Forscher werfen neues Licht auf die Entstehung von Nebel in Berggebieten

Von den verschiedenen Wetterphänomenen der Welt ist Nebel vielleicht das mysteriöseste. Er bildet sich und löst sich in Bodennähe auf, wobei Schwankungen der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit mit dem Gelände selbst interagieren.

Während Nebel eine große Gefahr für die Verkehrssicherheit darstellt, müssen Meteorologen noch herausfinden, wie sie ihn mit der Präzision vorhersagen können, die sie für Niederschläge, Wind und andere stürmische Ereignisse erreicht haben.

Dies liegt daran, dass die physikalischen Prozesse, die zur Nebelbildung führen, äußerst komplex sind, so Zhaoxia Pu, Professorin für Atmosphärenwissenschaften an der University of Utah.

„Unser Verständnis ist begrenzt. Um Nebel genau vorherzusagen, sollten wir den Prozess, der die Nebelbildung steuert, besser verstehen“, sagte Pu, der eine Nebelstudie mit Schwerpunkt auf einem Tal im Norden Utahs leitete.

Nun, in einem Aktuelles Papier In der von der American Meteorological Society veröffentlichten Studie haben Pu und ihre Kollegen über ihre Erkenntnisse aus dem Projekt „Cold Fog Amongst Complex Terrain“ (CFACT) berichtet, das den Lebenszyklus von Kaltnebel in Gebirgstälern untersuchen soll.

An dem Projekt arbeiteten auch mehrere andere Mitglieder der U-Abteilung für Atmosphärenwissenschaften, darunter Gannet Hallar und Sebastian Hoch, zusammen mit Eric Pardyjak von der Abteilung für Maschinenbau, einer Gruppe von Wissenschaftlern des National Center for Atmospheric Research (NCAR). und Dr. Ismail Gultepe von der Ontario Tech University, Kanada.

Da Nebel die Sicht beeinträchtigt, stellt er eine ernsthafte Gefahr für die reisende Öffentlichkeit dar. Beispielsweise ist Nebel nach starkem Wind die zweithäufigste Ursache für Flugzeugunfälle. Es kommt zu Autounfällen und Störungen des Fährbetriebs.

Zwischen 1995 und 2004 sind in den Vereinigten Staaten 13.720 Menschen bei Unfällen im Zusammenhang mit Nebel ums Leben gekommen.

Eine Verbesserung der Nebelvorhersage würde das Reisen sicherer machen, sagte Pu.

Heutzutage verwenden die meisten Prognosen ein Computermodell, das als bekannt ist Numerische Wettervorhersage (NWP), das umfangreiche meteorologische Beobachtungen mit Computermodellen verarbeitet, um Vorhersagen für Niederschlag, Temperatur und alle möglichen anderen Wetterelemente zu erstellen. Allerdings funktioniert das aktuelle Computermodell bei Nebel nicht gut, und Pus Team hofft, dass mithilfe der Datenmassen, die sie im Winter 2022 sieben Wochen lang an mehreren Standorten im Heber-Tal gesammelt haben, Verbesserungen erzielt werden können.

„Nebel beinhaltet viele physikalische Prozesse, daher ist ein Computermodell erforderlich, das alle diese Prozesse besser darstellen kann“, sagte Pu. „Da es sich bei Nebel um bodennahe Wolken handelt, ist zur Auflösung ein Modell mit hoher Auflösung erforderlich. Daher benötigen wir Modelle in einem sehr feinen Maßstab, die sehr rechenintensiv sind. Die aktuellen Modelle (relativ gröbere Auflösung) sind nicht in der Lage, sie aufzulösen die Nebelprozesse, und wir müssen die Modelle für eine bessere Nebelvorhersage verbessern.“

Heber Valley liegt etwa 50 Meilen südöstlich von Salt Lake City, eingebettet hinter den Wasatch Mountains und eingerahmt von zwei großen Stauseen am Provo River.

