Windböen

Windböen sind kurz anhaltende (3 bis 20 Sekunden) verstärkte Winde, die größer als gemittelte Wind (~10 min) sind. Sie können bei einem Frontdurchgang oder bei Gewittern entstehen. Insbesondere kalte Abwinde bei starken Gewittern sind verantwortlich für die größten Windschäden und daher von hohem Interesse bei der Wettervorhersage. Allerdings verhindert es die kleinräumige und kurzlebige Natur von Böen, sie in Wettermodellen explizit aufzulösen. Daher müssen Böen als sub-skaliges Phänomen aus anderen, aufgelösten Modelvariablen abgeleitet werden. Hierfür sind eine exakte Böen-Erfassung sowie eine genaue Beschreibung der Umgebungsbedingungen notwendig. Obwohl Böen auch in größeren Höhen auftreten, beschränken sich bisherige Messungen allerdings typischerweise auf Höhen unterhalb von 10 m, sodass oberhalb von 10 m (z.B. an einigen meteorologische Messmasten) nur wenige Messungen zur Validierung und Verbesserung von Modellen vorliegen.

Wissenschaftliche Ziele

Im Rahmen der FESSTVaL Kampagne sollen Windböen, vor allem in Höhen oberhalb von 80 m, gemessen und die Prozesse, die zu ihnen führen besser verstanden werden. Mithilfe von Wind-Lidaren (light detection and ranging) lässt sich durch den Doppler-Effekt auf den Windvektor in verschiedenen Höhen schließen. Wind-Lidare stellen eine erprobte und variabel einsetzbare Methode dar, um Windprofile bis zum Oberrand der Mischungsschicht zu bestimmen (ca. 1-3 km). Im Rahmen der FESSTVaL Testkampagne werden verschiedene Scanmuster erprobt, um die geeignete Konfiguration zu finden, die während der Hauptkampagne zur Bestimmung von Böen genutzt werden soll. Hierbei ist der Abgleich mit Ultraschall-Anemometer-Böenmessungen des Falkenberger Wettermastes ausschlaggebend. Während der Hauptkampagne liegt das Augenmerk dann auf der Zusammenschau von den verschiedenen Messungen, die in Kombination mit Böen auftreten.

Messungen

Es werden während FESSTVaL einige Halo Photonics Doppler-Lidare zur Verfügung stehen. Während der Testkampagne werden zwei Lidare mit unterschiedlichen Mess-Konfigurationen parallel (Abbildung links) messen und aus dem Vergleich mit dem Ultraschall-Anemometer am Messmast (90 m) eine geeignete Konfiguration bestimmt. Erprobt werden verschiedene Scanmuster (sogenannte „Volume Azimuth Displays“ – VAD), die sich in Neigung, Anzahl der Strahlen und zeitlicher Auflösung unterscheiden.  Außerdem ermöglicht die Kombination von drei Lidaren einen sogenannten „Virtuellen Turm“ (Abbildung rechts) zu betreiben. Der Vorteil hierbei ist, dass drei Messungen auf ein gemeinsames Luftpaket gerichtet sind: keine räumlichen und zeitlichen Homogenitätsannahmen müssen gemacht werden und der Windvektor lässt sich mit höheren zeitlicher und räumlicher Auflösung bestimmen.


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