FESST@HH 2020: Ein dichtes Messnetz als Lupe für die Struktur konvektiver Cold Pools

Cold Pools sind mesoskalige Gebiete kalter und dichter Luftmassen, die durch Verdunstung von Hydrometeoren unterhalb regnender Wolken entstehen. Während die kalte Luft absinkt und sich als Dichteströmung an der Erdoberfläche ausbreitet, löst sie durch Hebung an ihrer Vorderseite häufig neue Konvektion aus oder forciert den Übergang von flacher zu tiefer Konvektion. Viele modellbasierte Arbeiten belegen die Bedeutung von Cold Pools für die Organisation von Konvektion. Operationelle Messnetze mit einer typischen Maschenweite von 25 km hingegen sind blind für sub-mesoskalige (O(100) m — O(10) km) Prozesse wie Cold Pools und erlauben somit weder die Untersuchung noch die Validierung ihrer raum-zeitlichen Struktur.

Im Rahmen der Messkampagne FESST@HH wurde von Juni bis August 2020 im Großraum Hamburg (50 km × 35 km) ein dichtes Netz bestehend aus 103 meteorologischen Messstationen betrieben. Das Rückgrat des Messnetzes bildeten 82 eigens für diesen Zweck entwickelte und gebaute APOLLO-Stationen (Autonomous cold POoL LOgger), die Lufttemperatur und -druck mit trägheitsarmen Sensoren in sekündlicher Auflösung messen. Das Netzwerk wurde mit 21 Wetterstationen ergänzt, die zusätzlich Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Niederschlag in 10-sekündiger Auflösung aufzeichnen und auf kommerziellen Sensoren basieren. Ein besonderes Merkmal von FESST@HH ist, dass die Durchführung der Kampagne während der COVID19-Pandemie nur durch eine große Zahl Freiwilliger ermöglicht wurde, die kurzfristig Messstandorte bereitgestellt und die Betreuung der Instrumente unterstützt haben.

Wir präsentieren die neuartigen Messinstrumente und den Datensatz der FESST@HH-Kampagne (DOI: 10.25592/UHHFDM.8966). Ein Fallbeispiel zeigt, dass das dichte Messnetz in der Lage ist sowohl die horizontale Heterogenität des Temperaturfeldes innerhalb eines Cold Pools als auch seine Größe und Ausbreitungsgeschwindigkeit während verschiedener Phasen des Lebenszyklus abzubilden. Darüber hinaus erlauben die Messungen einen neuen Blick auf weitere Quellen sub-mesoskaliger Variabilität wie die nächtliche städtische Wärmeinsel und die Variation turbulenter Temperaturfluktuationen als Ausdruck charakteristischer Standorteigenschaften.