DACH-2

Grenzschicht- und Landoberflächenprozesse/Boundary layer and land surface processes
Conveners: Andreas Christen, Björn Maronga, Juerg Schmidli
Oral programme
| Fri, 25 Mar, 09:30–13:00|Hörsaal 4
Poster programme
| Attendance Wed, 23 Mar, 14:00–16:00|Foyer

Oral programme: Fri, 25 Mar | Hörsaal 4

Session 1
09:30–09:45
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DACH2022-5
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ys
Charlotte Rahlves, Frank Beyrich, and Siegfried Raasch

Doppler-Lidar-Systeme werden gegenwärtig zur Windprofilmessung in Bereichen wie Windenergie, Flughafensicherheit und Luftqualitätskontrolle eingesetzt. In den letzten Jahren haben diese Instrumente auch im Bereich meteorologischer Standardbeobachtung Aufmerksamkeit erlangt. Da Lidar-Windmessungen die gesamte vertikale Ausdehnung der atmosphärischen Grenzschicht abdecken können und eine hohe Auflösung liefern, sind sie besonders für die Datenassimilation in numerische Wettervorhersagemodelle von zunehmendem Interesse. Allerdings beruht die Lidar-Scan-Technik auf der Annahme eines horizontal homogenen Windfeldes. Diese Voraussetzung ist, vor allem unter konvektiven Bedingungen, meist nicht erfüllt. Der dadurch entstehende Messfehler ist experimentell nur schwer ermittelbar.

 

In dieser Studie wurden Large-Eddy-Simulationen (LES) zusammen mit virtuellen Lidar-Messungen verwendet, um den zu erwartenden Messfehler zu quantifizieren. Es wurden verschiedene Scan-Strategien für die Windbestimmung mit Doppler-Lidar-Systemen über homogenem und flachem Untergrund untersucht. Durch einen Vergleich des vom virtuellen Lidar gemessenen Windes mit dem von der LES generierten 'wahren' Wert wurden verschiedene Faktoren, die den Lidar-Messfehler beeinflussen, analysiert. Untersucht wurden dabei die Länge des Mittelungsintervalls, die Konfiguration des Zenitwinkels, das Abtastschema (velocity-azimuth display (VAD) und Doppler-beam swing (DBS)) und die Ausrichtung des Instrumentes in Bezug zur vorherrschenden Strömungsrichtung. Zudem wurden verschiedene meteorologische Situationen betrachtet. Zum ersten Mal wurden auch Ensemblesimulationen durchgeführt, um den statistisch zu erwartenden Lidar-Fehler zu bestimmen.

 

Die Ergebnisse liefern eine mittlere quadratische Abweichung (RMSD) von weniger als 0,06 m/s für 10-Minuten-Mittelwerte von Messungen der Windgeschwindigkeit in einer stabil geschichteten Grenzschicht. Bei mäßiger Konvektion beträgt die RMSD weniger als 1 m/s, während sie bei starker Konvektion 2 m/s überschreitet. Im Gegensatz zur Ausrichtung und zum Abtastschema erweist sich die Zenitwinkelkonfiguration des Instrumentes als signifikanter Faktor. Bei konvektiven Bedingungen verringert sich der Fehler der horizontalen Windgeschwindigkeit, wenn eine größere Zenitwinkelkonfiguration verwendet wird, erhöht sich jedoch für die Messung des Vertikalwindes.

Die Ergebnisse legen nahe, dass der Lidarfehler sowohl von den meteorologischen Bedingungen als auch von der Scanstrategie abhängt. Die Gerätekonfiguration sollte deshalb die Zielmessgrößen und die Strömungsverhältnisse berücksichtigen.

How to cite: Rahlves, C., Beyrich, F., and Raasch, S.: LES basierte Untersuchung von Scanstrategien zur Ableitung des Windprofils aus Doppler-Lidar-Messungen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-5, https://doi.org/10.5194/dach2022-5, 2022.

09:45–10:00
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DACH2022-75
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ys
Tamino Wetz, Norman Wildmann, and Josef Zink

Zur räumlich verteilten Messung atmosphärischer Grenzschichtströmungen wurde im Projekt SWUF-3D ein Messsystem bestehend aus einer Flotte von Quadrotor - UAS entwickelt. Dieses neuartige System bietet den Vorteil, mehrere, räumlich flexible Messpunkte simultan zu erfassen.

Im Rahmen der Messkampagne FESSTVaL am Grenzschichtmessfeld (GM) Falkenberg des Deutschen Wetterdienstes (DWD) wurden über 1000 Einzelflüge mit maximal 20 simultan fliegenden UAS durchgeführt. Ein möglichst eng gestaffeltes Flugmuster wurde verwendet, um die Messdaten der UAS zur Kalibrierung mit Ultraschallanemometern des 99m hohen Messmasts zu vergleichen. Der Algorithmus zur Berechnung des horizontalen Windvektors ist für Messungen im Schwebeflug ausgelegt und basiert auf dem Prinzip des aerodynamischen Widerstands und den dazu gehörigen Kräften und Bewegungen, welche nötig sind, um eine Positionsregelung gegen die Störgröße Wind aufrechtzuerhalten. Zur vollständigen Berechnung des horizontalen Windvektors wird neben der longitudinale, zusätzlich die laterale Geschwindigkeitsmessung des UAS kalibriert. Im Vergleich zu vorherigen Studien lässt sich somit eine deutliche Verbesserung der Windrichtungsmessung zu <4° erreichen. Der dynamische Anteil der Bewegungsgleichung wird unter Einbezug der Messdaten der Beschleunigungssensoren berücksichtigt. Die Ergebnisse der Kalibrierung zeigen eine mittlere Abweichung der longitudinalen Windgeschwindigkeit von 0.17 m s-1 im Vergleich zu den Ultraschallanemometern. Ebenso wird eine gute Übereinstimmung der Varianzen in longitudinaler und lateraler Richtung mit einem RMSE von 0.16 m2 s-2 bzw.  0.1 m2 s-2 erreicht. Die Kalibrierungsflüge wurden unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen (stabil, neutral, und konvektiv) in einem Windgeschwindigkeitsbereich von 0-10 m s-1 durchgeführt. Zur Untersuchung der Grenzen des Systems für Turbulenzmessungen werden vier Kalibrierungsflüge bei unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen betrachtet. Die Analyse der Frequenzspektren der Geschwindigkeitsmessungen zeigt, dass bei konvektiven, turbulenten Bedingungen turbulente Strukturen bis zu einer zeitlichen Auflösung von 2 Hz mit dem Messystem störungsfrei erfasst werden können. In stabiler Schichtung mit geringer Turbulenz sind die turbulenten Messungen dagegen limitiert und bewegen sich teilweise in der Größenordnung des Rausch-Levels der Sensoren, bzw. der Störung der Strömung durch die Rotoren.

Die Anwendungsmöglichkeiten der UAS-Flotte werden anhand zweier Fallstudien gezeigt. Messflüge mit 10 horizontal verteilten Messpositionen wurden genutzt um die räumliche Struktur der turbulenten Strömung zu erfassen. In einer Böenfront mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 17 m s-1 wurden so Daten erfasst, die die rapide Änderung der Windstärke, und -richtung, sowie der Temperatur und Luftfeuchte über dem GM Falkenberg dokumentieren.

Mit kontinuierlichen vertikalen Profilmessungen über einen Zeitraum von 4.5 Stunden, die durch einen fortlaufenden Austausch der UAS realisiert wurden, konnte demonstrativ die morgendliche Entwicklung einer konvektiven Grenzschicht bis 200 m über Grund beobachtet werden. Für kurze Messkampagnen kann so unter Umständen in Zukunft auf die Installation teurer Infrastruktur wie Messmasten verzichtet, bzw. diese gezielt ergänzt werden.

How to cite: Wetz, T., Wildmann, N., and Zink, J.: Ertüchtigung und Validierung einer UAS Flotte zur Messung von turbulenter Strömung in der atmosphärischen Grenzschicht, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-75, https://doi.org/10.5194/dach2022-75, 2022.

10:00–10:15
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DACH2022-248
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ys
Bastian Kirsch, Cathy Hohenegger, Daniel Klocke, and Felix Ament

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.

How to cite: Kirsch, B., Hohenegger, C., Klocke, D., and Ament, F.: FESST@HH 2020: Ein dichtes Messnetz als Lupe für die Struktur konvektiver Cold Pools, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-248, https://doi.org/10.5194/dach2022-248, 2022.

10:15–10:30
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DACH2022-268
Diego Lange Vega, Andreas Behrendt, and Volker Wulfmeyer

Between 15 July 2020 and 19 September 2021, the Atmospheric Raman Temperature and Humidity Sounder (ARTHUS) collected data at the Lindenberg Observatory of the Deutscher Wetterdienst (DWD), including temperature and water vapor mixing ratio with a high temporal and range resolution.

