Systematische Untersuchung des Einflusses von Geländestrukturen auf die Dynamik und Turbulenzcharakteristika bodennaher Windströmungen

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Leitl
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286511138

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die durchgeführten systematischen Modellversuche zum Einfluss von Geländestrukturen auf die bodennahen Windturbulenz erweitern erheblich den Vergleichsdatenfundus für die Validierung numerischer Modelle und leisten einen Beitrag zur Beantwortung der den Förderantrag motivierenden Forschungsfragen. Die Beeinflussung der Windturbulenz auch durch moderate orographische Strukturen ist substanziell. Die (geometrische) Vereinfachung von Geländestrukturen hat Auswirkungen auf die vom Modell abbildbare bodennahe Windturbulenz, die nicht von Rauigkeitsparametrisierungen erfasst oder z.B. durch eine pauschale Erhöhung der Rauigkeitslänge physikalisch konsistent abgebildet werden können. Auch wenn keine dedizierte Versuchsreihe mit systematisch variierten Anströmrandbedingungen durchgeführt werden konnten lassen die vorliegenden Ergebnisse den Schluss zu, dass die Wirkung überströmter Geländestrukturen auf das bodennahe Turbulenzfeld in unterschiedlicher Anströmung substanziell verschieden ist und dass nicht notwendigerweise ein großes Modellgebiet Ungenauigkeiten in der Geländemodellierung kompensiert, da auch in orographisch (moderat) gegliedertem Gelände Turbulenzcharakteristika advektiv sehr weit transportiert werden. Im Vergleich zur Oberflächenrauigkeit haben die im Projekt untersuchten (moderaten) Geländestrukturen eine mindestens ähnliche, lokal sogar deutlich stärkere aerodynamische Wirkung und beeinflussen die bodennahen Wind- bzw. Turbulenzeigenschaften substanziell. Die Zuordnung bestimmter Turbulenzeigenschaften zu bestimmten Geländeformen ist im Rahmen der bisher durchgeführten Auswertungen und Analysen (noch) nicht gelungen, erscheint aber noch immer im Rahmen weiterer Auswertungen des umfangreichen Datenmaterials möglich.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2020): Investigation of terrain effects on wind dynamics within the lower atmospheric boundary layer. Dissertation, Faculty of Mathematics, Informatics and Natural Sciences, Department of Earth Sciences, Universität Hamburg
  Freitas, Sylvio
  
• (2017): Investigation of terrain effects on wind dynamics within the lower atmosphere. PHYSMOD2017, Ecole Centrale de Nantes, 23.-25.08.2017, Nantes
  S.Freitas, F. Erdmann, F. Harms & B. Leitl
  
• (2018): Experimental investigation of complex terrain effects on wind dynamics within the lower atmosphere. Annual Meeting of the European Meteorological Society, 03.-07.09.2018, Budapest
  S. Freitas, F. Harms & B. Leitl
  
• (2019): Flow over orographically structured terrain: Results of a systematic wind tunnel study. PHYSMOD2019, The University of Hong Kong and Hong Kong University of Science and Technology, 26.-28.08.2019, Hong Kong
  S. Freitas, J. Diezel, F. Erdmann, F. Harms & B. Leitl
  
• (2019): Systematic study of the effect of v-shaped valleys on wind flow within the surface layer. Wind Energy Science Conference 2019, 17.-20.06. 2019, Cork
  J. Diezel, B. Leitl, F. Harms, S. Freitas