Turbulenzen sind der wichtigste Austauschmechanismus zwischen der Erdoberfläche und der darüber liegenden Atmosphäre. Sie beeinflussen Phänomene wie Klima, Sturmsysteme, Luftverschmutzung und Gletscherschmelze. „Genaue Wettervorhersagen und Klimaprognosen erfordern daher eine präzise Beschreibung der Turbulenz. Über komplexem Gelände von Gebirgsregionen ist dies besonders schwierig, da sehr wenig darüber bekannt ist, wie dieses Terrain die Turbulenz verändert“, erklärte Ivana Stiperski vom Institut für Atmosphären-und Kryosphärenwissenschaften der Universität Innsbruck am Mittwoch in einer Aussendung zu der nun im Fachjournal „Physical Review Letters“ erschienenen Studie.
Realistischere Bedinungen
Die Theorie zu atmosphärischen Turbulenzen („Monin-Obukhov-Ähnlichkeitstheorie“) stammt allerdings aus den 1950er Jahren, hat sich laut Stiperski kaum weiterentwickelt und geht davon aus, dass die Erdoberfläche flach und homogen ist, also wie eine unendliche flache Wiese. Damit sei sie nicht repräsentativ für den Großteil der Landoberfläche, die zu rund 70 Prozent durch eine gebirgige Struktur gekennzeichnet sei. „Diese letztlich inkorrekte Darstellung der Turbulenz trägt zu Ungenauigkeiten in Wettervorhersagen und Klimaprojektionen bei“, so die Meteorologin.
Im Rahmen eines vom Europäischen Forschungsrat (ERC) geförderten Projekts ist Stiperski den Uni-Angaben zufolge ein großer Schritt in Richtung einer verallgemeinerten Theorie gelungen, die für alle realistischen atmosphärischen Bedingungen gilt. Indem sie Information darüber einbezieht, wie Energie in der Turbulenz in verschiedene Raumrichtungen verteilt ist, kann die Theorie auf komplexes Terrain ausgeweitet werden. Dies ermögliche eine korrektere Darstellung von Turbulenzeffekten in Wetter-, Klima- und Luftverschmutzungsmodellen und sei „besonders wichtig für das Verständnis und die Vorhersage von Wetter- und Klimaprojektionen in Gebirgs- und Polarregionen“, so Stiperski. Die alte Theorie versage dort regelmäßig.