During the operation period, very stable 24/7 operation was achieved, and ARTHUS demonstrated that is capable to observe the atmospheric boundary layer and lower free troposphere during both daytime and nighttime up to the turbulence scale, with high accuracy and precision, and very short latency. During nighttime, the measurement range increases even up to the tropopause and lower stratosphere.

ARTHUS measurements resolve the strength of the inversion layer at the planetary boundary layer top, elevated lids in the free troposphere, and turbulent fluctuations in water vapor and temperature, simultaneously (Lange et al., 2019, Wulfmeyer et al., 2015). In addition to thermodynamic variables, ARTHUS provides also independent profiles of the particle backscatter coefficient and the particle extinction coefficient from the rotational Raman signals at 355 nm with much better resolution than a conventional vibrational Raman lidar.

At the conference, highlights of the measurements will be presented. Furthermore, the statistics of more than 150 comparisons with local radiosondes will be presented which confirm the high accuracy of the temperature and moisture measurements of ARTHUS.

Acknowledgements

The development of ARTHUS was supported by the Helmholtz Association of German Research Centers within the project Modular Observation Solutions for Earth Systems (MOSES). The measurements in Lindenberg were funded by DWD.

References

Lange, D., Behrendt, A., and Wulfmeyer, V. (2019). Compact operational tropospheric water vapor and temperature Raman lidar with turbulence resolution. Geophysical Research Letters, 46. https://doi.org/10.1029/2019GL085774

Wulfmeyer, V., R. M. Hardesty, D. D. Turner, A. Behrendt, M. P. Cadeddu, P. Di Girolamo, P. Schlüssel, J. Van Baelen, and F. Zus (2015), A review of the remote sensing of lower tropospheric thermodynamic profiles and its indispensable role for the understanding and the simulation of water and energy cycles, Rev. Geophys., 53,819–895, doi:10.1002/2014RG000476

How to cite: Lange Vega, D., Behrendt, A., and Wulfmeyer, V.: Two months of measurements with an autonomous thermodynamic Raman lidar in Lindenberg, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-268, https://doi.org/10.5194/dach2022-268, 2022.

10:30–10:45
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DACH2022-169
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ys
Luise Wanner, Marc Calaf, Sreenath Paleri, Brian Butterworth, Ankur Desai, and Matthias Mauder

Die Energiebilanzlücke, die durch die Unterschätzung latenter und fühlbarer Wärmeströme in Eddy-Kovarianz-Messungen entsteht, ist ein seit Jahrzehnten bekanntes Problem. Seither wurden verschiedene Ansätze zur Schließung der Lücke entwickelt, die zu einer Verbesserung der Instrumentierung und der Anwendung verschiedener Korrekturmethoden in der Datenaufbereitung geführt haben. Diese Maßnahmen führten bisher jedoch noch nicht zu einer vollständigen Schließung der Energiebilanzlücke. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass der Energietransport durch sub-mesoskalige atmosphärische Zirkulationen definitionsgemäß nicht durch Eddy-Kovarianz-Messungen mit typischen Mittelungszeiten erfasst werden kann. Es gibt bereits einige Ansätze, die verbleibende Lücke zu schließen, indem der fehlende Anteil in unterschiedlichen Verhältnissen den gemessenen fühlbaren und latenten Wärmeflüssen zugerechnet wird. Allerdings gibt es nur wenige Ansätze, die diesen fehlenden Anteil auf der Grundlage kausaler Faktoren bestimmen. Als wichtiger Faktor wurde neben der atmosphärischen Stabilität die Heterogenität der Landschaft, insbesondere die thermische Ungleichmäßigkeit, identifiziert. In einer idealisierten Large-Eddy-Simulationsstudie wurde daher ein neues Modell der Energiebilanzlücke in Abhängigkeit eines atmosphärischen Stabilitätsparameters und eines Heterogenitätsparameters, der sowohl die Amplitude der Oberflächentemperatur als auch die vorherrschende Heterogenitätsskala berücksichtigt, entwickelt. Dieses Modell kann mit nur wenigen zusätzlichen Messungen zur Korrektur von Eddy-Kovarianz-Messungen unter instabilen und konvektiven atmosphärischen Bedingungen in Landschaften unterschiedlicher Oberflächenheterogenität verwendet werden. Das Modell wurde an 17 Eddy-Kovarianz-Stationen, die im Sommer und Herbst 2019 über einen Zeitraum von drei Monaten im Rahmen der umfassenden CHEESEHEAD19 (Chequamegon Heterogeneous Ecosystem Energy-balance Study Enabled by a High-density Extensive Array of Detectors) Messkampagne im Norden Wisconsins (USA) betrieben wurden, getestet. Wir stellen das neue Modell und dessen Anwendung auf Feldmessungen vor.

How to cite: Wanner, L., Calaf, M., Paleri, S., Butterworth, B., Desai, A., and Mauder, M.: Energiebilanzschließung bei Eddy-Kovarianz-Messungen unter Berücksichtigung atmosphärischer Stabilität und thermischer Oberflächenheterogenität, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-169, https://doi.org/10.5194/dach2022-169, 2022.

10:45–11:00
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DACH2022-302
Florian Späth, Diego Lange, Andreas Behrendt, Syed Saqlain Abbas, Alan Brewer, Christoph Senff, Tobias Weber, Thilo Streck, and Volker Wulfmeyer

Der Austausch von Energie, Feuchte und Impuls zwischen der Atmosphäre und der Landoberfläche sowie die damit verbundenen Rückkopplungsprozesse sind maßgeblich für die Entwicklung der planetarischen Grenzschicht. Eine ungenaue Darstellung und Parametrisierung dieser Prozesse stellen eine Schwäche der heutigen Wetter- und Klimamodelle dar. Verbesserungen in diesen Bereichen werden einen signifikanten Beitrag zu besseren Simulationen der Wolkenbildung auf allen zeitlichen und räumlichen Skalen leisten. Dazu ist es notwendig, das System Land-Atmosphäre simultan in allen Kompartimenten zu vermessen. Dazu haben sowohl das LAFE- als auch das neue LAFO-Design mit deren Messgerätesynergien schon wichtige Beiträge geliefert. Mit Vergleichen zwischen Modellparametrisierungen und Beobachtungen können z.B. die Anwendbarkeit der Monin-Obukhov Ähnlichkeitstheorie (MOST) bei natürlicher heterogener Landoberfläche überprüft oder neue Parametrisierungen entwickelt werden.

Das LAFE (Land-Atmosphere Feedback Experiment, Wulfmeyer et al. 2018) wurde im August 2017 als Messkampagne am Standort des Atmospheric Radiation Measurements (ARM) Program Southern Great Plains in Oklahoma, USA, umgesetzt. Für Grenzschichtbeobachtungen kamen scannende Dopplerlidar-Systeme für Windmessungen, Rotations-Ramanlidar für Temperatur- und Feuchtemessungen und Differentielles Absorptionslidar zur Wasserdampfmessung in der Grenzschicht zum Einsatz. An der Landoberfläche wurden meteorologische und pflanzendynamische Variablen, Energiebilanz, sowie Bodenfeuchte und -temperatur an Eddy-Kovarianz-Stationen erfasst. Diese Messungen verfolgen wir auch am Land-Atmosphäre Feedback Observatorium (LAFO, lafo.uni-hohenheim.de) an der Universität Hohenheim in Stuttgart (Deutschland) um neben Feldexperimenten auch lange Zeitreihen zu erfassen. Hier werden Lidarmessungen operationell betrieben und ergänzt durch Messungen eines Doppler-Wolkenradars. An der Landoberfläche messen Eddy-Kovarianz-Stationen und ein Netzwerk von Bodenfeuchte- und -temperatursensoren, sowie wird der Vegetationsstatus im Untersuchungsgebiet erfasst. Diese Sensorsynergie im LAFO ist Prototyp für GLAFOs (Gewex LAFOs, Wulfmeyer et al. 2020) zur Etablierung dieser Messungen in verschiedenen Klimaregionen der Erde.

In diesem Beitrag stellen wir das Messkonzept vor und wie Beobachtungen für die Untersuchung und Verbesserung von Grenzschicht- und Turbulenz-Parametrisierungen eingesetzt werden können. Dies zeigen wir mit Messergebnissen von LAFE und LAFO mit Abschätzungen der Flüsse, die durch Kombination der Feuchte-, Temperatur- und Windprofile in Bodennähe bestimmt werden und die Ableitung entsprechenden Ähnlichkeitsbeziehung sowohl für Entrainment-Flüsse als auch für MOST ermöglichen.

How to cite: Späth, F., Lange, D., Behrendt, A., Abbas, S. S., Brewer, A., Senff, C., Weber, T., Streck, T., and Wulfmeyer, V.: LAFE und LAFO: Neue experimentelle und observationelle Untersuchungen von Land-Atmosphäre-Austauschprozessen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-302, https://doi.org/10.5194/dach2022-302, 2022.

