu beklagen und mehrere Verletzte; Tausende von Reisenden strandeten in Bahnhöfen, weil der Zugverkehr teils tagelang unterbrochen war. Allein in Kassel stellte die Bahn Hotelzüge für rund tausend Passagiere bereit, die über Nacht nicht weiterkamen. Erstaunt konnte man konstatieren, wie anfällig selbst eine hochtechnisierte Gesellschaft für die Launen der Elemente ist .

Sicher, verglichen mit Hurrikan Harvey, der im Sommer Houston verheerte, nahm sich Xavier zahm aus. Dennoch rief er uns mit einem Schlag die enorme Energie ins Bewusstsein, die im Wind steckt. Von sanft und schmeichelnd bis zu böse und brutal kann er alle Register ziehen, er gilt, einerseits, als abzuwehrende Gefahr und, andererseits, als hoffnungsvolle Kraft der Energiewende, die wir in riesigen Windkraftanlagen mit über 80 Meter langen Flügeln einzufangen versuchen.

Erstaunlicherweise entzieht sich der Wind trotz seiner Allgegenwart aber noch immer einem vollständigen wissenschaftlichen Verständnis. Zwar lässt sich ein, zwei Tage im Voraus die Zugbahn eines Sturmtiefs einigermaßen gut vorhersagen (wie im Falle von Xavier), drei bis vier Tage vorher sehen Meteorologen, wenn sich etwas Orkanartiges aus den Druck- und Temperaturunterschieden zwischen Kalt- und Warmluft zusammenbraut. Aber wie sich ein Sturm im Einzelnen entwickelt, welche Bahn er genau nimmt und was für Auswirkungen er hat, bleibt im Detail unvorhersehbar.

"Der Wind weht, wo er will, und du hörst sein Sausen, aber du weißt nicht, woher er kommt und wohin er geht", heißt es im Evangelium des Johannes (Joh. 3, 8). So würde das Joachim Peinke natürlich nie ausdrücken. Doch auch der Physiker vom Oldenburger Zentrum für Windenergieforschung (ForWind) schlägt sich mit der Frage herum, woher der Wind weht und wie man ihn exakt berechnet. "Gerade lokale Ereignisse sind extrem schwer zu prognostizieren", sagt Peinke und stöhnt über das "Jahrtausendproblem", das sich im Phänomen der Turbulenz verbirgt.

Der Umgang mit den Kapriolen des Windes ist etwa eine der größten Herausforderungen beim Betrieb von Windkraftanlagen. "Wenn zum Beispiel der Wind plötzlich umspringt, während das System gerade etwas anderes erwartet, kann die Hölle los sein, gerade bei großen Windstärken", beschreibt Peinke den Worst Case. Am meisten zu schaffen machen ihm dabei gar nicht die großen Sturmtiefs wie Xavier, die mit Macht übers Land ziehen. "Deren Bahn lässt sich grob sehr gut vorhersagen", erklärt Peinke, darauf können sich Betreiber von Windkraftanlagen einstellen und die Rotoren im Zweifelsfall vorsorglich aus demWind drehen. Nein, was ihm Kopfzerbrechen bereitet, sind eher die kleinen, sehr starken lokalen Windböen, die auch bei verhältnismäßig ruhigen Wetterlagen auftreten können und die am Boden zu unvorhersehbaren Turbulenzen neigen. "Wenn Turbulenzen sich entsprechend der Wahrscheinlichkeit entwickeln würden, das wäre toll!", sagt Peinke. Es sind die "vielen kleinen Tornados" in den Turbulenzen, die er nicht im Griff hat.

Es kann zum Beispiel passieren, dass mehrere Wochen hintereinander schlagartig Böen auftreten, mit denen Statistiker nur alle 100.000 Jahre rechnen. Und jedes Mal rumst es im Rotor, dessen volle Fläche dem plötzlichen Windstoß ausgesetzt ist. Gerade große Windräder dreht man nicht so schnell aus dem Wind, wenn eine unerwartete Sturmböe kommt. Manchmal ist es klüger, auf kurzzeitige Starkwinde gar nicht zu reagieren. Das Chaos im Stromnetz ist erheblich, wenn viele Megawatt plötzlich abgeschaltet werden. Man kann nicht bei jedem heranziehenden Stürmchen prophylaktisch die Anlage stilllegen. Leicht passiert es, dass der Wind es sich kurzfristig anders überlegt und in einigem Abstand vorbeizieht.

