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32 4 Methoden
4.3 Böenparametrisierung der CLM-Konsortialläufe
Da Schäden in Näherung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ansteigen (Klawa,
2001), sind gerade diese bei der Untersuchung von Winterstürmen von Interesse. Zur
Bewertung der Stärke eines Sturmes werden verschiedene Kriterien verwendet. Man unterschiedet
zwischen dem mittleren Wind (10-Minuten Mittel der Windstärke) und der maximalen
Böengeschwindigkeit v max . Abhängig von der Rauigkeitslänge und der Stabilität in
der Grenzschicht können die einzelnen Böen das 10 Minuten Mittel um einen Faktor von 1,4
bis 2 (Abbildung 4.5) übertreffen.
In einigen mesoskaligen Modellen werden die Böenwerte mit Hilfe der turbulent kinetischen
Energie (TKE) parametrisiert. Die Methode nach Brasseur (2001) bestimmt die Geschwindigkeitsfluktuationen
aus der TKE und der Stabilität in der atmosphärischen Grenzschicht.
Dabei wird von der Annahme ausgegangen, dass in der Grenzschicht abhängig
von der Stabilität große Turbulenzelemente Windgeschwindigkeiten aus höheren Schichten
bis zum Boden befördern können. Bedingung hierfür ist, dass die mittlere turbulente kinetische
Energie der großen turbulenten Wirbel größer als die Auftriebsenergie zwischen
der Oberfläche und der Höhe eines betrachteten Luftpakets ist. Ein einfacherer Weg, die
Böengeschwindigkeit zu bestimmen, ist die Verwendung eines konstanten empirischen Faktors,
der entweder auf Landnutzungsdaten oder Rauigkeitslängen beruht (Wieringa, 1986;
Hofherr und Kunz, 2008). Dabei wird der Mittelwind aus dem Modell mit dem Böenfaktor
an jedem Gitterpunkt multipliziert.
Im regionalen Klimamodell CLM (siehe Kapitel 3.1.1) mit den hier verwendeten Konsortialläufen
1 und 2 ergibt sich die maximale Böengeschwindigkeit aus der Berechnung der
konvektiven und der turbulenten Böenbestimmung. Da die Werte der turbulenten Böengeschwindigkeit
in einigen Fällen unrealistisch hoch erschienen, wurde bei den CLM-KL
Läufen eine künstliche obere Grenze von 30 m/s eingeführt (persönliche Mittelung, Feldmann
(2008)). Dies macht allerdings in der vorliegenden Arbeit die Auswertung der Böengeschwindigkeiten
mit Hilfe der Extremwertstatistik unmöglich.
Abbildung 4.5: Windgeschwindigkeiten gemessen mit einem Ultraschallanemometer an
der Wetterstation auf dem Physikhochhaus der Universität Karlsruhe am
1. März 2008 während des Orkantief Emma. In Rot ist das 10-Minutenmittel
und in Gelb die Spitzenwerte dargestellt.