Foehn Dynamik - Lagrangsche Analyse und Large-Eddy-Simulation

• Antragsteller: Professor Dr. Juerg Schmidli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411621386

Dieses Projekt betrachtet einige Grundfragen der Föhnforschung: Woher stammt die Föhnluft und durch welche Mechanismen wird sie erwärmt? Wieso steigt der Föhn in die Täler hinab und vermag den dortigen Kaltlufsee zu verdrängen? Wie variieren die physikalischen Mechanismen bei verschiedenen Föhntypen? Und wie gut können Föhnströmungen in Wettervorhersagemodellen simuliert werden? Etwas spezifischer sollen die folgenden Aspekte untersucht werden: (i) Wir weiten Lagrangesche Anlaysen zur Dynamik und Thermodynamik des Föhn aus auf verschiedene Föhnfälle und -typen. Wie in bestehenden Studien starten wir mit mikrophysikalischen Prozessen um zu sehen, wie diese die Dynamik und Thermodynamik beeinflussen, und berücksichtigen dann zusätzlich turbulente Flüsse und Strahlung im Wärmebudget der Luftpakete. (ii) Der Ursprung der Föhnluft wird bestimmt, indem ein passiver Tracer im Wettervorhersagemodell initialisiert und dann mit der Strömung transportiert wird. Insbesondere betrachtetn wir die Höhe der Luftmassen auf der Alpensüdseite als Tracer. Zusätzlich markieren wir Luftmassen über dem Alpenkamm. Zu einem späteren Zeitpunkt kann dann der Anteil dieser markierten Luftmassen in den Föhntälern bestimmt werden, d.h. das Ausmass des vertikalen Herabmischens quantifiziert werden. (iii) Large-Eddy-Simulationen (LES) und Eulersche Budgetanalysen für Wärme, Feuchte und Impuls führen wir aus für verschiedene Föhnfälle. Diese Analysen ermöglichen ein besseres Verständnis der Kopplung zwischen Föhnströmung und der Taloberfläche, und wie die verschiedenen Prozesse die Verdrängung des Kaltluftsees beeinflussen. Zudem können wir mit den Budgetanalysen im verwendeten Wettervorhersage-Modell testen, wo bestehende und neu entwickelte Parameterisierungen dieser Prozesse Stärken und Schwächen aufweisen. (iv) Die Lagrangeschen und Eulerschen Analysen, die für einzelne Fallstudien durchgeführt werden, sollen in einer vereinfachten Form auf einen klimatologischen Zeitraum von (möglicherweise) 10 Jahren ausgedehnt werden. Dazu koppeln wir die Analysen in einer neuartigen Weise an das Wettervorhersagemodell: numerische Simulation und Analysen laufen parallel zueinander, wobei sie über eine sogenannte Virtualisierung-Schnittstelle miteinander kommunizieren. Das Projekt beruht wesentlich auf der Simulationen verschiedener Föhnfälle mit dem COSMO-Wettervorhersagemodell. Beobachtungen werden verwendet um die numerischen Simulationen zu validieren. Die Lagrangeschen und Eulerschen Analysen ergänzen sich methodisch gegenseitig und ermöglichen so eine umfassendere Analyse der physikalischen Mechanismen. Das Projekt baut stark auf neuen methodischen Fortschritten der letzten Jahre auf und ermöglicht deshalb einen neuen Einblick in bestehende Grundfragen der Föhnforschung. Ein Ziel ist es auch, den Föhn in numerischen Simulationen genauer zu erfassen und damit den Weg zu bereiten für bessere Vorhersagen Wetterphänomens des Alpenraums.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Michael Sprenger, Ph.D.