Session 2
11:30–11:45
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DACH2022-16
Christian Kästner and Ronald du Puits

Durch bodennahe Erwärmung der Luft bei starker Sonneneinstrahlung können sich aufsteigende Luftwirbel mit vertikaler Rotationsachse bilden, sogenannte Staubteufel. Die Struktur eines solchen Staubteufels wird dominiert von einem horizontalen Zufluss nahe der Erdoberfläche und einer vertikalen Aufwärtsströmung des Wirbels. Da die Staubteufel auf trockenem Untergrund entstehen, ist der im Zustrom mitgetragene Staub ursächlich für ihr Erscheinungsbild. Die Mechanismen ihrer Entstehung sowie ihre charakteristischen Eigenschaften sind bis heute kaum im Detail erforscht, da experimentelle Untersuchungen auf in-situ Messungen in der Atmosphäre beschränkt sind. Aufgrund der Nichtvorhersagbarkeit solch seltener Ereignisse sind Felduntersuchungen nur schwer möglich.

Mithilfe von Laborexperimenten können Staubteufel jedoch gezielt erzeugt und ihre Entstehungsmechanismen untersucht werden. Hierfür wird die Versuchsanlage „Ilmenauer Fass“ verwendet, die im Wesentlichen aus einem luftgefüllten, zylindrischen Tank mit einem Innendurchmesser von 7,15 m und einer Höhe von 8 m besteht. Am Boden des Behälters befindet sich eine Heizplatte, deren Temperatur zwischen 20°C und 80°C variiert werden kann. Eine zweite freischwebende Kühlplatte kann in einer beliebigen Höhe zwischen 0,2 m und 6,3 m positioniert und in einem Temperaturbereich von 10°C bis 30°C geregelt werden. Die Seitenwand des Zylinders ist adiabatisch. Mithilfe dieses Rayleigh-Bénard-Experiments lassen sich die Randbedingungen in einer konvektiven, atmosphärischen Grenzschicht gut nachbilden und die Entstehung von Wirbelstrukturen unter kontrollierten Bedingungen detailliert untersuchen. Hierfür wurde das optische Messverfahren Particle Tracking Velocimetry (PTV) genutzt, mit dem das dreidimensionale Strömungsfeld innerhalb und außerhalb solcher Wirbel erfasst werden kann. Dabei werden der Strömung dichteneutrale Seifenblasen zugeführt und mit vier Kameras aus unterschiedlichen Positionen zeitaufgelöst detektiert. Über Triangulation werden die 3D-Trajektorien der einzelnen Partikel im Raum berechnet.

Während bei der letzten Tagung noch das Messverfahren vorgestellt wurde, können nun die ersten Ergebnisse präsentiert werden. In Messreihen über mehr als insgesamt 20 Stunden wurden große Datenmengen gesammelt und vertikale Wirbelstrukturen identifiziert. Wie in numerischen Simulationen gezeigt werden konnte, nimmt die Häufigkeit solcher Strukturen mit zunehmender Größe stark ab. Deshalb wurde alternativ in der Mitte der Bodenplatte eine Heizmatte installiert, mit der eine lokale Temperaturüberhöhung bis 10 K über der Temperatur der Heizplatte realisiert werden kann. Mit dieser Modifikation des Laborexperiments kann nun auch die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Staubteufeln erhöht werden.

How to cite: Kästner, C. and du Puits, R.: Experimentelle Untersuchung von Staubteufeln in einem Laborexperiment, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-16, https://doi.org/10.5194/dach2022-16, 2022.

11:45–12:00
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DACH2022-42
Sebastian Giersch and Siegfried Raasch

Staubteufel sind an der Erdoberfläche gebundene, konvektive Wirbel mit vertikaler Rotationsachse, die durch das Aufwirbeln von Bodenpartikeln sichtbar werden. Die aufgewirbelten Partikel tragen zum atmosphärischen Aerosoleintrag und damit zur Modifizierung des Strahlungshaushaltes der Erde bei. Um den durch die Staubteufel verursachten Staubeintrag zu quantifizieren, bedarf es zuverlässiger Informationen über deren Statistik, Entstehungsprozess und Erhaltungsmechanismen. In der Vergangenheit wurden diese Informationen fast ausschließlich aus Feldexperimenten sowie Grobstruktursimulationen (engl. large-eddy simulation, LES) gewonnen. Feldexperimente leiden vor allem unter dem unberechenbaren Auftreten der Staubteufel und dem stark begrenzten Gebiet, welches zuverlässig überwacht werden kann. Zudem wird in LES die Wirbelstruktur beziehungsweise die dem Staubteufel bestimmende Turbulenz nicht vollständig aufgelöst. Dies ist insbesondere in der Nähe des Erdbodens der Fall, wo sich die Staubteufel zuerst entwickeln. Zudem werden die Staubteufel bei der LES in bisher unbekanntem Maße von den Randbedingungen an der Oberfläche und dem verwendeten Subgridskalen-Modell beeinflusst. Um diese Problematiken zu umgehen und das Verständnis staubteufelähnlicher Strukturen zu erweitern, haben wir die Methodik der direkten numerischen Simulation (engl. direct numerical simulation, DNS) angewendet, welche erstmals für eine umfassende Untersuchung der Staubteufelstatistik und deren Struktur eingesetzt wurde. Simuliert wurde eine Rayleigh-Bénard Konvektion zwischen zwei ebenen, beheizten Platten mit Rayleigh-Zahlen von bis zu 1011. Unsere Ergebnisse zeigen, dass staubteufelähnliche Wirbel bereits bei im Vergleich zur Atmosphäre deutlich geringen Rayleigh-Zahlen von 107 oder mehr entstehen. Dies stimmt mit vorherigen DNS-Studien überein, in denen ausgeprägte Wirbel mit vertikaler Achse zwar beobachtet jedoch nicht weiter untersuchen wurden. Die Staubteufelstatistik variiert stark mit der Rayleigh-Zahl und den gewählten Randbedingungen für die Geschwindigkeiten (Gleit- oder Haftreibungsbedingung), jedoch weniger mit dem Aspektverhältnis des Modellgebietes. Zudem zeigen die simulierten Staubteufel sehr ähnliche Eigenschaften wie die konvektiven Wirbel, die in LES-Simulationen der atmosphärischen Grenzschicht analysiert wurden.

How to cite: Giersch, S. and Raasch, S.: Staubteufelähnliche Wirbel in turbulenter Rayleigh-Bénard Konvektion – Eine Studie unter Verwendung der direkten numerischen Simulation, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-42, https://doi.org/10.5194/dach2022-42, 2022.

12:00–12:15
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DACH2022-22
Marten Klein, Livia S. Freire, David O. Lignell, Alan R. Kerstein, and Heiko Schmidt

Turbulente Prozesse in der planetaren Grenzschicht haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Kopplung von Atmosphäre und Erdoberfläche. Dabei stellen Oberflächenflüsse zwischen Atmosphäre und Boden bzw. Wasser den Austausch zwischen den Einzelsystemen her. Oberlfächenflüsse liefern somit die notwendigen Randbedingungen für numerische Wetter- und Klimasimulationen. Diese Flüsse müssen möglichst realistisch und physikalisch konsistent ermittelt werden. Die zu diesem Zweck direkte numerische Auflösung aller relevanten Längenskalen von wenigen hundert Metern bzw. Kilometern (Gesamthöhe der planetaren Grenzschicht) bis hinab zu einigen Millimetern (viskose Skalen) ist auf absehbare Zeit nicht machbar, sodass Grenzschichtmodelle benötigt werden. Für operative Vorhersagen kommen deshalb empirische Ansätze zur Anwendung, die Oberflächenflüsse anhand des aufgelösten mittleren Zustands der Grenzschicht parametrisieren bzw. vorschreiben. Effekte turbulenter Schwankungen, kleinskaliger Prozesse und Skalenwechselwirkungen können damit nur eingeschränkt repräsentiert werden. In Bodennähe auftretende oder ausgelöste Ereignisse, z.B. konvektive Instabilität oder Laminarisierung aufgrund stabiler Schichtung, stellen folglich eine große Herausforderung für numerische Atmosphärenmodelle dar.

Die genannten Probleme der Atmosphären-Oberflächen-Kopplung aufgrund nicht aufgelöster, schwankender Oberflächenflüsse werden im vorliegenden Beitrag mithilfe eines eindimensionalen, stochastischen Modellansatzes adressiert. Der Ansatz zielt darauf ab, Oberflächenflüsse und ihre Variabilität unter Berücksichtigung physikalischer Erhaltungsprinzipien zu modellieren. Dazu wird die turbulente Grenzschicht entlang einer vertikalen Linie diskretisiert. Molekulare Diffusionsprozesse werden entlang dieser Richtung auf allen relevanten Skalen aufgelöst, wohingegen nichtlokale Effekte der Turbulenz durch ein Ensemble stochastisch gezogener, diskreter Wirbelereignisse modelliert wird.

