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ConWinG: Erforschung kleinräumiger, extremer konvektiver Starkwindereignisse und deren Wechselwirkung mit Bebauungsstrukturen im urbanen Bereich

ConWinG: Erforschung kleinräumiger, extremer konvektiver Starkwindereignisse und deren Wechselwirkung mit Bebauungsstrukturen im urbanen Bereich
Ansprechpartner:

Dr. S. Mohr, Dr. M. Kunz, Prof. Dr. B. Ruck (IfH)

Projektgruppe:

IMK-TRO

Förderung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Partner:

Institut für Hydromechanik (IfH)

Derecho_2013

Einführung

Extreme konvektive Starkwindereignisse sind häufig mit erheblichen Schäden an vulnerablen Strukturen wie Gebäuden, Infrastruktureinrichtungen oder Waldbeständen  erbunden. Diese Starkwindereignisse haben ihre Ursache in dem Kaltluftausfluss lokal-skaliger konvektiver Wettersystemen, die je nach Region insbesondere in den Sommermonaten verhältnismäßig häufig auftreten. Entscheidend für das hohe Schadenpotential durch Starkwinde sind die kurzzeitigen Maxima der Windgeschwindigkeit im Bereich von wenigen Sekunden oder darunter, die als Böen bezeichnet werden. Dabei können bereits über flachem, annähernd homogenem Gelände Geschwindigkeiten von über 50 m s-1 erreicht werden. Zahlreiche Beobachtungen belegen, dass konvektiv bedingte Sturmereignisse höhere Geschwindigkeiten aufweisen als synoptisch-skalige Winterstürme.

Erstellung einer Starkwindklimatologie für Deutschland

Aufgrund der lokal-skaligen Eigenschaften hochreichender Konvektion und der großen Unsicherheit in den Rand- und Anfangsbedingungen sind numerische Wettervorhersagemodelle nicht in der Lage, konvektive Starkwindereignisse hinreichend genau vorherzusagen bzw. zu reproduzieren. Auf der anderen Seite lassen sich deren Charakteristika auch nicht mit der notwendigen räumlichen Repräsentanz direkt aus Messstationen ableiten. Insofern sind sie auch nicht in den meteorologischen Statistiken des Horizontalwinds enthalten.

Mit Hilfe statistischer Analysen verfügbarer Beobachtungen soll das Grundverständnis über den Zusammenhang zwischen konvektiven Starkwindböen, niederschlagsinduzierten Fallböen und horizontalen Windgeschwindigkeiten in der freien Atmosphäre (Jet Maximum) verbessern werden. Ziel ist dabei die systematische Abschätzung der maximalen Geschwindigkeiten der Fallböen und der bodennahen Windfelder in Abhängigkeit von der Niederschlagsintensität, dem Tropfenspektrum, der Art der thermischen Schichtung in unteren Höhen sowie den Vertikalprofilen von Temperatur und Feuchte. Durch Anwendung verschiedener empirischer Verfahren auf Beobachtungsdaten sollen maximale Geschwindigkeiten der Böen für verschiedene vergangene konvektive Systeme bestimmt und so eine Abschätzung der Wahrscheinlichkeit konvektiver Starkwindereignisse mit hoher räumlicher Auflösung für Deutschland erstellt werden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Hydromechanik (IfH) am KIT wird die Verstärkung und Ausbreitung der konvektiven Fallböen an urbanen Strukturen über mehrere Skalen durch Beobachtungen im Windkanal genauer untersucht. Ziel ist es, das noch immer unzureichende Prozessverständnis beim Niedergang der Fallböen und die Wechselwirkung der Böen mit typischen innerstädtischen Bebauungsstrukturen durch zeitlich und räumlich hochauflösende Untersuchungen durch die Koppelung verschiedener Skalen zu verbessern.