Manchmal hilft nur noch hoffen und beten – wie an Pfingsten 2014 in Düsseldorf

Doch wie ist es möglich, dass sich der Wind unserem Zugriff entzieht? Dass er uns immer wieder entgleitet, sich nicht um Statistiken und Gaußsche Normalverteilung schert, sondern uns urplötzlich mit seiner Macht überrascht, um sich dann ebenso plötzlich wieder in die sanfte Windstille zu verabschieden? Gar nicht zu reden von jenen rätselhaften Phänomenen wie den Downbursts – plötzlich auftretenden schweren Fallböen aus kalter Luft, die man sich in der Regel nur nachträglich erklären kann. Da hilft dann nur noch hoffen und beten, wie an Pfingsten 2014 in Düsseldorf, als der Gewittersturm Ela jeden vierten Baum der Landeshauptstadt umwarf und sie für Stunden unerreichbar machte.

Kein Wunder, dass die Frage nach Gestalt und Wesen des Windes die Menschen von jeher beschäftigte. Etwas, das sich den Blicken entzieht, aber zugleich große Macht hat – natürlich wurde der Wind im überwiegenden Teil der Menschheitsgeschichte für eine Gottheit gehalten.

Das "himmlische Kind"

Vom "himmlischen Kind" berichtet schon ein prähellenischer Schöpfungsmythos. Die Tochter des mächtigsten Titanen Okeanos, die fischschwänzige Eurynome, entstieg vor aller Zeit nackt der Ursuppe. Ihre erste Handlung war ein Tanz, furios genug, dass sich die Luft hinter ihr in Bewegung setzte. So entstand der Wind. Diesen packte sie und formte ihn zur Schlange Ophion, die wiederum Eurynome begattete, welche, in Gestalt einer Taube, das Urei legte. Aus dem schlüpften Planeten, Sterne, die Erde und alles Leben. Ein Gott, ein Titan gar – der Wind! Dieses Erbe scheint heute noch in der Namensgebung von Orkanen auf, die so klangvolle Bezeichnungen tragen wie Quimburga, Kyrill oder Xynthia.

Und natürlich hat die Menschheit schon immer versucht, der besonderen Launenhaftigkeit der Windgötter zu begegnen. Die antiken Seefahrer beispielsweise versuchten den Wind durch Opfer zu gewinnen. Homers Schriften erzählen von geopferten Jungfrauen. Noch Ende des 16. Jahrhunderts konnten Seeleute bei weisen Frauen Wind kaufen, genauer: einen Windzauber. Die letzte "Windverkäuferin" soll eine Schottin namens Bessie Miller gewesen sein, die im 19. Jahrhundert auf einer der Orkney-Inseln lebte. Einmal Wind kostete einen Sixpence, das entspricht heute etwa zwei Pfund. Und noch immer gehört zur guten Seemannschaft das Gesetz, dass dem Windgott bei Fahrtbeginn ein Schnaps zu opfern ist.

Wissenschaft und Technik hingegen nahmen den Wind erst vergleichsweise spät in den Blick. Ein wichtiger Katalysator der Windforschung waren die in den USA entstehenden ersten modernen Hochhäuser. Diese erforderten zwingend eine detaillierte Betrachtung der Windeinwirkungen. Aufgrund ihrer enormen Fassadenflächen stellten sich die neuen Türme wie riesige Segel in den Wind. Darum musste schon bei der Planung die maximal erwartbare Windlast festgelegt werden. Statiker und Architekten erhielten Unterstützung von Meteorologen und Physikern.

Mit den Jahren ging es neben Extremwinden und Notsituationen zunehmend auch um die Situation zwischen Gebäuden. Die Stadtplanung erkannte die Bedeutung des "Windkomforts". Wo zieht es zwischen Häusern? Warum kann man an gewissen Plätzen kein Straßencafé einrichten? Und wo müssen Frauen den "Monroe-Effekt" fürchten, das Hochfliegen ihrer Röcke?

