Leistungsbeschreibungen

Prognose des Windklimas (2D-Windverteilung)

Möchte man den uferparallelen Sedimenttransport vorhersagen, ist dazu die Kenntnis über das 2D-Wellenklima nötig, das wiederum auf dem 2D-Windklima beruht. Es handelt sich dabei um eine Matrix von Winddauern pro Jahr für Zellen, die nach Windrichtung und Windgeschwindigkeit eingeteilt sind. Typischerweise sind dabei die Richtungen in 30°-Schritte geteilt und die Geschwindigkeiten in 1 m/s-Schritte, woraus sich um die 200 Zellen ergeben.

Um zu einer solchen Matrix zu gelangen, müssen die über Stunden gemittelte Winddaten am Standort über einen möglichst langen Zeitraum ausgewertet werden. Weil solche Datenkollektive meistens nicht erhältlich sind, greift man auf Daten der Umgebung zurück (z.B. die von Wetterwarten des deutschen Wetterdienstes) und muss sie entsprechend der Gegebenheiten übertragen. Dazu nutzt man Rauigkeitswerte, die die Landschaftsform an der Messstelle und der Prognosestelle beschreiben.

Für eine Prognose des Windklimas müssen die Winddaten der Vergangeneit in die Zukunft projiziert werden. Dies kann durch einfache Mittelwertbildung geschehen. Eine Qualitätssteigerung kann dadurch erreicht werden, dass eventuelle Trends durch geeignete Anpassungsfunktionen berücksichtigt werden. Mit solchen Fit-Funktionen kann in die Zukunft extrapoliert werden, wobei der Prognosezeitraum nicht größer als etwa 1/4 des Analysezeitraums sein sollte. Solche Rechnungen für die Tagebaurestseen der Lausitz führen zu folgender Windrose für Windstunden-Summenwerte.

Prognose von Starkwindereignissen

Müssen Wasserbauwerke oder Uferbefestigungen projektiert werden, ist die Kenntnis über die möglichen Belastungen durch Wellen nötig, die ein zukünftiges Starkwindereignis induzieren kann. Wie schon beim 2D-Windklima müssen dazu Winddaten der Vergangenheit ausgewertet und übertragen werden. Allerding arbeitet man hierbei nicht mit Stundenmittel, sondern mit 10-Minutenmitteln. Man erhält wiederum eine Matrix, die diesmal allerdings mit Maximal-Windgeschwindigkeiten gefüllt ist, die nach Windrichtuingen und Jahr geordnet sind:

Für eine Vorhersage auf z.B. die nächsten 100 Jahre wird eine statistische Verteilungsfunktion benutzt, die Gumbelverteilung. Diese hat sich in der Praxis als geeignete Anpassungsfunktion an Stichproben von Naturereignissen wie z. B. Wind und Hochwasser erwiesen.

Die Anwendung der Gumbel-Prognose ermöglicht Voraussagen über Maximalwindstärken für Prognosezeiträume von bis zu dem 4-Fachen des Analysezeitraumes. Eine 100-Jahre-Prognose für die Tagebaurestseen der Lausitz ergibt folgende Windrose für Windgeschwindigkeiten:

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