Turbulenter Austausch in der stabilen Gebirgsgrenzschicht

Turbulente Bewegungen in der atmosphärischen Grenzschicht, das heißt der untersten Schicht der Atmosphäre, spielen eine wichtige Rolle für den Austausch von Impuls, Wärme, Feuchte und anderen Atmosphärenbestandteilen zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre, sowie innerhalb der Grenzschicht. Die korrekte Darstellung dieser turbulenten Transportprozesse in Wettervorhersagemodellen und Klimamodellen ist daher maßgeblich für genaue Vorhersagen. Turbulenz wird in der Grenzschicht durch Windscherung und untertags durch Auftrieb aufgrund der Erwärmung des Bodens produziert. Andererseits wird Turbulenz in der Nacht durch die Abkühlung des Bodens und der daraus resultierenden stabilen Schichtung der Atmosphäre gedämpft. Turbulenz und turbulenter Transport sind daher typischerweise schwach und unterbrochen unter stabilen Bedingungen und die existierenden Theorien zur Beschreibung des turbulenten Austauschs in Vorhersagemodellen werden ungültig, sodass diese Modelle oftmals Probleme mit stark stabilen Verhältnissen haben. In diesem Projekt wollen wir den bodennahen turbulenten Austausch im österreichischen Inntal untersuchen. Gebirgstäler wie das Inntal sind bei ungestörten, wolkenlosen Bedingungen durch Windsysteme mit starkem Tagesgang gekennzeichnet. Aufgrund der stärkeren Abkühlung der Talatmosphäre im Vergleich zum Vorland entstehen nächtliche Talauswinde, die entlang der Talachse ausgerichtet sind. Zusätzlich führt die stärkere Abkühlung des Bodens an den Talhängen im Vergleich zur freien Talatmosphäre dazu, dass sich Hangabwinde bilden. Die vertikalen Windprofile der Talauswinde und der Hangabwinde sind durch starke vertikale Windscherung gekennzeichnet. Der horizontale Aufbau der Talauswinde und die Überlagerung der beiden Windsysteme führt zu weiterer Windscherung, welche ebenfalls zur Turbulenzproduktion beiträgt. Andererseits treten in Tälern häufig Kaltluftseen oder Temperaturinversionen auf, das heißt stark stabile Schichten, die Turbulenz dämpfen. Das Ziel dieses Projektes ist es die jeweiligen Beiträge dieser gebirgsspezifischen Prozesse zur Turbulenzproduktion beziehungsweise Turbulenzabschwächung in der Grenzschicht eines Gebirtstals zu untersuchen. Daten von sechs Eddy-Kovarianz Stationen im Inntal werden analysiert, die Teil des i-Box Projektes der Universität Innsbruck sind. Die Stationen stehen an unterschiedlichen Messstandorten: am Talboden, an den süd- und nordausgerichteten Hängen, sowie auf einem Berggipfel. Wir werden die räumlichen Variabilitäten des bodennahen turbulenten Austausches quantifizieren; bestimmen ob die beständige Windscherung aufgrund der charakteristischen Windsysteme ausreicht um, im Gegenteil zu unterbrochener, kontinuierliche Turbulenz zu erzeugen; den Einfluss von beobachteten Schwingungen in der nächtlichen Strömung bestimmen und den turbulenten Austausch während der morgendlichen und abendlichen Übergangszeiten beschreiben.