Thermische Schichtung

Die thermische Schichtung ist die Temperaturverteilung der Luft in den bodennahen Luftschichten. Die Schichtung kann neutral, instabil oder stabil sein. Normalerweise nimmt die Lufttemperatur in der untersten Luftschicht der Atmosphäre mit zunehmender Höhe ab. Für trockene Luft liegt die Temperaturänderung bei ca. 1 Kelvin pro 100 m. In diesem Fall spricht man von einer neutralen thermischen Schichtung. Unterschreitet der Temperaturgradient diesen Wert, spricht man von einer stabilen thermischen Schichtung; wird er dagegen überschritten, liegt eine instabile thermische Schichtung vor.

Die thermische Schichtung nimmt Einfluss auf die Windgeschwindigkeit in vertikaler Richtung, da sich bei instabiler thermischer Schichtung die Windscherung, d. h. der Unterschied in den Windrichtungen und -geschwindigkeiten in zwei Punkten der Atmosphäre, reduziert. Bei instabiler thermischer Schichtung werden tiefere Luftschichten stärker von den darüber liegenden Luftschichten beeinflusst und die Windgeschwindigkeit nimmt mit geringerer Höhe nur langsam ab. Bei einer stabilen thermischen Schichtung ist der Unterschied in der Windscherung jedoch größer, sodass die Windgeschwindigkeit daher deutlich schneller abnimmt.

Dieser Effekt ist bei der Bestimmung von Windgeschwindigkeiten in der Nabenhöhe von Windkraftanlagen, die auf Basis von Messdaten in niedrigeren Höhen bestimmt werden, von großer Bedeutung. Wird hierfür ein logarithmisches Höhenprofil verwendet, so stellt dies für eine neutral bzw. instabil geschichtete Atmosphäre eine gute Annäherung der tatsächlichen Windgeschwindigkeit dar. Bei einer stabilen thermischen Schichtung ergeben sich jedoch bei der Verwendung des logarithmischen Höhenprofils deutliche Abweichungen von den tatsächlichen Windgeschwindigkeiten. Für die Berechnung des vertikalen Windprofils unter einer stabilen thermischen Schichtung muss zusätzlich ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden.

Englische Übersetzung(en):

thermal stratification