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Seitentalabflüsse im Inntal während der TEAMx-Vorkampagne

Die Kopplung von zwei KITcube-Doppler-Windlidaren ermöglichte einen neuartigen Blick auf die Abflüsse aus den Seitentälern bei stabilen nächtlichen Bedingungen.

Gebirgsregionen verursachen turbulente Austauschmechanismen, deren Komplexität diejenige über homogener und flacherer Topografie bei weitem übersteigt. Infolgedessen treten anisotrope, multiskalige Strömungsinteraktionen über ein breites Kontinuum von räumlichen und zeitlichen Skalen auf. Von besonderem Interesse sind die nächtlichen, stabilen Bedingungen, bei denen sich diese Strömungsinteraktionen in der Regel auf sehr flache Schichten nahe der Oberfläche beschränken. Selbst die modernsten numerischen Wettervorhersagemodelle mit hoher Auflösung haben immer noch Schwierigkeiten, die Auswirkungen solcher Strömungen und ihrer Wechselwirkungen auf die nächtliche Gebirgsgrenzschicht angemessen zu vertreten. Ein Beispiel für eine bisher wenig untersuchte Strömungsinteraktion findet am Zusammenfluss von Strömungen in einem Haupttal mit seinen Seitentälern während stabiler nächtlicher Bedingungen statt. Insbesondere ist ein geeigneter Rahmen noch unbekannt, der die relevanten thermodynamischen Mechanismen zwischen Tal und Seitental erklärt.

 

Abb. 1: Aufstellungsorte der beiden KITcube Leosphere Windcube WLS200s Doppler-Windlidare am Nordhang des Inntals, mit einer klaren Sichtlinie zum Weertal im Hintergrund. Die linke Seite stellt den Lidar-Standort in der Nähe der Stadt Terfens dar, die rechte Seite den Lidar-Standort in der Nähe der Stadt Fritzens.

TEAMx ("Multi-scale transport and exchange processes in the atmosphere over mountains – Programme and experiment"), das im Sommer 2024 in den Alpen stattfinden soll, bietet eine ideale Gelegenheit, unser Wissen über die Tal-Seitental-Dynamik zu verbessern. Vier Doppler-Lidare und ein Wolkenradar, Komponenten der KITcube-Messeinrichtung, wurden kürzlich zwischen dem 18. Mai und dem 19. September 2022 20 km östlich von Innsbruck, Österreich, aufgebaut. Dieser Einsatz war Teil der TEAMx-Vorkampagne, einer Zusammenarbeit mehrerer europäischer Universitäten, Forschungseinrichtungen und Wetterdienste. Diese besondere Region des Inntals wurde ausgewählt, weil es mehrere Seitentäler gibt, die in das Inntal münden. Zwei der aufgebauten Doppler-Wind-Lidare wurden entlang der nördlichen Inntalhang aufgestellt (Abb. 1), mit dem einzigen Zweck, in einer rein horizontalen Ebene etwa 65 Meter oberhalb vom Inntalboden zu scannen. Dadurch wurde die Bestimmung der zweidimensionalen Windgeschwindigkeit und -richtung ermöglicht. Bislang wurden die Abflüsse der Seitentäler noch nie mit einer derart hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung über so große, zusammenhängende Flächen vermessen.

Abbildung 2 zeigt den direkten Nachweis zahlreicher
Abflüsse in der Nacht des 17. Juli 2022, einem Schönwetter- und Ruhetag, an dem sich die horizontalen Temperatur- und daraus resultierenden Druckgradienten zwischen dem Inntal und seinen Seitentälern frei entwickeln konnten. Ziel war es, die Strömung am Ausgang des Weertals mit koplanar gemessenem Wind, dargestellt in Grüntönen und Windvektoren, ausreichend zu erfassen. In dieser Region stimmt die Ausrichtung der kanalisierten südöstlichen Strömung genau mit der Achse des Weertals überein. Andernorts liefern die von den beiden Lidaren separat erfassten Radialgeschwindigkeitsfelder auch indirekte Hinweise auf Abflüsse aus anderen Seitentälern, insbesondere aus dem Grandltal und dem Wattental. In den nun folgenden Analysen liefert die feine zeitliche Auflösung der Lidar-Scans von 2 Minuten eine große Stichprobe von Abflüssen für z.B. Ensemble-Berechnungen. Dies wiederum ermöglicht die Bestimmung des Einflusses von Oberflächenabkühlung, Stabilität und großräumigem Antrieb auf die Eigenschaften der Strömungsverhältnisse und den daraus resultierenden Beitrag der Massenströme zur nächtlichen Gebirgsgrenzschicht des Inntals.

Abb. 2: Radialgeschwindigkeitsfelder der beiden Doppler-Lidare, wobei die Strömung in Richtung des jeweiligen Lidarstrahls mit negativen Werten und die Strömung vom jeweiligen Lidarstrahl weg mit positiven Werten dargestellt ist. Der Bereich, in dem sich die beiden Lidar-Scanebenen überschneiden, bezeichnet den Bereich, in dem der zweidimensionale Windvektor auf einem kartesischen Gitter (Dual-Doppler Methode) abgeleitet werden kann. Die Auflösung des kartesischen Gitters beträgt 50 m.

Arbeitsgrupe: Grenzschicht und kovektive Systeme