Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2658
Authors: Prestel, Isabelle
Title: Dynamik von Bannerwolken : Theoriebildung und Simulationen mit realistischer Orografie
Online publication date: 27-Apr-2018
Year of first publication: 2018
Language: german
Abstract: Banner Clouds are a rather unknown but still interesting meteorological phenomena. This cloud type occurs exclusively on the leeward side of steep mountains or ridges on otherwise cloud free days. They can be frequently observed at Mt. Matterhorn in the Swiss Alps or at Mt. Zugspitze in the Bavarian Alps. The present work investigates under which flow conditions as well as mountain shapes Banner Clouds are most likely to occur. Therefore, we carried out Large-Eddy simulations of dry air past idealized orography in the first part of this work. In the second part, we focussed on a more realistic case by the use of the orography of Mt. Zugspitze. To gain more informations about the formation of Banner Clouds at this specific mountain, we carried out numerical Large-Eddy simulations with the orography of Zugspitzplatt. Additionally, we compared the simulation results with the observations at Mt. Zugspitze. In the first part of the work, we showed that Banner Clouds favour steep mountains in combination with a weakly stratified flow. Banner Clouds can be observed in the lee of the mountain, only if the flow is able to go rather around than over it. We also found that a strong surface friction is essential for Banner Cloud formation. The reason for this is, only the frictional generated lee vortex can produce an uplift of air on the leeward side of the mountain that is characteristic for Banner Clouds. Concerning asymmetric mountains, we showed that Banner Clouds occur on obstacles with a steep slope on the leeward side while the windward side is relatively flat. In the second part of the work we found, that the distribution of the humidity as well as the origin of the air parcels have a large impact on Banner Cloud formation at Mt. Zugspitze. Furthermore, we showed that there is a preference for Banner Clouds to occur for south easterly flows as long as the lifting of air on the leeward side is quite short. Additionally, we found that the height of the neutral boundary layer has to be around the height of the ridge top, to produce a large vertical uplift on the leeward side.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Thema Bannerwolken, wobei diese Wolkenart sogar innerhalb der Meteorologie ein eher unbekanntes Phänomen darstellt. Es handelt sich um Wolken, die ausschließlich auf der windabgewandten Seite (also im Lee von steilen Bergen oder auch Graten) auftreten und dabei wie ein Wolkenbanner am Gipfel aussehen. Diese Wolken können häufig in den Schweizer Alpen am Matterhorn oder auch in den Bayrischen Alpen an der Zugspitze beobachtet werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden ausschließlich numerische Grobstruktursimulationen verwendet um Erkenntnisse, die zur Entstehung dieser speziellen Wolkenart führen, zu finden und genau zu beschreiben. Im ersten Teil der Arbeit werden hierzu Parameter, die die Strömung und die Orografie beschreiben, systematisch variiert. Im zweiten Teil werden zusätzlich Ergebnisse aus früheren Messungen, die schon im Jahr 2005 an der Zugspitze durchgeführt worden sind, mittels Modellsimulationen verglichen und mögliche Hypothesen, die zur Entstehung von Bannerwolken an dem Grat zwischen Zugspitzeck und dem Gipfel der Zugspitze führen, ausführlich getestet. Es konnte gezeigt werden, dass Bannerwolken bevorzugt an steilen Hindernissen unter eher neutral geschichteten Strömungen entstehen. Bannerwolken benötigen ein Umströmen des Hindernisses, weshalb es schwieriger ist sie an einem Grat zu beobachten. Auch der Einfluss der Bodenreibung und die damit verbundene Wirbelausbildung spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Bannerwolken. Denn nur der Leewirbel, der durch eine starke Bodenreibung hervorgerufen wird, produziert starke Hebungen von Luftpaketen im Lee des Berges, die dann durch adiabatische Expansion wolkenreiche Luft im Lee bilden können. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Bannerwolken an asymmetrischen Hindernissen entstehen können, solange der steile Abfall der Orografie sich im Lee des Berges befindet. Die Analyse zeigt weiterhin, dass an der Zugspitze sowohl die Herkunft der Luftpakete, als auch die Verteilung der spezifischen Feuchte eine wichtige Rolle für die Bildung von Bannerwolken an diesem Berg spielen. Die in früheren Messungen gefundene Präferenz für eine Anströmung aus südöstlicher Richtung konnte durch Modellsimulationen bestätigt werden, solange die Hebung der Luftpakete innerhalb eines kurzen Zeitraumes erfolgte. Außerdem muss sich die Höhe der neutralen Grenzschicht in Gipfelnähe befinden, damit sich Bannerwolken dort ausbilden können.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2658
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000019716
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 155 Seiten
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