Im Konferenzbeitrag wird auf die Formulierung des stochastischen Modells eingegangen und gezeigt, dass neben Scherspannungen auch Druck-, Coriolis- und Auftriebskräfte berücksichtigt werden können. Das Modell wird beispielhaft als unabhängiges, numerisches Werkzeug angewendet, um fluktuierende Oberflächenflüsse in turbulenten Kanalströmungen sowie stabilen und konvektiven Grenzschichten zu untersuchen. Es werden sowohl glatte, als auch raue bzw. bewachsene (poröse) Oberflächen betrachtet. Anhand neuer Ergebnisse wird demonstriert, dass der Modellansatz in der Lage ist, Referenzdaten zufriedenstellend zu reproduzieren und extrapolieren. Daneben werden aktuelle Arbeiten zur Kopplung des stochastischen Modellansatzes mit Large-Eddy-Simulationen vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die stochastische Modellierung oberflächennaher, subgitterskaliger Schwankungen in der Lage ist, wandnahe Turbulenzspektren zu reproduzieren und den filterbasierten Modellfehler bei ansonsten fester Gitterauflösung zu verringern.

How to cite: Klein, M., Freire, L. S., Lignell, D. O., Kerstein, A. R., and Schmidt, H.: Ein stochastischer Ansatz zur Modellierung fluktuierender Oberflächenflüsse in turbulenten Grenzschichten, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-22, https://doi.org/10.5194/dach2022-22, 2022.

12:15–12:30
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DACH2022-200
Rainer Hilland, Andreas Christen, and Roland Vogt

Taylor’s frozen turbulence hypothesis is the most critical assumption through which time-resolving sensors may be used to derive statistics of the turbulent spatial field. Namely, it relates temporal autocorrelation to spatial correlation via the mean wind speed and is invoked in almost all boundary layer field work. Nevertheless, the conditions and scales over which Taylor’s hypothesis is valid remain poorly understood in the atmospheric boundary layer.

As part of the Namib Turbulence Experiment (NamTEX) campaign in March 2020, a pseudo-3D fibre-optic distributed temperature sensing (DTS) array was installed within a 300 x 300 m area in the Namib desert. The array is X-shaped in plan view and contains 16 measurement heights from 0.45 m to 2.85 m. Fibre-optic sensing provides air temperature measurements at unprecedented spatio-temporal density (0.25 m horizontally, 0.17 m vertically, and 1 Hz) and was coupled with a vertical array of traditional sonic anemometer point measurements to investigate the relationship between spatial and temporal temperature fields. The Namib provides an ideal location for fundamental boundary layer research: homogenous flat surfaces, no vegetation, little moisture, strong solar forcing, regular and repeated clear-sky conditions, and a wide range of atmospheric stabilities.

Using the NamTEX DTS array we present the first field investigation of Taylor’s hypothesis that considers boundary layer stability and is independent of wind direction. A novel method of 2d horizontal cross-correlation between all possible points of a single height of the DTS is employed to produce spatial ‘maps’ of the turbulent flow, whose velocity, direction, and size may be tracked through time.

How to cite: Hilland, R., Christen, A., and Vogt, R.: Investigating Taylor’s frozen turbulence hypothesis in the surface layer at an ideal desert field site using fibre-optic distributed temperature sensing, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-200, https://doi.org/10.5194/dach2022-200, 2022.

12:30–12:45
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DACH2022-236
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ys
Yann Büchau, Andreas Platis, Bram van Kesteren, and Jens Bange

Das Börstinger Mofettengebiet zwischen Horb und Rottenburg im Schwarzwald ist seit über einem Jahrhundert für seine natürlichen Emissionen von Kohlendioxid (CO2) bekannt. Nach aktuellem Wissensstand ist das Kohlendioxid magmatischen Ursprungs und tritt dort in hohen Konzentrationen aus sogenannten Mofetten aus. Bis in die 1980er Jahre wurde dieses Gasvorkommen unter anderem von der Mineralwasserindustrie genutzt.  Obwohl die Förderbrunnen anschließend versiegelt wurden, bilden sich weiter Mofetten bevorzugt entlang einer geologischen Störung in dem Gebiet aus.  Die tatsächlich im Eyachtal austretende Gasmenge wurde bisher lediglich geschätzt und nie wissenschaftlich untersucht.  Die Quantifizierung der Gesamtemission sowie der horizontalen und vertikalen Flüsse hat das vorgestellte DFG-finanzierte Projekt zum Ziel. Dazu wird vor Ort ein modulares Netzwerk aus kostengünstigen Sensorsystemen stetig ausgebaut, mit dem unter anderem die Kohlendioxidkonzentration in der unteren Atmosphäre kontinuierlich vermessen wird.  Durch den Einsatz quelloffener Software und Standards ist das entwickelte Messsystem praktisch um beliebige Komponenten erweiterbar und kann somit auf Gebiete mit ähnlichen Phänomenen übertragen werden. Die Verwendung kostengünstiger Komponenten ermöglicht dabei eine flächendeckende Gebietsvermessung und somit auch die Untersuchung der örtlichen und zeitlichen Variabilität der Kohlendioxidkonzentration. Als punktuelle Referenz dienen eine Eddy-Kovarianz-Station und eine professionelle Kompaktwetterstation. In diesem Vortrag werden die verwendete Infrastruktur, Herausforderungen im Betrieb einer solchen sowie aktuelle Ergebnisse des Projektes vorgestellt. 

How to cite: Büchau, Y., Platis, A., van Kesteren, B., and Bange, J.: Ein autarkes, kabelloses Sensornetzwerk zur Überwachung natürlicher CO2-Emissionen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-236, https://doi.org/10.5194/dach2022-236, 2022.

12:45–13:00
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DACH2022-290
Sandesh Kamath, Yaping Shao, and Eric Parteli

Im gegenwärtigen Beitrag wird ein numerisches Werkzeug für die teilchenbasierte Simulation des äolischen Sedimenttransports in der atmosphärischen Grenzschicht vorgestellt. Die zuverlässige Modellierung dieses Transports als Funktion der Windverhältnisse und der Bodenerodierbarkeit ist für viele Anwendungen, von der Küsten- bis hin zur Desertifikationsforschung, sehr wichtig. Im Zusammenhang mit der Klimasimulation ist die korrekte Vorhersage der äolischen Sedimentransportraten für die Repräsentation des Staubzykluses im Erdsystem unabdingbar – die Emission von Staubpartikeln aus dem Boden wird hauptsächlich durch die Kollision größerer Sandpartikeln in sprungweiser Bewegung (Saltation) auf das Sedimentbett verursacht. Doch die Auswirkungen der Bodenbeschaffenheit und turbulenten Windfluktuationen auf die Partikelbewegung sind noch wenig verstanden. Ungeachtet der zahlreichen, auf empirischen Beobachtungen basierten Parametrisierungsschemata zur Erfassung äolischer Prozesse zählt die quantitative Bestimmung der Bodenerosionsrate und des damit verbundenen vertikalen Staubemissionsflusses zu den wichtigsten Unsicherheitsquellen in Klimamodellen.

Deshalb befasst sich gegenwärtige Arbeit mit der direkten, teilchenbasierten Simulation des äolischen Sedimenttransports mit Hilfe der Diskrete-Elemente-Methode (DEM). Dabei werden die Newtonschen Bewegungsgleichungen für jedes einzelne Teilchen im System – ob in der Luft oder im Sedimentbett – unter Berücksichtigung der Schwerkraft, einer effizienten hydrodynamischen Beschreibung der Teilchen-Wind-Kopplung, sowie eines Modells für die interpartikulären Kontakt- und van-der-Waals-Kräfte numerisch gelöst. Die hier vorgestellte numerische Simulation verzichtet somit vollständig auf Splash-Funktionen. Zudem wird ein Modell für die stochastische Natur des Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungspotentials miteinbezogen.

Unsere numerische Vorhersage der Sandtransportrate (Q) als Funktion der zeitlich gemittelten turbulenten Windschergeschwindigkeit (u*) stimmt quantitativ mit entsprechenden Daten aus Windkanalversuchen überein. Auch die erforderliche Schergeschwindigkeit für den Sandtransport im Windkanal wird von unserem Modell quantitativ wiedergegeben. Aus den Simulationsergebnissen wird weiterhin deutlich, dass die Dicke D des losen Sedimentbettes im Verhältnis zum Teilchendurchmesser d eine entscheidende Rolle für die Skalierung von Q mit u* einnimmt. Im Besonderen wird bei einer Verringerung der Sedimentverfügbarkeit ein Übergang von einer quadratischen (D/d >~ 2) in eine kubische (D/d << 2) Skalierung der Sandtransportrate mit der Schergeschwindigkeit beobachtet. Eine Erweiterung des Modells für stark polydisperse Systeme ermöglicht die Ermittlung des mit dem Sandtransport hervorgehenden vertikalen Staubemissionsflusses.

How to cite: Kamath, S., Shao, Y., and Parteli, E.: Teilchenbasierte Simulation des äolischen Sandtransports und der damit verbundenen Staubemission, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-290, https://doi.org/10.5194/dach2022-290, 2022.

