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Wind und Turbulenz

 
Wir arbeiten an theoretischen und praktischen Fragestellungen, die den Wind und die Turbulenz in der Bestandesschicht (d.h. innerhalb von Wäldern und in Städten und Strassenschluchten) sowie in komplexem Gelände (Hangwinde, Gebirge) beschreiben. Wir entwickeln experimentelle und numerische Methoden, um die Strömung und den damit verbundenen Austausch von Energie und Spurengasen über diesen komplexen Oberflächen zu visualisieren, zu verstehen und räumlich zuzuordnen.

Sturmschäden 

Sturmschäden

Stürme sind derzeit ist größte Naturgefahr für Wälder in Europa. Der letzte Jahrhundertsturm „Lothar“, der am 26.12.1999 in Südwestdeutschland auftrat, verursachte allein in den Wäldern Baden-Württembergs eine Schadholzmenge von rund 30 Millionen m³. Der finanzielle Schaden für die Forstwirtschaft betrug geschätzte 770 Millionen Euro. An der Professur für Umweltmeteorologie wurde ein hochaufgelöstes empirisches Sturmschadensmodell entwickelt, mit dem Schäden während extremer Sturmereignisse simuliert werden können (Schindler et al., 2016).

Die Entwicklung des zukünftigen Wintersturmgeschehens über Europa ist von großer Bedeutung für viele verschiedene Gesellschaftsbereiche und Wirtschaftszweige. Extreme Winterstürme (z. B. Sturm Lothar) verursachten seit 1980 für über 60 Mrd. US$ Schäden in ganz Europa. Da allerdings einzelne, modellbasierte Projektionen des zukünftigen Sturmgeschehens mit z. T. großen Unsicherheiten behaftet sind, haben Mölter et al. (2016) eine Vielzahl aktueller Studien zusammenfassend evaluiert. Mithilfe der effektiven Tendenz der Entwicklung des Wintersturmgeschehens (effective tendency) konnten sie zeigen, dass die Ergebnisse der evaluierten Studien auf eine Intensivierung des Sturmgeschehens über Mittel- und Westeuropa hinweisen. Für Südeuropa ist nach dem derzeitigen Kenntnisstand davon auszugehen, dass sich die Intensität des winterlichen Sturmgeschehens abschwächt.

Druckschwankungen und Gasaustausch

Direkt über dem Boden eines Waldes hängen Schwankungen des Luftdrucks im Bereich von 0.01 Hz bis 0.10 Hz von der Windgeschwindigkeit an der mittleren Bestandeshöhe des Waldes ab. Diese wind-induzierten Luftdruckschwankungen haben einen merkbaren Effekt auf den Gastransport im Oberboden und damit auf den Gasaustausch des Waldbodens mit der Atmosphäre. Der Effekt wird als Druckpumpen (pressure pumping) bezeichnet und ist eine bislang wenig erforschte Stellgröße, mit der die Performance von Gastransportmodellen verbessert werden kann. Die Abhängigkeit des Druckpumpens von der Windgeschwindigkeit kann mit einem Pumpkoeffizienten (pressure pumping coefficient) quantifiziert werden (Mohr et al., 2016).

Pressure Pumping

Windenergiepotential

Im zukünftigen Energiemix Deutschlands wird Windenergie eine bedeutende Rolle spielen. Die nutzbare Windenergie ist allerdings eine sehr variable Größe, daher kommt der Suche nach geeigneten Standorten für Windenergieanlagen eine fundamentale Bedeutung zu. Insbesondere in Regionen mit komplexem Gelände wie Baden-Württemberg ist die kleinräumige Abschätzung des durchschnittlichen jährlichen Windenergieertrags eine Herausforderung. An der Professur für Umweltmeteorologie wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die kleinräumige Windenergieertragsabschätzunge ermöglicht (Jung, 2016).


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