Numerische Simulationen von Kondensstreifen und deren Übergang in Zirren
Dissertation der Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München
vorgelegt von Dipl.-Tech. Math. Simon Unterstraßer aus Kraiburg am Inn
München, Oktober 2008
Dieser Bericht zeigt sehr deutlich die Entstehung von Kondensstreifen auf, vor allem von der Luftfeuchte und der Temperatur. Interessant ist auch, dass die Temperaturen hier wesentlich niedgriger angegeben werden, als die üblich 40 Grad. In diesem Bericht geht es erst ab über Minus 50 Grad los. Auch wird hier bestätigt, dass in der Regel die Luft dort oben eher trocken als feucht ist.
Wichtige Ergebnisse der Simulationen sind, daß hohe Übersättigungen von si ≥ 25% notwendig sind, damit sich der Kondensstreifen ausbreiten kann (Jensen et al., 1998). Bestätigt wird dies durch die Fallstudie in Gierens und Jensen (1998), welche verdeutlicht, daß sich ein Kondensstreifen aufgrund der geringen Übersättigung innerhalb einer halben Stunde auflöst. Strahlungs- und Sedimentationseffekte treten nur auf, wenn der Simulationszeitraum mehr als eine halbe Stunde beträgt (Jensen et al., 1998; Gierens, 1996).
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Je niedriger die Ubersättigung ist, umso schneller werden die Kondensstreifen unsichtbar. Die relative Häufigkeit von Übersättigung in wolkenfreien Gebieten nimmt exponentiell mit der Übersättigung ab (Spichtinger et al., 2002).
Am häufigsten sind geringe Übersättigungen präsent.
Das interessante ist, dass die Abhängigkeit der Bildung auch von der Flugzeuggröße abhängt. Denn je breiter die Flügel, desto größer die Turbulenzen. Diese anschließenden Daten sind für ein B747 gültig:
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Für einen festgelegten Flugzeugtyp hängt die Anzahl überlebender Eiskristalle am stärksten von der relativen Feuchte und der Temperatur ab. Es überleben mehr Eiskristalle, wenn es feuchter und kälter ist. Das Ausmaß des Kristallverlusts am Ende der Wirbelphase kann mittels der oben eingeführten Zeitskalen in drei Kategorien eingeteilt werden. •
” quasi-totaler“ Eiskristallverlust bei tcrit + tMP < tbreakup:
Ist Rh(relativer Luftfeuchte) ∗ i ≤ 105% und die Temperatur T ≥ 217 K (Das sind Minus 56 Grad),
dann verdampfen die Eiskristalle so schnell, daß zum Zeitpunkt des Wirbelauflösens alle Eiskristalle im primären Nachlauf verdampft sind. Höchstens 10% der anfänglichen Eiskristalle überleben im sekundären Nachlauf. •
” unkritischer“ Eiskristallverlust bei tcrit + tMP >> tbreakup: Die Eismasse der primären Eiskristalle ist aufgrund der abgebauten Übersättigung größer als zu Beginn der Wirbelphase. Es überleben zwischen 50% ¨ − 70% der Eiskristalle. In erster Näherung trifft dieser Fall fur ¨ RH∗ i > 120% zu. Bei niedrigen Temperaturen (T = 209 K, das sind Minus 64 Grad) ist der Kristallverlust auch bei RH∗ i = 110% ” unkritisch“ . In diesem Feuchtebereich ändert sich die überlebende Eiskristallanzahl nur noch schwach mit der Feuchte und der Einfluß von Parametern wie Schichtung und Turbulenz ist gering. •
” kritischer“ Eiskristallverlust bei tcrit + tMP ≈ tbreakup: Bei relativen Feuchten von 105/110% − 120% hängt der Kristallverlust sehr sensitiv von den weiteren Parametern ab. Es uberleben ungefähr 10 − 50% der anf¨anglichen Eiskristalle. Bei höheren Temperaturen überleben weniger Eiskristalle, da tMP kleiner ist. Zum Zeitpunkt des Wirbelauflösens tbreakup gehen viele Eiskristalle pro Zeiteinheit verloren. Parameter wie die Schichtung und die Turbulenz, die den Zeitpunkt des Wirbelaufl¨osens verschieben, haben daher in diesem Feuchtebereich den größten Einfluß auf den Kristallverlust. In diesem Fall spreche ich von ” kritischem“ Kristallverlust, da einerseits ein Großteil der Eiskristalle verschwindet und andererseits Änderungen in den restlichen Parametern große Unterschiede hervorrufen können.
http://elib.dlr.de/57730/1/StrukturDA.pdf