Poster programme: Wed, 23 Mar, 14:00–16:00 | Foyer

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DACH2022-1
Uwe Spank, Matthias Koschorreck, Patrick Aurich, and Christian Bernhofer

Meteorological Drivers of Mass and Energy Exchange between Inland Waters and the Atmosphere (MEDIWA)

Die genaue Quantifizierung des Stoff- und Energieaustausches zwischen Binnengewässern und der bodennahen Luftschicht ist von großer wissenschaftlicher und praktischer Bedeutung. So sind zum Beispiel genaue Abschätzungen der auftretenden Verdunstungsraten essentiell für die Steuerung und Betriebsführung von Talsperren und Stauseen sowie für eine erfolgreiche Realisierung von Flutungsvorhaben in Bergbaufolgelandschaften. In gleicherweise sind Kenntnisse des Wärmewärmehaushalts bzw. des Wärmeaustauschs eines Gewässers mit der Atmosphäre sowie ein exaktes Wissen über den an der Wasseroberfläche stattfindenden Gasaustauschs wichtig, um die wasserwirtschaftlichen Steuermöglichkeiten effizient zur Optimierung und Verbesserung der Wassergüte in Gewässern einsetzen zu können.

Exakte, direkte Messungen des an der Wasseroberfläche stattfindenden Stoff- und Energieaustauschs sind möglich, aber sehr teuer und technisch extrem aufwendig. Daher werden Stoff- und Energieflüsse (z.B. Verdunstungsraten) meist mit Hilfe von verschiedenen numerischen Modellen aus einfacher zu messenden limnologischen und meteorologischen Variablen abgeschätzt. Die Genauigkeit derartig bestimmter Austauschraten ist jedoch sehr stark abhängig von (i) der Komplexität des eingesetzten Modells, (ii) der Parametrisierung der Modellgleichungen und (iii) der Repräsentativität und Genauigkeit der zur Verfügung stehenden Eingangsdaten. In der Praxis treten dadurch oftmals Konfliktsituationen auf, da die für den Einsatz genauer, komplexer Modelle notwendigen Umweltmessdaten in vielen Anwendungsfällen nicht oder nicht in ausreichender Qualität bereitstehen. Dieser Sachverhalt führt in Konsequenz dazu, dass der Stoff- und Energieaustausch eines Gewässers meist nur sehr überschlägig quantifiziert werden kann. Ergänzend ist festzuhalten, dass auch komplexe Modelle nach wie vor erhebliche Defizite und Schwächen in der Nachbildung der in Gewässern ablaufenden Prozesse haben. Insgesamt sind die Möglichkeiten zur Modellierung des Stoff- und Energiehaushalts von Gewässern somit stark verbesserungsbedürftig.

Mit dem Ziel Stoff- und Energieflüsse von Binnengewässern auf Grundlage allgemein verfügbarer Umweltgrößen genauer modellieren und prognostizieren zu können, sollen in dem Projekt -MEDIWA- die an der Wasseroberfläche stattfindenden Austauschprozesse intensiv messtechnisch untersucht werden. Auf Grundlage der gewonnenen Messdaten sollen Methoden entwickelt werden, um die Verlässlichkeit von Modellabschätzungen zu verbessern. Komplexe Zusammenhänge und Prozessketten sollen aufgelöst und durch mathematische Gleichungen beschreibbar gemacht werden. Im besonderem Fokus steht dabei die Analyse und quantitative Beschreibung, wie die zeitliche und räumliche Variabilität meteorologischer Steuergrößen den Stoff und Energiehaushalt eines Gewässers beeinflusst. In unserem Tagungsbeitrag wollen wir das Projekt vorstellen und erste Ergebnisse der gegenwärtig noch laufenden Messungen präsentieren. Insbesondere wollen wir die Aspekte der räumlichen Heterogenität meteorologischer Steuergrößen auf den Stoff- und Energiehaushalt eines Gewässers diskutieren und im Hinblick auf die Zielvorhaben des Projektes erörtern.

How to cite: Spank, U., Koschorreck, M., Aurich, P., and Bernhofer, C.: Das Projekt „MEDIWA“, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-1, https://doi.org/10.5194/dach2022-1, 2022.

P15
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DACH2022-10
Matthias Sühring, Jaroslav Resler, and Pavel Krc

In recent years, the the Large-eddy simulation (LES) model PALM has been rapidly developed its capability to simulate physical processes within urban environments. For example, this includes energy-balance solvers for building and land surfaces, a radiative transfer model to account for multiple reflections and shading, a plant-canopy model to consider the effects of plants on flow (thermo-)dynamics, and a chemistry transport model, as well as nesting capabilities that enable “hot-spot” analysis, to name a few.

This contribution provides an evaluation of modeled meteorological as well as ground and wall-surface quantities against dedicated in-situ measurements taken in an urban environment in Dejvice, Prague. Measurements included monitoring of surface temperature and wall heat fluxes. Simulations were performed for multiple days during several summer and winter episodes, characterized by different atmospheric conditions. To consider time-evolving synoptic conditions, boundary conditions were obtained from mesoscale WRF simulations.

For the simulated episodes, the resulting temperature and wind speed within street canyons show a realistic representation of the observed state, except that the LES did not adequately capture night-time cooling near the surface in some scenarios. At most of the evaluation points, the simulated surface temperature reproduces the observed surface temperature reasonably well, for both, absolute and daily amplitude values. However, especially for the winter episodes and for modern buildings with multi-layer wall structure, the heat transfer through the walls is not well captured in some cases, leading to discrepancies between the modeled and observed wall-surface temperature. Moreover, we also show that the model performance with respect to the observations strongly depends on the accuracy of the input data. To name a few, this includes e.g. the prescribed initial soil moisture, the given leaf-area densities to account for correct shading, or if a facade is insulated or not. Additionally, we will point out current model limitations, particularly implications accompanied by the step-like topography on the Cartesian grid, or wide glass facades that are not fully represented in terms of radiative processes.

With our findings we are able to evaluate the representation of physical processes in PALM, while also pointing out specific shortcomings.

How to cite: Sühring, M., Resler, J., and Krc, P.: Evaluation of surface processes in the PALM model system 6.0 for a real urban environment: a case study in Dejvice, Prague, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-10, https://doi.org/10.5194/dach2022-10, 2022.

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DACH2022-23
Andreas Foth, Johannes Bühl, Martin Radenz, Volker Lehmann, and Heike Kalesse-Los

Die ständige Weiterentwicklung und Verbesserung der Wetter- und Klimamodelle stellt die atmosphärische Fernerkundung vor eine große Herausforderung. Für die Evaluierung der Modelle werden immer besser aufgelöste Messungen und Methoden benötigt. Herkömmliche Ansätze scheitern hier vor allem an kontinuierlichen Beobachtungen der Temperatur und Feuchte bei allen Wetterbedingungen und insbesondere bei Regen.

Ein Radar-Windprofiler (RWP) ist allerdings auch bei solchen atmosphärischen Bedingungen in der Lage Vertikalinformationen der Temperatur- und Feuchtegradienten zu beobachten. Das Signal ist direkt proportional zu starken Änderungen in der Temperatur und der Feuchte. Hier lernen künstliche neuronale Netzwerke die Zusammenhänge aus dem RWP Dopplerspektrum und zeitgleichen atmosphärischen Profilen von Radiosonden. Es werden zwei unterschiedliche Ansätze aus dem maschinellen Lernen vorgestellt. Einmal als Vorwärtsmodell (multilayer perceptron) um das RWP Signal aus Radiosonden zu generieren und einmal andersherum, also aus RWP-Dopplerspektren Temperatur- und Feuchteprofile zu erzeugen (convolutional neural network).

Die langen Zeitreihen an Daten (seit 2010) und die Kombination an sich ergänzenden Messinstrumenten, insbesondere mit dem 482 MHz Windprofiler am Meteorologischen Observatorium Lindenberg – Richard Aßmann Observatorium (MOL-RAO), sind einzigartig. Daraus kann eine kontinuierliche Zeitreihe von Temperatur- und Feuchteprofilen mit bisher nicht erreichter Genauigkeit innerhalb und oberhalb von Wolken und insbesondere bei Niederschlag erstellt werden. Erste Ergebnisse bei wolkenlosen Fällen sind vielversprechend. In naher Zukunft können die Algorithmen als Vorwärtsmodelle für variationelle Methoden (optimale Schätzung) verwendet werden.

How to cite: Foth, A., Bühl, J., Radenz, M., Lehmann, V., and Kalesse-Los, H.: Ein innovativer Ansatz um Temperatur und Feuchteprofile aus Radar-Windprofilermessungen zu bestimmen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-23, https://doi.org/10.5194/dach2022-23, 2022.

