Atmosphäre und Gebirge – - DMG

promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006 C. Kottmeier, F. Fiedler: Vertikaler Austausch über Mittelgebirgen
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Abb. 4-3: Verteilung der Ozonkonzentration aus bodennahen Messungen des
AIRMARAIX-Messnetzes und aus Messungen der DO-128 mit den
gemessenen Windvektoren (Referenzpfeil 5 m/s) am Nachmittag des
25. Juni 2001 in 920 m Flughöhe. Die Einzelpunkte geben die am Boden
gemessenen Stundenmittelwerte von Ozon an.
Aufwindgebieten bodennahe stickoxidbelastete Luft
innerhalb von wenigen Minuten die obere Grenzschicht.
Bei den hier untersuchten Photosmogsituationen
dominieren aufwärtsgerichtete turbulente Stickoxidflüsse.
Der konvektive Ozontransport ist dagegen
teils aufwärts und teils abwärts gerichtet. Dies ist durch
die quellferne Bildung von Ozon aus den Vorläufergasen
zu erklären. Das Maximum des Ozons liegt dabei
abgehoben vom Boden innerhalb der Grenzschicht
und der sich ausbildende Vertikalgradient des Ozons
führt zu einem konvektiven Abwärtstransport des Gases
zur Erdoberfläche. Die Abwinde dagegen beziehen
oft Luft aus der schadstoffarmen Luft oberhalb der
Grenzschicht mit ein. Die verstärkte Konvektion bewirkt
infolgedessen auf zweifache Weise eine Reduktion
der hohen Schadgaskonzentrationen in Bodennähe
durch Ausdehnung des Durchmischungsraums und
durch Entrainment unbelasteter Luft aus der freien
Atmosphäre. Auch in 800 m sind noch deutlich kleinräumige
Variationen zu erkennen, da die Aufwinde
sehr unterschiedlich mit bodennah emittierten Stoffen,
vor allem durch Verkehrsemissionen, beladen sind.
Dagegen bleibt die Atmosphäre in 2800 m Höhe unbeeinflusst.
3.2 Auslösung flacher und hochreichender Konvektion
über Mittelgebirgen bei VERTIKATOR
Das Messprogramm VERTIKATOR wurde im Mai
und Juni 2002 im Schwarzwald und unmittelbar daran
anschließend am nördlichen Alpenrand durchgeführt.
Ziele war es dabei, den orografischen Einfluss auf die
Auslösung von Konvektion und die mit ihr verbundenen
Vertikaltransporte von Energie und Wasser zu
untersuchen. Die Messungen sollen vor allem zur verbesserten
Darstellung der Prozesse in numerischen
Modellen genutzt werden.
Hierbei erfolgten an Bodenstationen Messungen
aller Komponenten der Energiebilanz
am Erdboden (Abb. 4-4). Mit Fernerkundungssystemen
(Dopplersodar, Wind-
Temperatur-Radar) wurde die Vertikalstruktur
der regionalen Windsysteme vermessen.
Um die zeitliche Entwicklung und
räumliche Struktur konvektiver Elemente
zu verfolgen, wurden Fallsonden von oben
in die Konvektionszellen (Cumuluswolken)
abgeworfen. Die Messungen der fünf eingesetzten
Messflugzeuge erfassten die räumliche
Verteilung von Wind, Temperatur und
Feuchte im gesamten Messgebiet sowie
innerhalb und außerhalb konvektiver Zellen.
Mit Hilfe von Radiosonden wurde der
Vertikalaufbau der Troposphäre erfasst. Infrarotmessungen
der Satelliten METEO-
SAT und NOAA wurden genutzt, um Tagesgänge
der Landoberflächentemperatur
(LST) für das gesamte Messgebiet zu bestimmen
(SCHROEDTER et al. 2003).
Während der Messkampagne im Nordschwarzwald
konnte ein breites Spektrum unterschiedlicher konvektiver
Wettersituationen von flacher Kumuluskonvektion
(z. B. 31. Mai, 1. und 3. Juni 2002) bis zu hochreichender
Konvektion (19. und 20. Juni 2002) vermessen
werden. Die Unterschiedlichkeit der Fälle lässt
sich durch die Werte der „konvektiv verfügbaren potentiellen
Energie“ (CAPE) kennzeichnen. Die CAPE
ist ein Konvektionsindex, der durch die Temperatur-
Abb. 4-4: VERTIKATOR-Messgebiet (ca. 100 km x 70 km, rot
gestrichelte Linie) und projizierter Flugweg des Forschungsflugzeugs
DO128 (blaue Linie). Die Boden-,
Radiosonden- und Fernerkundungsstationen waren
überwiegend entlang der Linie 1-4-7 installiert. Die
Flugmuster zweier weiterer Messflugzeuge sind in
grün (Hornisgrindegebiet) und violett (Murgtalausgang
zum Rheintal) eingezeichnet.