Die hochinstationäre Wechselwirkung zwischen Windböen und Waldkanten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bodo Ruck
• Subject Area: Strömungsmechanik ; Forstwissenschaften
• Term: from 2008 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 58426698

Wälder besitzen eine extrem wichtige Funktion für unser Klima. Holz stellt darüber hinaus ein wichtiges Wirtschaftsgut dar. Durch Stürme und Orkane werden pro Jahr Windwurf- und Windbruchschäden in mehrstelliger Millionenhöhe verursacht (Orkan "Lothar" warf/brach im Jahre 1999 ca. 29.000.000, Orkan Kyrill im Jahr 2007 ca. 15.000.000 Bäume). Beobachtungen zeigen, dass der Windwurf häufig waldrandnah beginnt und progressiv in den Bestand voranschreitet. Eine zentrale Rolle bei der Schädigung scheint hierbei die Wechselwirkung zwischen hochinstationären Windböen und dem Waldrand zu spielen. Im Rahmen der ersten Antragsperiode wurde diese Wechselwirkung eingehend erforscht. Durch Einsatz von high-tech-Strömungsmessverfahren (TR-PIV) konnte die Wirkung von Starkwindböen auf Wald-kanten und damit ihr Beitrag am zerstörerischen Impulseintrag im Detail geklärt werden. Die Ergebnisse entsprechen nicht der vorherrschenden Lehrmeinung, im Gegenteil, sie bewei-sen, dass die seit fast 20 Jahren favorisierten Modellvorstellungen über die Ausbildung von Wirbeln infolge von Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten im Kronendach der Waldkante nicht halt-bar sind. Es zeigte sich, dass Starkwindböen als seltene, singuläre Ereignisse höchster Ge-schwindigkeit aufgefasst werden müssen, die nicht in einem experimentellen oder "numeri-schen" Windkanal als Folge der Scherturbulenz aus einem horizontalen Anfangsprofil der Windgeschwindigkeit entstehen, sondern diskret simuliert werden müssen. Wie die Untersu-chungen aus der ersten Antragsphase gezeigt haben, beschränkt ein Querströmungsphänomen, das nur im Waldkantenbereich auftritt, die hohen Impulseinträge auf den kantennahen Kronenraum. Die Länge diese Bereichs hängt dabei offensichtlich von der Böenlänge ab. Das bedeutet, dass der schädigende Impulseintrag in das kantennahe Kronendach eine Funktion von charakteristischen Böenskalen darstellt. Nachdem die Phänomenologie des Vorgangs in der ersten Antragsperiode offengelegt werden konnte, soll nun in der zweiten Antragsperiode durch systematische Untersuchungen im Windkanal der Zusammenhang quantitativ herausgefunden werden, der zwischen charakteristischen Böeneigenschaften und zerstörerischem Impulseintrag besteht. Das übergeordnete Ziel dabei ist, Empfehlungen für den Waldbau zu formulieren, die die Bestandsstabilität gegenüber Sturmereignissen erhöhen.

• DFG Programme: Sachbeihilfen