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DACH2022-47
Claudia Becker, Eileen Päschke, and Frank Beyrich

Bestandteil des Gleichungssystems im Wettervorhersage-Modell ICON des DWD ist neben den klassischen Gleichungen für die zeitliche Änderung der Temperatur, des Windes und des Wassergehaltes der Atmosphäre in allen drei Phasen auch eine prognostische Gleichung für die turbulente kinetische Energie (TKE). Hieraus ergibt sich zunehmend der Bedarf nach Messdaten zur Verifikation der Modellergebnisse auch für diese Variable. Operationelle Messungen der TKE werden in der Praxis nur an wenigen Standorten mittels 3D-Ultraschall-Anemometern durchgeführt und sind damit oft auf Höhen in Bodennähe, in Einzelfällen auf Mastmessungen bis etwa 200 m Höhe beschränkt.

Am Meteorologischen Observatorium Lindenberg – Richard-Aßmann-Observatorium des DWD wurde in den letzten Jahren ein in der Literatur beschriebenes Verfahren zur Ableitung von Profilen der turbulenten kinetischen Energie (TKE) aus Doppler-Lidar-Messungen implementiert, getestet und anhand mehrmonatiger Datensätze bewertet (vgl. Beitrag von Päschke et al., diese Session). Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse dieser Messungen mit den Ergebnissen der operationellen Modellvorhersagen mit ICON verglichen.

In einem ersten Schritt werden charakteristische Einzelfälle betrachtet (Cold-Pool-Event, nächtlicher Low-Level Jet, Strahlungstag). Im zweiten Schritt erfolgt eine statistische Analyse gemittelter Tagesgänge der TKE aus Messungen im Vergleich zu den Ergebnissen der NWV-Modelle ICON global, ICON-EU und ICON-D2 unter Berücksichtigung von Jahreszeit, Strahlungsbilanz, Stabilitätsverhältnissen und Windgeschwindigkeit. Besonderes Augenmerk wird dabei auf das seit Februar 2021 im operationellen Betrieb laufende Regionalmodell ICON-D2 gerichtet, das bei einer horizontalen Auflösung von 2.2 km die Auflösung von Konvektion erlaubt. 

How to cite: Becker, C., Päschke, E., and Beyrich, F.: Vergleiche von Profilen der turbulenten kinetischen Energie in der Atmosphärischen Grenzschicht auf der Basis von Doppler-Lidar-Messungen mit Simulationsergebnissen des NWV-Modells ICON , DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-47, https://doi.org/10.5194/dach2022-47, 2022.

P18
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DACH2022-48
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Carola Detring, Eileen Päschke, Julian Steinheuer, Ronny Leinweber, Markus Kayser, and Frank Beyrich

Mit Hilfe von Doppler-Lidar-Systemen, lassen sich die Profile von Windgeschwindigkeit und -richtung in der Atmosphärischen Grenzschicht (AGS) auf der Basis klassischer Messstrategien wie einem VAD-24 Scan (Velocity Azimuth Display mit 24 Strahlrichtungen) zuverlässig bestimmen (Päschke et al., 2015). Für praktische Anwendungen von großem Interesse sind jedoch neben dem mittleren Windprofil auch kurzzeitige Fluktuationen des Windes, wie sie zum Beispiel in Verbindung mit Windböen auftreten. Untersuchungen zu Windböen waren ein wesentlicher Aspekt der Messkampagne FESSTVaL (Field Experiment on Sub-Mesoscale Spatio-Temporal Variability in Lindenberg, www.fesstval.de).

Eine Studie von Suomi et al. (2017) hat gezeigt, dass eine Ableitung von Windböen aus Doppler Lidar Messungen prinzipiell möglich ist. Allerdings wird mit üblichen Messstrategien die hierfür erforderliche hohe zeitliche Auflösung in der Ermittlung des Windvektors nicht erreicht, so dass mit Skalierungsansätzen unter Verwendung von in-situ Windmessungen eine Korrektur der aus den Lidar-Daten abgeleiteten Böenwerte erfolgen muss.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine alternative Messstrategie für Doppler-Lidar-Systeme vom Typ „Streamline“ (Halo Photonics) entwickelt und über mehrere Monate in den Jahren 2020/21 auf dem Grenzschichtmessfeld Falkenberg des DWD erprobt. Die Böenableitung basiert auf einem sog. Continous Scan Mode (CSM); dabei werden die während einer vollständigen Rotation des Lidar-Scan-Kopfes kontinuierlich durchgeführten Messungen 10-11 Strahlrichtungen zugeordnet und die Radialwindgeschwindigkeiten wiederum mit dem VAD-Verfahren ermittelt. Die Dauer eines Scans beträgt etwa 3.4s, damit kann eine Zeitauflösung erreicht werden, die der heute weit verbreiteten Definition einer Windbö entspricht (3s gleitendes Mittel; WMO (2018)).

Diese neue Konfiguration bringt Herausforderungen an die Datenverarbeitung mit sich. Im CSM muss mit vergleichsweise wenigen Lidar-Pulsen pro Messstrahl gearbeitet werden, so dass klassische Ansätze der Datenfilterung (Signal-to-Noise Schwellwert, Consensus Filterung) nicht verwendet werden können. Es wird ein alternatives Verfahren für die Prozessierung der Lidar-Rohdaten vorgeschlagen. Die Ergebnisse der Ableitung sowohl des mittleren Windvektors als auch der jeweiligen maximalen Windbö in einem 10-Minuten-Mittelungsintervall werden mit Sonic-Messungen in 90m Höhe verglichen. 

Im Rahmen des FESSTVaL Experimentes wurde diese neue Messkonfiguration an drei Standorten, die ein annähernd gleichseitiges Dreieck mit einer Kantenlänge von etwa 5 km bildeten, genutzt. Es werden Fallbeispiele aus der FESSTVaL Kampagne für die Variabilität im Auftreten von Windböen gezeigt.

Referenzen

Päschke, E., Leinweber, R., and Lehmann, V. (2015): An assessment of the performance of a 1.5 μm Doppler lidar for operational vertical wind profiling based on a 1-year trial, Atmos. Meas. Tech., 8, 2251–2266, https://doi.org/10.5194/amt-8-2251-2015

Suomi, I., Gryning, S.‐E., O'Connor, E.J. and Vihma, T. (2017): Methodology for obtaining wind gusts using Doppler lidar. Q.J.R. Meteorol. Soc., 143: 2061-2072. https://doi.org/10.1002/qj.3059

World Meteorological Organization (WMO) (2018): Measurement of surface wind. In Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation, Volume I -Measurement of Meteorological Variables, No.8: 196–213, URL: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10616 (accessed November 2021)

How to cite: Detring, C., Päschke, E., Steinheuer, J., Leinweber, R., Kayser, M., and Beyrich, F.: Untersuchungen zur Ableitung von Windböen aus Doppler-Lidar-Messungen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-48, https://doi.org/10.5194/dach2022-48, 2022.

P19
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DACH2022-61
Eileen Päschke, Carola Detring, Beyrich Frank, Markus Kayser, and Ronny Leinweber

Eine der wesentlichen Prozessvariablen zur Charakterisierung der atmosphärischen Grenzschicht (AGS) ist die turbulente kinetische Energie (TKE). In modernen Wettervorhersage-Modellen erfolgt die Simulation der TKE mit einer eigenen prognostischen Gleichung, hieraus ergibt sich zunehmend der Bedarf nach Messdaten zur Verifikation der Modellergebnisse auch für diese Variable. Operationelle Messungen der TKE werden in der Praxis nur an wenigen Standorten mittels 3D-Ultraschall-Anemometern durchgeführt und sind damit oft auf Höhen in Bodennähe, in Einzelfällen auf Mastmessungen bis etwa 200 m Höhe beschränkt. Am Meteorologischen Observatorium Lindenberg – Richard-Aßmann-Observatorium des DWD wurde in den letzten Jahren ein in der Literatur beschriebenes Verfahren (Smalikho und Banakh, 2017) zur Ableitung verschiedener Turbulenzvariablen aus Doppler-Lidar-Messungen implementiert, getestet und anhand mehrmonatiger Datensätze bewertet.

Das Verfahren von Smalikho und Banakh (2017) zeichnet sich zum einen dadurch aus, dass es auf der Grundlage von nur einer Scankonfiguration sowohl die Bestimmung des mittleren Windvektors als auch eine kombinierte Abschätzung mehrerer Turbulenzvariablen (TKE, Impulsfluss, Dissipationsrate, integrale Längenskala) erlaubt und damit ein in sich konsistenter Datensatz zur Charakterisierung turbulenter Prozesse gewonnen werden kann. Zum anderen berücksichtigt das Verfahren verschiedene Korrekturmöglichkeiten, um z.B. dem Mittelungseffekt über das Doppler Lidar Pulsvolumen und der damit verbundenen begrenzten Auflösbarkeit kleinräumiger turbulenter Fluktuationen Rechnung zu tragen. Das Verfahren basiert auf Messungen im sogenannten Continuous Scan Mode (CSM), dessen Anwendung eine vergleichsweise niedrige Anzahl von Lidar-Pulsen pro Messstrahl erfordert. Damit können klassische Ansätze der Datenfilterung (Signal-to-Noise Schwellwert, Consensus Filterung) für die Analyse dieser Messungen nicht verwendet werden.

