Wettermast Hamburg

Der Wettermast Hamburg mit seinem Datenarchiv aus mitterweile über 25 Jahren Messbetrieb bietet viele Möglichkeiten zu Forschungsarbeiten im Bereich der urbanen Grenzschicht. Beispielsweise könnten folgende Themen bearbeitet werden:

Das Phänomen der nächtlichen Ostwinde bei stabiler Schichtung (Bachelor):
In Nächten mit stabiler Schichtung und niedrigen Windgeschwindigkeiten in Bodennähe kommt es am Wettermast Hamburg regelmäßig zu östlichen Windrichtungen, auch wenn der Wind in den höheren Schichtungen aus Westen kommt. In einer ersten Bachelorarbeit wurde dieses Phänomen bereits statistisch charakterisiert und mit Messungen am Mast in Verbindung gebracht. Zwei weitere Arbeiten haben sich mit der räumlichen Verbreitung des Phänomens in Hamburg sowie den meteorologischen Bedingungen während des Phänomens am Mast selbst beschäftigt. Darauf aufbauend wird es künftig sicherlich weitere interessante Fragen zu bearbeiten geben.
Zeitreise am Wettermast: Die erste meteorologische Ausrüstung des Sendemasts mit Wind- und Temperatursensoren fand in den 1960er Jahren im Rahmen des „3-Türme-Projekts“ statt, die Ergebnisse wurden, u. a. von G. Manier, in den 1970ern umfassend dokumentiert. Seitdem hat sich vieles verändert: Die Instrumentierung, Dauer und zeitliche Auflösung der Messungen, sogar die Höhe der obersten Windmessung. In einer Bachelorarbeit sollen die Ergebnisse von damals mit modernen Methoden und neuen Daten nachvollzogen werden. Welche Unterschiede gibt es? Was wusste man damals schon? Was können wir heute mehr oder besser?
Zeitliche Variabilität der Turbulenz, Turbulenzspektrogramme/Wavelets (Bachelor):
Aufbauend auf der Bachelorarbeit von Jan Arndt über Turbulenzspektren des Windes am Wettermast sollen stunden- oder tageweise die Turbulenzsprektren aus den Rohdaten berechnet und dargestellt werden. Wie ändert sich das Turbulenzspektrum mit der Zeit (im Tages-, Wochen-, Jahresverlauf)? Kann man einen mittleren Tagesgang erstellen? Vergleich unterschiedlicher Höhen.
Böen und Beschleunigungen am Wettermast (Bachelor): Schäden an Gebäuden und Strukturen werden sowohl von hohen Windgeschwindigkeiten (Böen, v), als auch von hohen Beschleunigungen (dv/dt) verursacht. Aufbauend auf mittlerweile über zehn Jahren Windaufzeichung mit einer Messrate von 20 Hz soll eine Böen- und Beschleunigungsstatistik erstellt werden.
Stabilitätsmaße 1/L, Ri_f, Ri_g und Temperaturgradient (Bachelor): Für viele statistische Untersuchungen muss der Zustand der Grenzschicht in Stabilitätsklassen (stabil, neutral, labil, durchaus mit weiteren Abstufungen) eingeteilt werden. Die verschiedenen Maße sind sich jedoch nicht immer einig. Es soll ein Vergleich der am Wettermast verfügbaren Stabilitätsmaße erstellt werden. Welche Bedingungen sind gut, welche weniger gut berechenbar?
Einfluss der Mastschwankungen auf die Turbulenzmessungen (Bachelorarbeit): Nach Angaben des NDR hat der Mast eine mechanische Eigenschwingungsfrequenz von 1,5 Hz. Wo finden sich diese Mastschwankungen in den Daten? Charakterisierung der Schwankungen (Richtung, Frequenz, Abhängigkeit von Messhöhe, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Böigkeit, …). Inwieweit haben diese Mastschwankungen Einfluss auf die Wind- und besonders Turbulenzmessungen?
Methodik der CO₂- und Wasserdampfflussmessungen am Wettermast (Bachelor): CO₂ und Wasserdampf einerseits und der Windvektor andererseits werden je für sich mit 20 Hz gemessen. Daraus kann man nach der Eddy-Kovarianz-Methode z. B. den vertikalen turbulenten latenten Wärmefluss und den vertikalen CO₂-Fluss bestimmen. Streng genommen finden die Messungen aber weder am selben Ort noch zur selben Zeit statt. Wie wichtig ist die Gleichzeitigkeit der Messungen beider Geräte, wieviel räumlicher Versatz ist akzeptabel? Was bedeutet das für unseren Messaufbau?
Evaluierung von MPI-Modellen am Wettermast (Master): Teil 1 (bereits in Bearbeitung): Der Wettermast stellt detaillierte Antriebs- und Vergleichsdaten für das Landoberflächenmodell JSBACH des MPI-M zur Verfügung. Diese sollen genutzt werden, um Stärken und Schwächen von JSBACH zu identifizieren und um zu klären, welchen Einfluss die Aktualisierungsfrequenz der Antriebsdaten auf die Modellierung hat. Teil 2: Erweitert man JSBACH mit einem Single-Column-Modell der Grenzschicht (z. B. mit ICON Single Column) kann zusätzlich auch die Grenzschichtentwicklung evaluiert werden. Damit kann geklärt werden, ob das Modell den Übergang zur stabilen Schichtung realistisch wiedergeben kann.
Windrichtungsdrehung am Wettermast (Bachelor): Eine Besonderheit der Windprofile am Wettermast Hamburg ist die Drehung des Windes mit der Höhe, die schon im unteren Teil der Grenzschicht, der Prandtl-Schicht stattfindet. Dies widerspricht der klassischen Grenzschichttheorie, in der die Windrichtungsänderung erst oberhalb, in der Ekman-Schicht, stattfindet. Ziel der Arbeit soll sein, zunächst das Vorkommen dieser Fälle von Windrichtungsscherung zu identifizieren. Tritt dies zu bestimmten Zeitpunkten oder Wetterlagen auf? Ist dieser Effekt nur in mittleren Profilen zu erkennen? Ist diese Drehung ein Stadteffekt und nur am Wettermast Hamburg zu beobachten? Wie sehen die vergleichbaren Profile am Messstandort Hungriger Wolf bei Itzehoe aus? Die Antworten hierauf sollen im nächsten Schritt verwendet werden, mögliche Erklärungen für diesen Effekt zu finden.
Aufbau eines Evaluierungspakets (in nahezu Echtzeit) von Simulationen von mesoskaligen Modellen (COSMO-Modell des DWD, ICON usw.) (Bachelor).
Wolkenkamera am Wettermast I (Bachelor): Entwicklung eines Verfahrens zu Ableitung des Bedeckungsgrads und Vergleich mit Ceilometermessungen und Augenbeobachtungen.
Wolkenkamera am Wettermast II (Bachelor): Bestimmung der Geschwindigkeit und Zugrichtung von Wolken aus Bildsequenzen der Wolkenkamera. Ein erstes Verfahren extistiert bereits, kann aber noch zur operationellen Reife weiterentwickelt werden.

Interesse an Arbeiten rund um den Wettermast? Bitte einfach Kontakt mit Felix Ament oder Ingo Lange aufnehmen!