HOTSPOT

Horizontale Scherungspro- duktion über komplexem Gelände - Unbemannte Flugmessungen der Turbu- lenz für numerische Modellparametrisierung

01.06.2025 bis 31.05.2028

Der turbulente Austausch spielt eine tragende Rolle für den Transport
von Impuls, Wärme, Feuchtigkeit und anderen atmosphärischen
Komponenten zwischen der Erdoberfläche und Atmosphäre sowie
innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht. In operationellen
numerischen Wettervorhersagemodellen werden die turbulenten
Prozesse jedoch nicht aufgelöst, weil die Gitterabstände zu grob sind.
Der turbulente Transport muss daher parametrisiert werden. Bei
diesen Parametrisierungen der planetarischen Grenzschicht (PBL)
werden in der Regel horizontal homogene Bedingungen
angenommen, wobei der Beitrag der horizontalen Scherung in der
Prognosegleichung für die kinetische turbulente Energie (TKE)
vernachlässigt wird. In komplexem Gelände jedoch treten
gebirgsbedingte Prozesse auf, die diese Annahme außer Kraft
setzen. Die Ziele von HOTSPOT sind die Bestimmung der
horizontalen Windscherung und dessen Turbulenzproduktion in einem
Talquerschnitt bei thermisch angetriebener Strömungsbedingungen
und die Quantifizierung der horizontalen Scherproduktion in PBL-
Parametrisierungen für mesoskalige Simulationen. Die
Forschungsfragen konzentrieren sich auf den Einfluss der Talgröße,
stabile und konvektive Bedingungen auf die horizontale Scherung und
deren Einfluss auf den Austausch von Feuchte und Luftschadstoffen.
Die Messungen werden mit mehreren unbemenschten Flugzeugen(UAS) im Inntal, Österreich, im Rahmen des TEAMx-Programms
durchgeführt. Die UAS-Flüge sollen die horizontale Windscherung im
Talquerschnitt erfassen und ermöglichen die Berechnung turbulenter
Größen wie TKE und turbulenter Flüsse. Die Beobachtungen werden
zur validierung von mesoskaligen und Large-Eddy-WRF-Simulationen
verwendet. Um die Rolle der horizontalen Windscherung in den
Turbulenzparametrisierungen zu bestimmen, wird die TKE-Gleichung
in der PBL-Parametrisierungen um einen horizontalen Scherungsterm
erweitert. Die meisten der vorhandenen Turbulenzdaten in
komplexem Gelände sind auf oberflächennahe Messungen
beschränkt. Die UAS-Flüge bieten daher die einmalige Gelegenheit,
Turbulenzgrößen auch darüber in verschiedenen Höhen und Orten zu
messen, was die Bewertung von PBL-Parametrisierungen innerhalb
der Talatmosphäre ermöglicht. Die Modellevaluierung wird sich auf
mesoskalige Simulationen mit einem horizontalen Gitterabstand in der
Größenordnung von einigen hundert Metern konzentrieren, was der
Auflösung zukünftiger operationeller regionaler Vorhersagemodelle
entspricht. Andreas Platis wird das Projekt an der Universität
Tübingen und Manuela Lehner an der Universität Innsbruck leiten. A.
Platis hat in zahlreichen Feldkampagnen UAS-Messungen
durchgeführt und dabei den turbulenten und nicht-turbulenten
Transport von Impuls, Wärme, Gasen und Partikeln in der
Grenzschicht gemessen. M. Lehner hat an der Modellierung von
Grenzschichtprozesse über komplexem Gelände gearbeitet,
einschließlich thermisch angetriebener Strömungen, turbulentem
Austausch und dynamisch angetriebener Strömungen