Der Beitrag beschreibt zunächst sowohl das Scan-Verfahren als auch die Methodik zur Ableitung der TKE, dabei wird auf alternative Ansätze zur Datenfilterung eingegangen. Ebenfalls implementiert wurde ein mehrstufiges Verfahren zur Charakterisierung der Qualität der abgeleiteten Turbulenzvariablen. Eine Bewertung der ermittelten TKE erfolgt auf der Basis mehrmonatiger Messungen auf dem Grenzschichtmessfeld Falkenberg des DWD.

Erste Vergleiche mit unabhängigen Referenzmessungen (insb. Sonic Messungen in 90m Höhe) zeigen eine gute Übereinstimmung. Bei gesamtheitlicher Betrachtung des Turbulenzdatensatzes können des Weiteren hinreichend bekannte Effekte, wie z.B. die scherinduzierte Turbulenz unterhalb eines Low Level Jets nachgewiesen und gleichzeitig Größenabschätzungen für die damit in Verbindung stehenden turbulenten Wirbel geliefert werden. Diese Einblicke zeigen mögliche Potentiale auf, Grenzschichtprozesse auf Grundlage eines umfangreichen Messdatensatzes bestehend aus Profilinformationen verschiedener Turbulenzvariablen genauer zu analysieren und damit besser verstehen zu lernen. Des Weiteren hat die Testphase deutlich gezeigt, dass die Ableitung eines belastbaren Daten-Produktes sehr stark von der Güte der Lidar-Rohdaten abhängt. Hierbei spielen nicht nur atmosphärische Bedingungen (z.B. der Aerosolgehalt der AGS), sondern auch die Leistungsmerkmale des Messsystems, eine Rolle. Die in diesem Zusammenhang gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse zur Qualität der abgeleiteten Produkte werden abschließend diskutiert.

How to cite: Päschke, E., Detring, C., Frank, B., Kayser, M., and Leinweber, R.: Zur Ermittlung von Profilen verschiedener Turbulenzvariablen aus Doppler-Lidar-Messungen, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-61, https://doi.org/10.5194/dach2022-61, 2022.

P20
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DACH2022-74
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Josef Zink, Norman Wildmann, and Tamino Wetz

Im Rahmen des Projekts SWUF-3D wurden während der Messkampagne FESSTVaL im Sommer 2021 am Grenzschichtmessfeld (GM) Falkenberg des DWD räumlich separierte Messungen in der atmosphärischen Grenzschicht mittels einer Flotte Quadrotor UAS (Unmanned Aerial System) durchgeführt. Es wurden mehrere UAS in einer horizontalen Ebene sowohl in Strömungsrichtung, als auch senkrecht dazu angeordnet, um so das turbulente Windfeld simultan an mehreren festen Punkten zu vermessen. Die Strömungsrichtung wurde dabei aus Windmessungen des 99 m hohen Messmasts am GM bestimmt.  Variierende räumliche Abstände zwischen benachbarten UAS im horizontalen Messmuster erlauben Turbulenzauswertungen als Funktion der Distanz.  Die Messungen können genutzt werden, um die in der atmosphärischen Grenzschichtforschung vielfach verwendeten Annahmen der Homogenität und der Taylor Hypothese zu überprüfen.  Um mögliche Abhängigkeiten dieser Annahmen von unterschiedlichen atmosphärischen Randbedingungen zu erkennen, wurde die Messstrategie unter verschiedenen Bedingungen (neutral, konvektiv und stabil geschichtete Grenzschicht) wiederholt. Die Messergebnisse zeigen, dass im Rahmen der Messgenauigkeit keine signifikante Verletzung der Homogenitätsannahme für die untersuchten atmosphärischen Randbedingungen in der Mikroskala vorliegt.  Abnahmen mit der Distanz der in Strömungsrichtung berechneten Kreuzkorrelationsfunktionen und Kohärenzen, deuten darauf hin, dass Taylor’s Hypothese der eingefrorenen Turbulenz, die mit dem mittleren Wind transportiert wird, nicht gänzlich für alle Skalen anwendbar ist.  Jedoch sind hierbei auch Messgenauigkeiten der UAS und leichte Fehlausrichtung des Messmusters gegenüber der tatsächlich vorherrschenden Windrichtung während des Flugs zu berücksichtigen. Die Fehlausrichtung führt dazu, dass eine turbulente Struktur nicht parallel durch alle Messpunkte durchwandert, sondern mit einer seitlichen Verschiebung. Die Studie zeigt das Potential zur in-situ Vermessung zeitlich und räumlich komplexer Strömungen mit einer Flotte von Quadrotor UAS im Skalenbereich von 5 m bis 200 m. Eine Ausdehnung des Messvolumens über die Mikroskala hinaus kann in Zukunft einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis kohärenter Strukturen in der turbulenten atmosphärischen Grenzschicht leisten.

How to cite: Zink, J., Wildmann, N., and Wetz, T.: Überprüfung der Homogenitätsannahme und der Gültigkeit der Taylor Hypothese in atmosphärischen Grenzschichtströmungen mittels räumlich verteilter Messungen einer UAS Flotte, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-74, https://doi.org/10.5194/dach2022-74, 2022.

P21
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DACH2022-92
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Teika Syring and Frank Beyrich

Bodeninversionen stellen eine ausgeprägte Form stabiler Schichtung in der atmosphärischen Grenzschicht dar. In einer Studie wurden die Daten von Temperatur-Profilmessungen an Masten im Höhenbereich zwischen 2 m und 98 m über Grund auf dem Grenzschichtmessfeld (GM) Falkenberg aus den Jahren 2001-2020 auf das Auftreten und die Merkmale von Bodeninversionen untersucht. Für den Zeitraum 2016-2020 erfolgte eine detaillierte Analyse der Häufigkeit und Intensität von Bodeninversionen unterschiedlicher Mächtigkeit im Tages- und Jahresgang. Es wurde gezeigt, dass die Häufigkeit von Bodeninversionen in den Wintermonaten höher ist als in den Sommermonaten, wobei in den Wintermonaten flache Inversionen dominieren. Das Auftreten von Bodeninversionen mit einer Mächtigkeit ≥ 98 m wurde für den Gesamtzeitraum 2001-2020 untersucht. Dabei wurde ein leicht positiver, statistisch jedoch nicht signifikanter Trend in Bezug auf die Häufigkeit und Intensität dieser Bodeninversionsklasse gefunden. Die Bodeninversionen mit der größten Intensität traten typischerweise in den Monaten April, Mai und September auf. Für das Jahr 2020 erfolgte ein Vergleich der Merkmale von Bodeninversionen zwischen den Messungen auf dem GM Falkenberg und den Modellergebnissen des NWV-Modells COSMO-D2 für den zugeordneten Gitterpunkt. Dabei zeigte sich eine Überschätzung der Häufigkeit und eine Unterschätzung der Intensität von Bodeninversionen durch das Modell. Die Ergebnisse der statistischen Analyse wurden abschließend den Resultaten einer vergleichbaren Studie vom Hamburger Wettermast gegenübergestellt, wobei sich sowohl methodisch als auch standortbedingte Unterschiede zeigen. Bodeninversionen wurden in Hamburg, verglichen mit dem GM Falkenberg, deutlich seltener beobachtet, was vor allem auf den stärker maritim und urban beeinflussten Standort zurückgeführt wird (gedämpfte Temperatur-Tagesgänge, höheren mittlere Windgeschwindigkeiten, größere Rauhigkeit der Unterlage in der Umgebung des Standortes). 

How to cite: Syring, T. and Beyrich, F.: Untersuchungen zu Bodeninversionen in der unteren Grenzschicht auf der Basis von Messungen am 99-m-Mast in Falkenberg im Vergleich zu Modelldaten (COSMO-DE/D2) , DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-92, https://doi.org/10.5194/dach2022-92, 2022.

P22
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DACH2022-116
Katrin Frieda Gehrke, Matthias Sühring, and Björn Maronga

Landoberflächenmodelle (engl. land surface model, LSM) werden heutzutage nicht nur in numerischen Wetter- und Klimavorhersagemodellen eingesetzt, sondern finden auch zunehmend in Modellen für mikroskalige atmosphärische Phänomene Anwendung. Das LSM übernimmt dabei die wichtige Kopplung zwischen Atmosphäre und Boden und ermöglicht es, dass viele unterschiedliche Land- und Bodentypen abgebildet werden. Das Simulationsmodell PALM wird seit mehr als zwanzig Jahren für atmosphärische Grenzschichtprozesse eingesetzt und seit einigen Jahren immer häufiger für komplexe Anwendungen, beispielsweise in Städten, mit integriertem LSM eingesetzt.