Wind-Engineering heißt die Disziplin, die sich heute mit solchen Fragen beschäftigt. Im Karlsruher Institut für Technologie kann man Bodo Ruck, dem Leiter des Instituts für Hydromechanik, stundenlang zuhören, wenn er erzählt, was passiert, wenn die Welt nicht auf die Windingenieure hört. Dann schwanken Hochhäuser so sehr, dass die Bewohner der oberen Etagen sich übergeben müssen. In Innenstädten atmet man verpestete Luft. Es entstehen Cafés im Freien, die niemand besuchen will. Oder es saust der Wind dermaßen penetrant zwischen Hochhäusern hindurch, dass Angestellte nicht mehr zu Fuß zur Arbeit kommen. Wer mit Ruck redet, merkt: Wind beeinflusst uns viel stärker, als wir ahnen.

Das meiste vom Wind erfährt man nicht am Rechner, sondern im Windkanal

Als Paradebeispiel für windblindes Bauen zitieren Windingenieure gerne das Chicago der sechziger Jahre: Nach 500 Kilometern offener Strecke auf dem Michigansee prallten damals starke Winde auf hohe Häuser. Von den Wolkenkratzern umgelenkt in die Vertikale, wurde der Wind zur fiesen Fallböe: Fußgänger wurden umgerissen, andere bekamen Drehtüren nicht mehr auf. Erst die Bebauung mit kleineren Häusern im Vorfeld der Hochhäuser bremste den Seewind auf ein erträgliches Maß. Eine andere beliebte Geschichte handelt vom City Group Center in New York, dessen Stahlskelett 1978 eilig (und heimlich) verstärkt werden musste. Die Windlasten waren falsch berechnet worden; ein Orkan aus einer bestimmten Richtung hätte das Haus in der Mitte durchreißen können.

Doch mit der Berechnung des Windes ist es ohnehin so eine Sache. Das meiste, was Bodo Ruck vom Wind weiß, erfährt er nicht am Rechner, sondern im Windkanal. Ob es um eine innerstädtische Situation geht oder um das neue Stadion für den Fußballverein Panathinaikos Athen – alles wird in kleinem Maßstab nachgebaut und in einem Windkanal angeblasen. Wird zum Beispiel das Modell mit Sand bedeckt, kann man schauen, wo der Sand abgetragen ist. "An diesen Stellen tut sich was", sagt Ruck. Will man etwas über den Windkomfort für die Anwohner wissen, misst man die Windverhältnisse in "Kopfhöhe". Und man kann feststellen: An manchen Stellen verstärkt sich der Wind; ein "rauer", also zum Beispiel mit winzigen Bäumchen vollgestellter Grund bremst den Wind; und nicht selten kehrt sich die Windrichtung um. Anhand eines Modells vom Campus in Wien konnte Ruck etwa stille und zugige Ecken identifizieren und so untersuchen, was Hecken, Pflanzkübel oder Kunst am Bau beeinflussen können.

Noch verblüffender sind die baulichen Effekte im Großmaßstab. Da wäre zum Beispiel das Phänomen des "Flurwinds" in großen Städten im Sommer: Weil abends die Umgebung schneller abkühlt und die Hitze der Stadt aufsteigt, saugt die City kühle Luft ringsum an. Die Druckunterschiede setzen die Luft in Bewegung, und siehe da: Ein kühlender Wind weht. Davon profitieren insbesondere die Bewohner von Städten in Kessellagen wie Stuttgart oder Aachen.

Bebaut man jedoch die Einflugschneisen des Abendwindes, wie es in beiden Städten geschah, wird der Einstrom der Kaltluft gestört. Dabei verändert man die "Oberflächenrauigkeit" im "Flussbett" des kühlen Abendwindes: Häuser, Bäume oder Hecken führen zu vielen kleinen Turbulenzen, die die Fließgeschwindigkeit reduzieren – bis schlimmstenfalls in der City nichts Erfrischendes mehr ankommt. Solche Blockaden der Frischluftzufuhr, schimpft Ruck, "sind die größten Bausünden der letzten Jahrzehnte".