Dieses malerische Becken ist ein typisches Gebirgstal, das vom Mount Timpanogos und anderen hohen Gipfeln gesäumt ist und dessen Stauseen als Feuchtigkeitsquelle dienen. Das siebenwöchige Studienfenster deckte die Jahreszeit ab, in der es im Heber Valley am nebligsten ist.

Talnebel ist ein perfektes Beispiel dafür, wie Topographie und atmosphärische Prozesse zusammenlaufen und ein einzigartiges Wetterphänomen erzeugen.

Der Boden kühlt über Nacht ab, während sich dichtere, kühlere Lufttropfen von Berggipfeln in den Tälern sammeln, ein Phänomen, das als „Kaltluftdrainage“ bekannt ist. Durch die Abkühlung durch den Boden kann die sinkende Lufttemperatur den Taupunkt erreichen, und wenn ausreichend Feuchtigkeit in der Luft vorhanden ist, beginnt sich Nebel zu bilden, der bei Sonnenaufgang, wenn die Oberflächentemperaturen am niedrigsten sind, am dichtesten wird.

Winternächte schaffen günstige Bedingungen für verschiedene Formen von Nebel, wie z. B. Kaltluftbeckennebel, kurzlebigen Bergtalnebel und strahlenden Eisnebel.

Laut Pu konzentrierte sich das Heber Valley-Projekt auf Kaltluftnebel, der sich bei Minustemperaturen unter null Grad Celsius bildet. Durch die Beobachtung, wie sich diese unterschiedlichen Nebelarten bilden und auflösen, lernen die Forscher jedoch weiterhin etwas über die meteorologischen Bedingungen und physikalischen Prozesse, die die Nebelbildung steuern.

Für die CFACT-Studie richteten das NCAR- und U-Team zwei große Datenerfassungsstationen ein, eine in der Nähe des Deer Creek Reservoirs und eine weitere ein paar Meilen flussaufwärts des Provo River. Dies sind niedrige Stellen im Tal, etwa 5.450 Fuß über dem Meeresspiegel, an denen der dichteste Nebel herrscht. Diese Standorte waren mit 100 Fuß hohen Türmen ausgestattet, um eine Reihe von Instrumenten zu unterstützen, die verschiedene meteorologische Daten im Zusammenhang mit Luftfeuchtigkeit, Wind, Sicht, Temperatur, sogar Schneehöhe und Bodenfeuchtigkeit erfassten. Die Aufnahmen wurden sowohl von In-situ- als auch von Fernerkundungsplattformen gemacht.

Darüber hinaus zeichnete das Team an neun Satellitenstandorten eine geringere Anzahl von Datenpunkten auf.

Während der siebenwöchigen CFACT-Feldkampagne lieferten neun intensive Beobachtungsperioden (IOPs), die jeweils über 24-Stunden-Zeiträume durchgeführt wurden, einen Datensatz, der Hochfrequenzradiosondenprofile, Fesselballonprofile, fernerkundte thermodynamische Profile und Windprofile sowie oberflächenmeteorologische Beobachtungen umfasste sowie mikrophysikalische und Aerosolmessungen.

Neben Nebel-IOPs lieferte die Vielfalt der Nicht-Nebel-IOPs wertvolle Beobachtungen zum Verständnis der oberflächennahen Inversion, der Eiskristallbildung, der Feuchtigkeitsadvektion und -transport sowie stabiler Grenzschichten über komplexem Gelände, die allesamt wesentliche Faktoren im Zusammenhang mit der Nebelbildung sind. Umfassende Studien zum besseren Verständnis von Kaltnebel über komplexem Gelände laufen derzeit.

Die Studie erschien am 15. November in der Bulletin der American Meteorological Society. Zu den an der Studie beteiligten U-Forschern gehörten Zhaoxia Pu, Sebastian Hoch, A. Gannet Hallar, Rebecca Beal, Geraldo Carrillo-Cardenas, Xin Li und Maria Garcia vom Department of Atmospheric Sciences sowie Eric Pardyjak und Alexei Perelet vom Department of Mechanical Engineering.