In der aktuellen Studie wird das LSM in PALM beschrieben und mit in-situ Beobachtungsdaten aus Cabauw (Niederlande) evaluiert. Dazu werden zwei aufeinander folgende Strahlungstage simuliert und Temperatur, spezifische Feuchte, Horizontalwind sowie Komponenten der Energiebilanz mit Beobachtungsdaten verglichen. Dabei zeigen wir, dass die modellierten Komponenten der Energiebilanz im Analysezeitraum konsistent mit den Beobachtungen sind. Allerdings wird die stabile Schichtung der nächtlichen Grenzschicht von dem Modell überschätzt. Am Tag sind keine signifikanten Unterschiede in der bodennahen Temperatur und Feuchte zu beobachten. In einer Sensitivitätsanalyse wird der Einfluss verschiedener Parameter des LSMs auf den Simulationsverlauf getestet, da die Wahl dieser durch den Nutzer eine erhebliche Unsicherheit des Modellsetups darstellt. Insbesondere eine ungenaue Abschätzung des Blattflächenindexes, der Albedo oder des initialen Feuchtegehalts der Grenzschicht führen zu einem signifikanten Fehler in der Simulation der turbulenten fühlbaren und latenten Wärmeströme am Tag. Die nächtliche Grenzschicht wird hingegen hauptsächlich durch die Rauigkeitslänge und das gewählte Strahlungsmodell beeinflusst.

How to cite: Gehrke, K. F., Sühring, M., and Maronga, B.: Das Landoberflächenmodell in PALM: Evaluation und Sensitivität zu Modellparametern, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-116, https://doi.org/10.5194/dach2022-116, 2022.

P23
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DACH2022-168
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Till Fohrmann, Andreas Hense, and Petra Friederichs

The research on heat waves is strongly motivated by their impacts on human
life and the economy. Consequently, less research has been done on the
state of the lower atmosphere as a whole during these extreme events,
although it may play a role in the formation and persistence of heat
waves. Miralles et al. (2014) show that different factors must come
together to produce extremes such as the pronounced heat waves
in the year 2003 in France and 2010 in Russia. One interesting phenomenon
in this context is the emergence of an unusually deep boundary layer. The aim
of this work is to analyse whether this feature is a common trait of European
heat waves in general. To this end, we systematically investigate the vertical
structure and evolution of the lower atmosphere during heat waves in the
time period from 2014 to 2018. COSMO-REA6 data is used to find heatwaves
and provides vertical profiles of the atmosphere which we also compare
to radio sonde measurements. The results of our work could possibly be
used to improve the discriminability of different severity levels of heat waves or to
formulate a heat wave measure that is not based solely on surface variables.

How to cite: Fohrmann, T., Hense, A., and Friederichs, P.: Investigation of the vertical structure of the lower atmosphere during heat wave conditions, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-168, https://doi.org/10.5194/dach2022-168, 2022.

P24
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DACH2022-191
Teresa Vogl, Amy Hrdina, and Christoph K. Thomas

Understanding the source and transport behavior of atmospheric trace gases is important to better quantify, predict, and mitigate anthropogenic effects on the environment and climate. The relaxed eddy accumulation (REA) method enables measuring the fluxes of atmospheric compounds for which fast-response sensors are not available. In REA applications, air is sampled depending on the direction of the vertical wind w, into a reservoir for updrafts, and a reservoir for downdrafts, respectively. Deadbands are used to select only certain turbulent motions during sampling to obtain the concentration difference. The β factor is used to scale the measured concentration difference between both reservoirs to the flux.

In this study, we evaluated a variety of different REA approaches with the goal of formulating recommendations applicable over a wide range of surfaces and meteorological conditions for an optimal choice of the β factor in combination with a suitable deadband. Observations with fast-response sensors were collected in three contrasting ecosystems offering stark differences in scalar transport and dynamics: a mid-latitude grassland ecosystem in Europe (Lindenberg, Germany), a loose gravel surface of the Dry Valleys of Antarctica, and a spruce forest site in the European mid-range mountains (Waldstein, Germany). REA applications were simulated using the high-frequency observations.

How to cite: Vogl, T., Hrdina, A., and Thomas, C. K.: Choosing an optimal β factor for relaxed eddy accumulation applications across vegetated and non-vegetated surfaces, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-191, https://doi.org/10.5194/dach2022-191, 2022.

P25
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DACH2022-233
Klemens Barfus, Christian Bernhofer, and Matthias Mauder

Vielzählige Beschreibungen vorwiegend aus dem nordamerikanischen Raum weisen auf einen Einfluss urbaner Gebiete auf den Niederschlag hin. Dabei sind die zugrundeliegenden Ursachen nicht hinlänglich geklärt.

Eingebettet in das BMBF-ClimXtreme-Projekt wird im Rahmen der Studie der Einfluss urbaner Gebiete auf den Niederschlag am Beispiel Berlins untersucht. Dazu werden sowohl 5-Minuten/1km-Radardaten (YW-Produkt des Deutschen Wetterdienstes) als auch das mesoskalige Weather Research and Forecasting Model (WRF) verwendet. Rückgrat der Analysen ist ein Algorithmus zur Identifikation und zum Tracking hochreichender konvektiver Zellen. Indem der Algorithmus auf die Radardaten angewendet wurde, wurden Zelltracks für den Großraum Berlin im Zeitraum 2001 bis 2020 ermittelt.

Entsprechend wurden Situationen identifiziert, in denen a.) Zellen über dem Stadtgebiet entstehen, während im Umland keine hochreichende Konvektion vorhanden ist, b.) Zellen bei der Überquerung Berlins über dem Stadtgebiet eine Verstärkung der Niederschlagsintensität und/oder Größenzunahme zeigen und c.) Zellen, die nach Überquerung des Stadtgebiets im Lee der eine verstärkte Niederschlagsintensität und/oder Größenzunahme zeigen.

Für die einzelnen Fälle werden die atmosphärischen Bedingungen / mögliche Ursachen, wie Zirkulation, Stabilität, Urbane Wärmeinsel und Aerosolgehalt aus Messdaten (z.B. Stationen) und Modellen (ERA5) ermittelt. Weiterhin wird versucht entsprechende Effekte mit konvektionsauflösenden WRF-Simulationen (ERA5 als Input) nachzubilden. Hierbei wird der Einfluss der Stadtstruktur durch “Local Climate Zones” beschrieben, welche im Rahmen von Sensitivitätsanalysen variiert werden. Für entsprechende Vergleiche mit den Radardaten wird der Zellidentifizierungs- und trackingalgorithmus auch auf die WRF-Simulationen angewendet. 

How to cite: Barfus, K., Bernhofer, C., and Mauder, M.: Modifizierung des Niederschlags über urbanen Gebieten am Beispiel Berlin, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-233, https://doi.org/10.5194/dach2022-233, 2022.

P26
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DACH2022-282
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ys
Kevin Wolz, Norman Wildmann, Frank Beyrich, Eileen Päschke, Carola Detring, and Matthias Mauder

Die Technologie hat einen Punkt erreicht an dem bodenbasierte Fernerkundungsinstrumente die Möglichkeit haben die räumliche und zeitliche Datendichte im Vergleich zu konventionellen Instrumenten stark zu erhöhen. Das bietet die große Chance das Verständnis über einzelne Prozesse zu verbessern und die Vorhersagefähigkeiten von numerischen Wettermodellen zu erhöhen und ihre Ungenauigkeiten zu verringern. Das Ziel der Studie ist es diese Messungenauigkeiten und die Nutzbarkeit von Doppler Lidar Systemen für diese Zwecke zu überprüfen. Die Daten wurden während der FESST@MOL 2020 Messkampagne, organisiert von dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und initiiert von dem Hans-Ertel-Zentrum für Wetterforschung (HErZ), auf dem Grenzschichtmessfeld (GM) des DWD in Falkenberg (Tauche), Deutschland erhoben. Während der Messkampagne waren insgesamt acht Doppler Lidare der Marken Halo Photonics und Leosphere in verschiedenen Betriebsmodi aktiv. In dieser Arbeit vergleichen wir die Ergebnisse von Triple und Single Lidar Setups, von Geräten der Marke Halo Photonics und Triple Lidar Setups von Geräten der Marke Leosphere mit den Messungen eines Ultraschallanemometers, angebracht auf einer Höhe von 90 m an dem 99 m hohem, mit Instrumenten bestückten, Messturm in Falkenberg. Der Fokus der Betriebsmodi liegt auf verschiedenen virtuellen Turm (VT) Messungen und Velocity Azimuth Display (VAD) Messungen mit den Mittelungszeiten von zehn und dreißig Minuten des mittleren horizontalen Windes. Die Diskrepanz der Messwerte zwischen VT und VAD Messungen nimmt mit steigender Höhe über dem Boden zu.

How to cite: Wolz, K., Wildmann, N., Beyrich, F., Päschke, E., Detring, C., and Mauder, M.: Vergleich von Windmessungen verschiedener Doppler Lidarscanstrategien und zweier Lidarmarken mit einem Ultraschallanemometer, DACH2022, Leipzig, Deutschland, 21–25 Mar 2022, DACH2022-282, https://doi.org/10.5194/dach2022-282, 2022.