Ein LES-basiertes System zur Kurzfrist-Vorhersage von Böen und Nebel im Umfeld von Flughäfen

Starke Windböen gelten als größtes Sicherheitsrisiko in der Luftfahrt. Besonders gefährlich werden sie für Flugzeuge in unmittelbarer Nähe des Flughafens während des Starts und der Landung. Um eine Vorhersage der bodennahen Böen bei Starkwind-Wetterlagen zu erhalten, verlässt sich die Luftfahrt derzeit noch auf empirische Böen-Parametrisierungen, die ausschließlich auf mesoskaligen und regionalen numerischen Wettervorhersagedaten basieren. Diese Modelle haben derzeit Gitterauflösungen in der Größenordnung von 1 Kilometer und lösen die lokale Topographie und Vegetation nicht ausreichend auf. Dies ist besonders problematisch, da diese lokalen Hindernisse eine Hauptquelle für oberflächennahe Turbulenz sind. Die oberflächennahe Turbulenz ist maßgebend für die Dauer und Stärke der bodennahen Windböen, sie kann aber durch mesoskalige und regionale numerischen Wettervorhersage-Modelle nicht aufgelöst werden und muss vollständig parametrisiert werden. Folglich vernachlässigen die empirischen Böen-Parametrisierungen die realen lokalen Hindernisse um einen bestimmten Flughafen vollständig, was zu erheblichen Unsicherheiten in der Gefährdungsprognose führt. Die hochauflösende Large-Eddy-Simulation (LES) ist ein angemessenerer und physikalischer Ansatz, um lokale Hindernisse zu berücksichtigen und die durch sie verursachte Turbulenz explizit aufzulösen. Mit dem hochauflösenden LES-Modell PALM untersuchen wir, wie sich Windböen, die durch lokale Hindernisse verursacht werden, auf den bodennahen Luftraum des Frankfurter Flughafens auswirken. Wir vergleichen diese LES-Ergebnisse mit hochauflösenden Windmessungen von mehreren Standorten am Flughafen, und quantifizieren die Vorhersagequalität des LES-Ansatzes im Vergleich zur Vorhersagequalität der traditionellen empirischen Böen-Parametrisierungen. Schließlich skizzieren wir, wie PALM als Lupe in mesoskalige Modelle eingebettet werden kann, um ein neues und verbessertes Vorhersagesystem für Gefahren durch Windböen an Flughäfen bereitzustellen. Dieses neue Vorhersagesystem kann verwendet werden, um bestehende empirische Böen-Parametrisierungen zu verbessern, und es kann in einem operationellen Umfeld angewendet werden, um verbesserte Gefährdungsprognosen zu Windböen zu liefern.