Wieviel Schnee sublimiert?
Neue Erkenntnisse dank Experimenten im Windkanal
Zusammenfassung
Eine
ungelöste Frage in der Massenbilanz der Polargebiete und der alpinen
Schneedecke ist, wie viel Schnee wieder in Form von Wasserdampf an
die Atmosphäre zurückgegeben wird. Sowohl der Wasserhaushalt der
Atmosphäre als auch die Entstehung und Erhaltung mächtiger
Eisschilde und Gletscher hängen von dieser Verdunstung ab, die
besonders intensiv während Schneeverfrachtungsperioden wirkt. Das
SLF untersucht den Prozess mit Hilfe von Feldmessungen,
Modellierungen und Experimenten im Windkanal. Ein Durchbruch wurde
dabei zusammen mit japanischen Forschern erzielt, und der Effekt der
Schneeverfrachtung auf die Verdunstung konnte erstmals quantitativ in
einem Windkanalexperiment gezeigt werden. Dabei stellte sich heraus,
dass der Einfluss der Schneeverfrachtung noch grösser ist, als
bisher durch Modelle beschrieben. Insbesondere bei stark
dendritischen (verästelten) Schneekristallen und hoher
Sonneneinstrahlung wird sehr viel Verdunstung erzeugt. Erste
Modellrechnungen ergeben, dass bereits bei mittleren
Windgeschwindigkeiten (5 ms-1) und bei mittlerer relativer Feuchte
(70 %) ca. 1 cm Schnee pro Tag verdunsten kann. Jetzt versuchen die
Forscher, die Mechanismen der Verdunstung noch genauer zu verstehen
und bessere Vorhersagen über die Rolle der Verdunstung insbesondere
im Gebirge zu machen.
Experimenten im Windkanal; Sublimation von Schneeverfrachtung
In einem Windkanal wurden Experimenten durchgeführt, um Modelle
zu validieren, welche die Sublimation von Schneeverfrachtung
berechnen. Während den Versuchen bildet sich über der sinternden
Schneedecke eine Luftschicht mit aufgewirbelten, hüpfenden
Schneekörner (Saltationssschicht). Die Sublimation und den
Schneetransport wurden in zwei vertikalen Profilen, die entlang der
Strömung separiert sind, gemessen. Diese Messungen wurden mit einem
einfachen, ein-dimensionalen Diffusionsmodell für Verfrachtung und
Sublimation verglichen. Die Experimente zeigen eine Erhöhung der
Luftfeuchte durch die Sublimation während der Schneeverfrachtung.
Der gemessene Einfluss der Sublimation ist größer als modellierte
Werte. Bei den Bedingungen des Windkanals ist die Teilchendichte der
kontrollierende Faktor für die Sublimationsrate. In Experimenten mit
zusätzlicher Energie durch Sonneneinstrahlung ist der Anstieg der
Sublimierungsrate größer als der erwartete theoretische Wert. Die
Experimente lassen vermuten, dass der Einfluss der unregelmäßigen
Schneekristalle und der Sonneneinstrahlung deutlich grösser ist als
wie in den meisten Schneeverfrachtungsmodellen beschrieben wird.
Weitere Informationen finden Sie in Wever et al. (2009).
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Figure 1: Pattern of
snow sublimation during drift over the Gaudergrat mountain ridge
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Wever, N., Lehning, M., Clifton, A.,
Rüedi, J.-D., Nishimura, K., Yamaguchi, S., Nemoto, M., Sato, A., 2009.
Verification of moisture budgets during drifting snow conditions in a cold wind
tunnel, Water Resources Res., 45, doi:10.1029/2008WR007522.
Entwicklung Lagranges Modell für die Beschreibung von Schneeverfrachtung und Sublimierung
Wir
entwickeln ein Lagranges Modell um den Übergang von Saltation zur
Suspension zu beschreiben. Damit können wir feinskalige Muster durch
Erosion und Deposotion rekonstruieren. Diese Methode basiert auf
einer Langevin Gleichung, welche teilweise berechnete Turbulenz
berücksichtigt. Eine Neuigkeit ist die Verknüpfung der Gleichungen
von Wärme- und Massenflüssen mit der Gleichung des Transports. Dies
ermöglicht eine Berechnung der Sublimation von Schneeverfrachtung.
Dank dieser Methode kann die heutige Schätzung der Sublimation von
Schneeverfrachtung, die stark von der Teilchendichte abhängig ist,
verbessert werden. Mit einem meteorologischen Modell (ARPS) und LES
(large eddy simulation) Modelle wird der Einfluss der mittlere
Strömung und Turbulenz auf die räumliche Schneeverteilung
erforscht.
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