The interaction of convective storms with complex terrain

Im Zuge dieser Arbeit wird die Wechselwirkung von Gewittersystemen mit komplexer Topographie untersucht. Zu diesem Zweck wird ein Gewitterereignis, welches am 2. Au- gust 2007 auftrat, untersucht. Das Gewittersystem zog von der Ostschweiz über mehr als acht Stunden entlang des Alpenhauptkammes. Es bewegte sich dabei entlang der breiten Längstäler nördlich des Alpenhauptkammes Inntal, Salzachtal und Ennstal und überquer- te mehrere Gebirge mit Höhen von bis zu 3000 m mit ca. 14 m s−1. Das Weather Research and Forecasting (WRF) Modell Version 3.3 wurde verwendet, um das am 2. August aufgetretene Gewittersystem zu simulieren. Die Simulation zeigt die Entwicklung einer Gewitterlinie mit einer Superzelle am Südende und Multizellen am Nordende. Als Grund für die Auslösung des simulierten Gewitters wurde das Zu- sammenwirken von orographisch induzierter Konvergenz über den Lechtaler Alpen und dem Durchgang einer Konvergenzliene, welche das Resultat nächtlicher Gewitteraktivität und deren Kaltluftseen war. Die Modelldaten werden mit Stationsdaten des TAWES- Messnetzes der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik und Raderbildern der Austro Control verglichen. Die Simulation zeigt, dass Intensitätsschwankungen des Aufwinds eng mit der Geländehö- he unter dem Gewitter zusammenhängen. Die Talwindzirkulation konzentriert die Feuchte in der Grenzschicht in Konvergenzzonen über hohen Bergen oder entlang steiler Hänge. Die potenzielle Temperature und die Feuchte in den Tälern sind nicht höher, als über den Bergen in deren Umgebung. Es ist sogar das Gegenteil zu beobachten, da die Talwindzir- kulation warme Luft aus den Tälern bewegt. Zwei weitere Simulationen wurden durchgeführt, um den Einfluss der Alpen zu ergründen. In einem ersten Schritt wird die Feinstruktur entfernt und die Alpen zu einem einzigen glatten Gebirgszug reduziert. Die Simulation über diesem Gelände produziert eine Super- zelle, welche jedoch lediglich 90 Minuten existiert und nicht Teil eines größeren zusam- menhängenden Systems ist. Eine weitere Simulation, bei der die Alpen durch ein flaches Plateau auf 400 Metern Seehöhe ersetzt werden, produziert keine Superzelle. Das Ergeb- nis ist eine Linie aus Gewitterzellen, welche der Kaltfront vorausgeht. Dies zeigt, dass die Alpen als ganzes die Windverhältnisse derart beeinflusst haben, dass Superzellenent- wicklung möglich wurde, während die feinere Struktur die Auslösung unterstützt und die Entwicklung beeinflusst haben.The interaction of convective storms with complex terrain is studied through a case study of a convective event, which occurred on 2 August 2007. The goal is to identify the ways in which valleys and mountains influence the development of a convective system. The system of August 2007 moved along the Alpine main ridge for over eight hours, passing over several mountains of over 3000 m in height, which makes it an ideal candidate for this type of research. The Weather Research and Forecasting Model (WRF) version 3.3 is used to simulate the convective system which ocurred on 2 August 2007. The model is initialized with reanalysis data from the European Center for Medium Range Weather Forecasting. The simulation output is verified by using station data and radar imagery. Distribution of potential temperature and moisture in the valleys and over mountains along the storm track are analyzed to investigate the intensity variations of the supercell’s updraft over time. In addition to the real case simulation, two sensitvity tests are conducted, which reduce the topography in two steps. In one simulation the Alps are replaced by a single smooth ridge and in the other simulation the Alps are removed and replaced by a flat plateau with an altitude of 400 m above sea level. The real case simulation repdroduces a convective system which develops very similar to the observed one. The storm intensity variations agree well with the altitude variations of the underlying terrain and also with the availability of convective available potential energy. Thermal circulation within the convective boundary layer concentrates moisture over convergence zones along ridges and steep slopes, increasing moisture over the whole depth of the planetary boundary layer. This process increases the amount of latent heat in convergence zones. Potential temperature and moisture within and over valleys are not higher than over the surrounding mountains. In fact, the opposite is found, as thermal circulation moves warm air out of the valley. The simulation with smoothed underlying terrain produces a supercell, which exists for only 90 minutes and is not part of a squall line. The sensitivity test without the Alps develops an almost straight cold front with a squall line ahead of the surface cold front and no supercellular development. The Alps as a whole influenced the wind fields such that wind shear was favourable for supercells. Boundary layer processes are very important for the variations of storm intensity, because the small scale features influenced the storm by supporting a thermal valley circulation which redistributed moisture in the convective boundary layer