Diplomarbeit
Besonderheiten der vertikalen Windverteilung am Waldstein
Stephanie Dix (Schier) (02/2008-05/2009)
Betreuer: Thomas Foken, Johannes Lüers
Teilbetreuung durch Prof. Meixner (MPI für Chemie, Mainz)
Das Ziel dieser Arbeit ist es Besonderheiten der vertikalen Windverteilung in der Atmosphärischen Grenzschicht (AGS) am Waldstein, wo sich die FLUXNET site DE-Bay befindet, zu untersuchen und zu charakterisieren. Die Daten dazu wurden während zwei Feldmesskampagnen im Rahmen des EGER-Experimentes mit einem 2D Sonic am Hauptturm in 32 m über Grund, einem SODAR-RASS im Pflanzgarten und einem mini- SODAR auf einer weiteren Lichtung gewonnen. Zusätzlich standen die Messungen des durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) betriebenen Windprofilers (WPR) am Oschenberg bei Bayreuth zur Verfügung. Die Vergleiche der Instrumente untereinander zeigen, dass die verschiedenen Geräte gut miteinander übereinstimmen und auch in Zukunft weiterhin gemeinsam eingesetzt werden können. Dies ist besonders für die Kombination von SODAR und miniSODAR von großem Interesse, da letzteres als Ergänzung zum SODAR eine deutlich bessere Auflösung der Messung des 3D-Windvektors in den untersten 200 m der Atmosphäre zur Verfügung stellt. Für die Daten des WPRs bedeutet die trotz der horizontalen Entfernung von 25 km recht gute Korrelation zwischen dem SODAR und dem WPR, dass sie in Zukunft als repräsentativ für die großräumige Anströmung des Fichtelgebirges und der Messfläche angesehen werden können. Damit können sie als Eingangsparameter für diverse Modelle genutzt werden. Auffällige Variabilitäten in der Windrichtung können zu Zeiten des Sonnenauf- und Sonnenuntergangs beobachtet werden, die mit geringer Turbulenz und schwachen Windgeschwindigkeiten einhergehen. Es wird gezeigt, dass die Standardabweichung der Windrichtung bei geringen Windgeschwindigkeiten (< 2 m s-1) deutlich größer ist als bei Geschwindigkeiten größer 2 m s-1. Dieser Zusammenhang ist in einer labilen Atmosphäre stärker ausgeprägt als unter stabilen Bedingungen. Mit dem mini- SODAR registrierte Südwinde zur Mittagszeit nahe über dem Bestand lassen eine sekundäre Zirkulation vermuten, die durch das Erwärmen der großen Freifläche südlich des Messstandortes am Weidenbrunnen verursacht werden könnte. Zu deren Nachweis sind jedoch weitere Untersuchungen und Modellierungen nötig. Des Weiteren kann neben einem sekundären Maximum für den Wind aus südöstlicher Richtung nahe über dem Bestand die überwiegende Anströmung aus westlichen Richtungen über das ganze Höhenprofil bestätigt werden. Nähere Untersuchungen ergeben, dass der Wind über dem Bestand nachts häufig von Südosten kommt, auch wenn in höheren Schichten eine Westströmung herrscht. Als Ursache dieser Richtungsscherung wird die Topographie gesehen, die unter stabilen Bedingungen in den untersten Dekametern der AGS einen verstärkten Einfluss auf das Windfeld ausübt. Ein Zusammenhang mit der aktuell vorherrschenden Großwetterlage (GWL) kann nicht gezeigt werden. Zuletzt werden die während beiden Messkampagnen beobachteten Low-level Jets (LLJ) näher betrachtet. Während IOP1 konnten in acht von 19 Nächten LLJ-Aktivitäten von unterschiedlicher zeitlicher Länge beobachtet werden. Im Rahmen der zweiten Kampagnen traten in elf von 39 Nächten LLJs auf. Die maximale Windgeschwindigkeit lag dabei zwischen 8.2 und 13.0 m s-1. Die Höhe des Maximums variierte zwischen 100 und 400 m über Grund. Bezüglich einfacher Jet-Parameter kann folgender bekannter Zusammenhang bestätigt werden: je höher das Jetmaximum, desto höher die maximale Geschwindigkeit. Das generelle Auftreten der LLJs ist Wetterlagen unabhängig, jedoch lässt sich aus der GWL auf die Richtung eines LLJ schließen. So kamen die Jets während IOP1 meist aus südwestlicher Richtung, während sie in IOP2 meist aus südöstlichen Richtungen kamen. Auch kann gezeigt werden, dass die Scherung in Nächten mit starken LLJ-Aktivitäten deutlich höher ist, als in solchen mit geringen Jet-Aktivitäten. Die Schichtung der Atmosphäre ist dabei meist nur schwach stabil.