Uni-Bayreuth

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Diplomarbeit

Determination of the atmospheric boundary layer height in complex terrain during SALSA 2005

Katharina Köck (Staudt) (03/2006-10/2006)

Betreuer: Thomas Foken

Die vorliegende Arbeit untersucht die Höhe der atmosphärischen Grenzschicht über komplexem Gelände des Bayerischen Alpenvorlands. Messungen wurden während des Feldexperiments SALSA 2005 am Hohenpeißenberg im August und September 2005 durchgeführt. Dabei kamen ein Sodar/RASS System, ein Fesselballon System und ein Turbulenzmesskomplex am Fuß des Berges, der das umliegende Gelände um 300 m überragt, zum Einsatz. Als erstes wurden thermisch induzierte Windsysteme identifiziert. Die mesoskalige Zirkulation zwischen dem Gebirge und dem Vorland, auch als Alpines Pumpen bezeichnet, wurde an vier aufeinanderfolgenden Tagen beobachtet. Auf der kleinsten Skala thermisch induzierter Windsysteme traten Hangwinde auf. Die Höhe der atmosphärischen Grenzschicht wurde für drei ausgewählte Tage bestimmt. Es wurde angenommen, dass diese Tage unterschiedliche Wetterbedingungen repräsentieren (Ostwind, Westwind, Alpines Pumpen). Besondere Bedeutung kamen den Sodar/RASS Messungen zu. Reflektivitätsprofile wurden sowohl visuell als auch automatisiert in Kombination mit Profilen der Standardabweichung des Vertikalwindes zur Bestimmung der Grenzschichthöhe herangezogen. Ergebnisse aus der automatisierten Routine waren zwar zufriedenstellend, können jedoch nicht die visuelle Methode ersetzen, die sich als zuverlässigste Methode herausstellte. Eine komplexe Struktur der atmosphärischen Grenzschicht ist oft an den Reflektivitätsprofilen erkennbar. Ein Vergleich von Fesselballonmessungen mit Sodarmessungen für einen der drei Tage bestätigt die komplexe Struktur der Grenzschicht. Die Höhe der atmosphärischen Grenzschicht wurde mit verschiedenen Methoden aus Profilen meteorologischer Parameter bestimmt, die von routinemäßig durchgeführten Radiosondenaufstiegen an drei Stationen in der Umgebung gemessen wurden. Der Nutzen der Grenzschichthöhen aus Radiosondenprofilen ist beschränkt durch die geringe zeitliche und vertikale Auflösung der Daten. Die Anwendbarkeit von Parametrisierungen für die stabile Grenzschicht sowie von sogenannten slab models für die konvektive Grenzschicht, in die bodennahe Messungen eingehen, wurde in komplexem Gelände untersucht. Wird die Obergrenze der stabilen Grenzschicht als horizontal angenommen und die Höhendifferenz zwischen den Messstationen eingerechnet, erzielten einfache Parametrisierungen annehmbare Ergebnisse für die Grenzschichthöhe verglichen mit Ergebnissen aus Sodarmessungen, wohingegen kompliziertere Parametrisierungen die Grenzschichthöhe unterschätzten. Ergebnisse aus slab models stimmten an zwei der drei Tagen gut mit gemessenen Grenzschichthöhen überein. Die Höhe der konvektiven Grenzschicht wurde jedoch für den Tag, an dem Alpines Pumpen ausgeprägt war, stark überschätzt, was dem Einfluss von Faktoren wie Advektion und Absinken von Luftmassen zugeschrieben wurde. Die Modelle vernachlässigten diese Faktoren, was unter den gegebenen Bedingungen nicht zulässig war. Ergebnisse aus dem Lokal-Modell verhielten sich ähnlich. Die Struktur der Grenzschicht wurde stark vom Alpinem Pumpen beeinflusst, was sich in einer deutlichen Schichtung und in unterdrücktem Anwachsen der Grenzschicht auswirkte. Prozesse die durch Alpines Pumpen ausgelöst werden, wie Advektion von kalter Luft aus den tiefergelegenen Bereichen des Alpenvorlands, als auch Absinken von Luftmassen, die Grenzschichtluft die in die Alpen gepumpt wurde ersetzen, beeinflussten die Struktur der Grenzschicht.

Letzte Änderung 05.12.2006