Cold Air Drainage Flows and their Relation to the Formation of Nocturnal Convective Clouds at the Eastern Andes of South Ecuador

Die Entstehung von Wolken hat vielfältige Gründe; nicht alle davon sind bisher erforscht. Wissen über Wolkenentstehungsprozesse in den Tropen ist hinsichtlich des Niederschlagsverhaltens und dessen Verteilung von großer Bedeutung. Wolken sind ein Teil des hydrologischen Zyklusses, der wiederum die Wasserressourcen und den Energiehaushalt beeinflusst. Aus diesem Grund ist die Erkenntnis solch unbekannter Wolkenentstehungen von großem Nutzen in dem sich permanent weiterentwicklenden Prozess des Verstehens der Struktur und der Funktionalität eines Ökosystems und seiner Biodiversität. Das Hauptziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung einer unbekannten nächtlichen Wolkengenese an der östlichen Abdachung der Anden von Süd-Ecuador und des angrenzenden Peruanischen Amazonas. Die zentralen Thesen umfassen die Konfluenz katabatischer Flüsse in hoch komplexem Gelände aufgrund einer konkaven Form. Diese Kaltluftabflüsse induzieren eine lokale Kaltfront am Fusse der östlichen Anden, die wiederum hochreichende Konvektion durch Kompressionshebung aufgrund des Geländes auslöst. Zur Evaluierung der Hypothesen ist das numerische Modell ARPS verwendet worden, um die nicht vollständig verstandene Hochland-Tiefland Interaktion in der planetaren Grenzschicht zu analysieren. Zunächst wurden ideale Siumlationen von katabatischen Flüssen und deren Verhalten in komplexem Gelände durchgeführt ohne einen Raumbezug und mit optimalen Bedingungen. Das Ziel der Studie war die Analyse der Konfluenz der Kaltluftabflüsse hervorgerufen durch die konkave Form des Geländes. Vereinfachte Höhenmodelle, abgeleitet von den Anden, wurden aufgrund der sehr steilen Hänge und Täler des eigentlichen Geländes für diese Analyse genutzt. Eine schrittweise Erhöhung deren Komplexität, beginnend mit einem einfachen Hang, ermöglichte die Untersuchung des Einflusses des Geländes auf das dynamische Verhalten des Hangabwindes. Mit dem komplexesten Höhenmodell, das einen konkaven Höhenzug mit einschneidenden Tälern, die in ein Becken drainieren, representiert, wurde die Konfluenz des Hangabwindes aufgrund der Geometrie des Geländes demonstriert. Folglich wurde ein charakteristischer, permanenter thermisch-induzierter Fluss generiert, der eine Konvergenzlinie erzeugte, die im Zentrum des Beckens am ausgeprägtesten war. Anschließend wurden Simulationen der katabatisch induzierten Bodenkaltfront mit daraus folgender konvektiver Wolkengenese durchgeführt. Die Simulationen zeigten die gleiche Konfluenz der Hangabwinde mit einer Konvergenzlinie innerhalb des Beckens wie zuvor. Mit einem Querschnitt durch diesen Bereich wurde die Entwicklung einer katabatisch induzierten Kaltfront anhand kennzeichender Eigenschaften, identifiziert. Des weiteren zeigten die Ergebnisse ebenfalls eine Konvergenzlinie, die im Zentrum des Beckens am ausgeprägtesten war. Aufgrund des Einsetzens der Konvektion in diesem Gebiet, hervorgerufen durch ausreichend Feuchte in der Atmosphäre, war es ersichtlich, dass die Geländegeometrie der Auslöser für die Wolkenentstehung war. Die Anwesenheit eines LLJ im Becken zeigte eine Intensivierung der Wolkengenese. Doch die vorherigen Ergebnisse verdeutlichten, dass der Cluster primär aufgrund der Kompressionshebung durch das Gelände erzeugt wurde. Daher hatte der LLJ nur geringfügige Effekte auf die Auslösung der Feuchtekonvektion, sondern eher eine verstärkende Wirkung auf ihre Ausprägung. Abschließend wurde der Raumbezug wieder hergestellt und die Parametrisierung der idealen Studie auf ein mehrfach genestetes annährend realistisches Modellsystem übertragen und angepasst. Für diese Studie wurde eine spezifische Situation verwendet, die anhand von GOES-E Satellitendaten selektiert wurde. Das Ziel war das Aufzeigen von katabatischen Flüssen, die in der Erzeugung konvektiver Wolken am Fusse der östlichen Anden resultierten. GOES-E Oberflächentemperaturen wurden zum Vergleich von Satellitendaten mit ARPS Daten verwendet, um die simulierte Wolke zu verifizieren. Aufgrund der Tatsache, dass auf der 4 km Domain keine Konvektionsbewölkung zu sehen war, aber die 1 km Domain einen konvektiven Wolkencluster aufgewiesen hatte, wurde eine Skalenabhängigkeit festgestellt. Sie wurde dadurch verursacht, dass auf der inneren Domain keine Konvektionsparametrisierung verwendet wurde und durch die höhere Auflösung die Prozesse der nächtlichen Grenzschicht besser aufgelöst wurden. Der Vergleich der Satellitendaten mit den Modelldaten zeigte eine gute Übereinstimmung hinsichtlich der Größe des Clusters sowie seiner Oberflächentemperaturen und seiner Lokalisierung. Mit einem näheren Blick auf die nächtliche Grenzschicht konnten Kaltluftabflüsse, die die Zellregeneration nährten, festgestellt werden. Die kennzeichnenden Eigenschaften, die bereits in der idealen Studie vorgestellt wurden, bestätigten die Ausprägung von thermisch induzierten Hangabwinden als antreibender Prozess bei der Aktivierung der Konvektion