Hochauflösende numerische Studien zum Einfluss von Turbulenz auf nächtliche Strahlungsnebel

Nebel als meteorologisches Phänomen kann sich stark auf die Wirtschaft, aber auch auf die persönliche Sicherheit auswirken, da er die Sicht in der atmosphärischen Grenzschicht verringert. Die wirtschaftlichen Gesamtverluste, die durch Nebel im Luft-, See- und Landverkehr entstehen, sind vergleichbar mit denen von Winterstürmen.

Trotz der umfangreichen Literatur zur Nebelforschung ist unser Wissen über die physikalischen Prozesse, die zur Nebelbildung führen, und über die Mikrostruktur des Nebels noch unvollständig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass viele komplexe Prozesse wie strahlungsbedingte Abkühlung, turbulente Vermischung und die Mikrophysik des Nebels nichtlinear miteinander interagieren. Außerdem wird die Vorhersagbarkeit von Nebel durch die Heterogenität der Vegetation und der Bodenbeschaffenheit erschwert. Folglich sind die Nebelvorhersagefähigkeiten numerischer Wettervorhersagemodelle immer noch unzureichend.

In diesem Projekt werden hochauflösende Large-Eddy-Simulationen (LES) eingesetzt, um den Einfluss von Turbulenz auf nächtliche Strahlungsnebel zu untersuchen. Das LES-Modell PALM wird mit einer sehr hohen Auflösung in der Größenordnung von 1 m verwendet, wobei sowohl ein Eulersches Wolkenphysikschema als auch ein eingebettetes Lagrangesches Partikelmodell, das eine explizite Auflösung von Aerosolen und Nebeltröpfchen ermöglicht, zum Einsatz kommen werden. Dieser innovative Ansatz ermöglicht es, die Wechselwirkungen zwischen Nebeltröpfchen und Turbulenz zum ersten Mal mit LES zu untersuchen.

Das Ziel dieser Studie ist es, einen umfassenden Überblick über die Schlüsselparameter zu erhalten, die den Lebenszyklus von Strahlungsnebel sowie seine dreidimensionale Makro- und Mikrostruktur bestimmen. Darüber hinaus wird die Auswirkung einer nächtlichen Nebelschicht auf den morgendlichen Übergang und die Grenzschicht am Tag untersucht. Der Einfluss von Oberflächenheterogenität auf nächtlichen Strahlungsnebel wird mit Hilfe von LES mit vorgeschriebenen idealisierten regelmäßigen und beobachteten unregelmäßigen Oberflächenheterogenitäten untersucht. Die Simulationsdaten werden mit Beobachtungsdaten von den Superstandorten Cabauw (Niederlande) und Lindenberg (Deutschland) validiert und mit Simulationsdaten des eindimensionalen Grenzschicht- und Nebelvorhersagemodells PAFOG (Universität Bonn, Deutschland) verglichen.

Dieses Forschungsprojekt wird von der DFG unter der Förderung MA 6383/1-2 finanziert.