Im schwäbischen Esslingen konnte er eine solche Bausünde gerade noch entschärfen. Am Firmensitz des Automatisierungsunternehmens Festo sollte ein Neubau just in einer Kaltluftrinne errichtet werden, über welche die Neckarstadt nachts von Westen her abgekühlt wird. Rucks Institut wurde von vornherein in die Bauplanungen einbezogen und empfahl, die mindestens vierzig Meter breite "Kaltluftleitbahn" zu verlegen. Dem Wind wurde quasi eine Umleitung in den Hang gegraben. Die begehrte Kaltluft fließt nun abends in ihrem neuen Bett talwärts. So geht das, wenn man den Wind versteht.

Manchmal ziemlich ungezogen

Um sich die Wirkungsweise des Windes erklären zu können, muss man ihn allerdings spüren, und sei es im Windkanal. Zwar versuchen viele Experten, den Wind im Computer zu modellieren – doch die Berechnung von Turbulenzen überfordert noch immer jeden Großrechner. "Wir kennen die Gleichungen. Nur lösen können wir sie nicht", klagt Ruck. Sich nur auf rein numerische Modellierungen zu stützen sei fahrlässig. Experten kennen das zugrunde liegende Problem unter dem Namen "Navier-Stokes-Gleichungen". Es geht dabei um ein kompliziertes Gleichungssystem zur Beschreibung des Fließverhaltens von Flüssigkeiten und Gasen. Die Navier-Stokes-Gleichungen gehören zu den sieben Millennium-Problemen, die das amerikanische Clay Mathematics Institute definiert hat. Eine Million Dollar Preisgeld winken für jede Lösung.

Vorerst aber bleibt der Wind unberechenbar. Auch Joachim Peinke vom Oldenburger Zentrum für Windenergieforschung setzt daher auf die Anschauung. Im Januar konnte sein Institut ein neues "WindLab" eröffnen, das über einen besonderen Windkanal verfügt. Er ist 30 Meter lang und produziert in seinem Inneren nicht einen gleichmäßigen, "laminaren" Luftstrom – wie bei konventionellen Windkanälen üblich. Stattdessen erzeugt er turbulente Winde, wie sie auch im Freien auf die Rotorblätter von Windrädern treffen.

Zudem arbeitet Peinke daran, den Wind sichtbar zu machen. "Unsere Hoffnung beruht auf der Lidar-Technik", erklärt der Physiker. Dabei werden Laserstrahlen ausgeschickt, die von Partikeln in der Luft, den Aerosolen, reflektiert werden. Auf diese Weise kann man Abstand und Geschwindigkeit messen. Die Polizei ertappt heute mit den formschönen Lidar-Säulen Verkehrssünder, Handwerker vermessen mithilfe der Technik Wohnungen. Und mit mehreren Projektpartnern sind die Oldenburger Forscher an der Entwicklung eines robusten Lidar-Windmessgerätes beteiligt. Es soll ein ganzes "Windfeld" vor Windkraftanlagen messen und ein dreidimensionales Livebild der Luftströmungen liefern. Damit könnte man schon 30 bis 60 Sekunden vorher eine nahende Böe erkennen, sodass Windkraftanlagen rechtzeitig ihre Rotoren zur Windrichtung ausrichten und den Anstellwinkel der Rotorblätter korrigieren können; sie würden weniger belastet und lebten länger. Auf der Nordsee-Forschungsplattform Fino3 und im Windpark Alpha Ventus nordnordwestlich von Borkum testet man bereits Prototypen.

Geht damit der alte Menschheitstraum in Erfüllung, dem Wind endlich ins Gesicht blicken zu können? Ein dänischer Hersteller wirbt für seine "Windscanner" bereits mit dem Slogan "making wind visible". Doch natürlich ist das übertrieben. Die Lidar-Technik nimmt ja bloß die Aerosole in den Blick, die vom Wind bewegt werden – aber nicht den Wind selbst.

Der weht weiterhin, wie er will. Gelegentlich lässt er sich herab, uns zu dienen. Doch ansonsten schert er sich wenig um unsere Berechnungen. Er bleibt, was er immer war: ein himmlisches Kind. Und das kann, wie alle Kinder, manchmal ziemlich ungezogen sein.

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