ZUM VERSTÄNDNIS ATMOSPHÄRISCHER WELLEN

Jörg DummannSymposium „Mittelgebirgswellen“

5. Februar 2011, Institut für Meteorologie und Klimatologie der Humboldt Universität Hannover

Brauchen wir neue Denkmodelle?

+-Temperatur

VertikaleSchwingung

HorizontaleWellenausbreit

ung

„Transversalwelle“

Höhe

+ =

durch hydro-statische

Kräfte

durch seitliche Reibung

...wegen des

Fehlens ausreichender

innerer Reibung (z.B.) in Gasen nicht existent!

Quelle der Animation folgt...!

Leewellen (Gebirgswellen)

Das verbreitete, hydrostatische Denkmodell…

• zeigt keine “stehende Welle”, sondern eine vom Wind versetzte Schwingung,

• versagt bei der Erklärung von zu beobachtenden Phänomenen:

• Wellen formieren sich oberhalb einer (thermisch!) turbulent durchmischten Schicht Der Einstieg in diese Wellen ist in niedrigen Höhen (Windenstart) nicht möglich.• Die vollständig laminare Strömung der Welle ist durch Auslenkung von Luftpaketen ausgehend vom unregelmäßigen Relief nicht zu erklären.

(Eine seitliche Ausbreitung der vertikalen Schwingung ist zudem physikalisch unmöglich)

• Über dem Bergrücken selbst bildet sich trotz vertikaler Auslenkung der Strömung keine Welle

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Scherungswellen(Scherwellen, Inversionswellen)

…sind als “externe Schwerewellen” bzgl. Ihrer Entstehung und Ausbreitung an Grenzflächen (Temperatur- also Dichtesprungschichten, i.e. Inversionen) der Atmosphäre gebunden.

“Interne Schwerewellen“ dagegen entstehen in stabilen SchichtungenIhre Ausbreitung kann in alle Richtungen des Raumes (außer der Senkrechten) erfolgen.

Beide Fotos: Jörg Dummann

http://www.ucar.edu/communications/staffnotes/0105/WxClds12b_36.jpg

Scherungswellen(Scherwellen, Inversionswellen)

Das verbreitete, hydrostatische Denkmodell versagt vollständig bei der Erklärung des Phänomens, dass durch ausschließlich horizontale Energiezufuhr eine vertikale Schwingung, die sich horizontal ausbreitet, entstehen kann.

Horizontale Schwingung

HorizontaleWellenausbreit

ung

„Longitudinalwelle “

(Druckwelle, Kompressionswelle)

+ =

durch Kompression

/Dekompressi

on

durch Weitergabe

von Impulsenergi

e

+-Temperatur

Höhe

...existent auch in

reibungsarmen Medien, z.B.

Gasen!

Quelle der Animation folgt...!

Longitudinalwellen in geschichteten Fluiden

erscheinen als Mischform aus Longitudinal- und (Pseudo-) Transversalwellen.

Quelle der Animation folgt...!

Longitudinalwellen in geschichteten Fluiden

erscheinen als Mischform aus Longitudinal- und (Pseudo-) Transversalwellen.

W. Georgii, 1927, S. 25

D. Etling, 2008, S. 195

Quelle der Animation folgt...!

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Dieses Denkmodell…

• zeigt eine “stehende Welle”

• erklärt zu beobachtende Phänomene:

• das Formieren von laminaren Leewellen oberhalb einer (ggfs. thermisch!) turbulent durchmischten Schicht Ggfs. die Unerreichbarkeit dieser Wellen aus niedrigen Höhen (Windenstart).• Die vollständig laminare Strömung der Welle oberhalb der atmosphärischen Grenzfläche.• Das thermodynamisch unerklärbare Herabsteigen des Föhns in die Täler, sowie Föhnstürme (Downslope Windstorms) an Leehängen

• Den Rotor nicht als idealisiertes “Rollenlager der Strömung”, sondern als Teil der Welle

Leewellen (Gebirgswellen)

Video: Jörg Dummann – Mit Dank an das DLR Göttingen, dass wir den Nachbau des Prandtl-Kanals für diesen Kleinen Versuch nutzen durften.Näheres: http://www.dlr.de/schoollab/PortalData/24/Resources/dokumente/go/prandtl.pdf

Foto: Jürgen Dittmar, AT Klix