Der Einfluss des fühlbaren Wärmestroms am Boden und der atmosphärischen Stabilität auf thermisch getriebene Winde wird in dieser Arbeit mittels idealisierten, hoch aufgelösten numerischen Simulationen untersucht. Dabei wird das Wettervorhersage- und Forschungsmodell WRF verwendet. Mit diesem Modell werden sogenannte large-eddy-simulations (LES) durchgeführt, deren horizontale Maschenweite klein genug ist um die Entstehung und Entwicklung von thermisch getriebenen Strömungen wie Hangwinde und Konvektion aufzulösen. Topographie, fühlbarer Wärmestrom am Boden und atmosphärische Stabilität sind idealisiert um die Anzahl der freien Variablen zu reduzieren. Zu Beginn ist die Atmosphäre in Ruhe und ist durch eine konstante Stabilität gekennzeichnet. Der Strahlungsantrieb bzw. der fühlbare Wärmestrom am Boden wurden mittels einer Sinusfunktion dargestellt. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin den vertikalen Wärme- und Schadstofftransport durch Hangwinde besser zu verstehen. Dieses Wissen könnte in Zukunft für die Entwicklung einer Parametrisierung dieser Transportprozesse für globale Wettervorhersage und Klimamodelle von Nutzen sein.
Die erste Studie behandelt den Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Entwicklung der Grenzschicht in einem Tal. Der netto kurzwellige Strahlungsfluss wurde mit einer Sinusfunktion parametrisiert und deren Amplitude wurde zwischen 150 und 850 W m-2 variiert. Währen der ersten 24 Stunden konnte sich eine konvektive Grenzschicht und in der Nacht ein Kaltluftsee im Tal entwickeln. Die Entwicklung der Talatmosphäre während des nächsten Tages wurde untersucht und sechs verschiedene Strömungsregime konnten identifiziert werden. Die Strahlungsamplitude bestimmt wie schnell sich die Talatmosphäre entwickelt. Die geringste Strahlungsamplitude mit welcher eine komplette Durchmischung der Talatmosphäre erreicht werden kann beträgt 450 W m-2. Währen des Tages werden zwischen 10 und 57 % der am Boden abgegebenen Wärme aus dem Tal exportiert, abhängig von der Strahlungsamplitude.
Die Talatmosphäre kann währen des Tages in drei verschiedene Volumina eingeteilt werden: eine konvektive Grenzschicht, die Hangwindschicht und ein stabiler Kern in der Mitte des Tals. In der zweiten Studie werden Austauschprozesse zwischen diesen Volumina sowie mit der Atmosphäre über dem Tal anhand eines Tracers quantifiziert. Der Tracer wird am Boden des Tales mit einer konstanten Rate emittiert und der fühlbare Wärmestrom am Boden ist mit einer Sinusfunktion vorgegeben. Sowohl die Amplitude dieser Sinusfunktion als auch die Stabilität der Atmosphäre werden variiert. In allen Simulationen gelangt ein Großteil des Tracers in die Hangwindschicht, doch ob dieser auch aus dem Tal exportiert wird hängt stark von der Stabilität der Atmosphäre und der Amplitude der Heizrate ab. Eine starke Heizrate oder eine schwache Stabilität führen zu einem großen vertikalen Export der Tracermasse. Ist die Heizrate hingegen schwach oder die Stabilität der Atmosphäre zu stark dann wird ein Teil der Hangwindschicht Richtung Talmitte umgelenkt und es kommt zur Rezirkulation von Tracermasse innerhalb des Tals. Ein sogenannter "Breakup Parameter" B wird eingeführt um den kombinierten Effekt von Heizrate und initialer Stabilität zu beschreiben. Der totale Export von Tracermasse fällt exponentiell mit steigendem B ab.
Es wurde erwartet, dass der Vertikaltransport von Wärme in ähnlicher Weise von B abhängt wie der Vertikaltransport von Tracermasse. Daher wurde in einer dritten Studie untersucht ob so ein Zusammenhang in der Tat existiert und ob es Abweichungen von dieser exponentiellen Kurve gibt. Die Simulationen ergeben dass der Vertikaltransport von Wärme in ähnlicherer Weise von B abhängt wie der Vertikaltransport von Tracermasse, allerdings fällt die Kurve steiler ab. Verändert man die Breite des Tals oder die Kammhöhe ändert nichts am gefundenen Zusammenhang. Befindet sich jedoch eine neutrale Schicht im obersten Drittel des Tals, so verringert sich der vertikale Export von Wärme. Ragt diese neutrale Schicht auch über die Kammhöhe hinaus, so fällt der Wärmeexport schwächer mit B ab und bis zu 17 % der am Boden emittierten Wärme kann für B=3 exportiert werden. Berge mit abgerundeten Gipfeln führen zu einem Wärmeexport von bis zu 10 % der am Boden emittierten Wärme für B>1 währen praktisch kein Wärmeexport für gerade Hänge möglich ist. Der mittlere Wärmeexport über einem 3-dimensionelen Tal ist praktisch ident zu jenem über einem quasi-2D Tal.