Burgberg versus Brocken - Eine Analyse der Windgeschwindigkeiten

Einleitung

Der Brocken im Harz gilt als einer der windigsten Orte Deutschlands, bestätigt durch die Jahresauswertung des Wetterdienstes Meteomedia. Eine Analyse der Stationsdaten aus dem Jahre 2006 ergab auf dem Brocken eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit von 39,6 Stundenkilometern sowie eine Windspitze von 191 km/h und bescherte dem Brocken in diesem Jahr sogar den Titel "Windigster Ort Deutschlands". Im Oktober 2010 wurde auf dem ebenfalls im Harz gelegenen Burgberg eine Wetterstation eingerichtet, die teilweise erstaunliche Ergebnisse liefert. So liegt die Windgeschwindigkeit auf dem Burgberg zu Zeiten südwestlichen Windes deutlich über der Windgeschwindigkeit des Brockens. Dieses Phänomen führt zu einigem Unverständnis und erfordert somit eine genauere Analyse der Windverhältnisse des Burgberges.

In diesem Report soll daher folgende These untersucht werden:

Der Burgberg weist bei südwestlichem Wind höhere Windgeschwindigkeiten auf als der Brocken

Hierzu werden zunächst die gemessenen Daten ausgewertet sowie verschiedene Strömungsmodelle vorgestellt, welche die Windverhältnisse der beiden zu untersuchenden Berge Brocken und Burgberg annähernd widergeben. Ziel dieser Analyse ist es, die oben genannte These zu beweisen sowie eine entsprechende Erklärung abzuleiten.

Datenanalyse

Die Windgeschwindigkeiten auf dem Burgberg wurden ab Oktober 2010 mit Hilfe einer DAVIS Wetterstation gemessen. Diese lieferte bereits teilweise deutlich höhere Windgeschwindigkeiten im Vergleich zur Windmessung auf dem Brocken, wobei die hohen Differenzen zunächst durch Annahme von Messfehlern seitens der DAVIS Wetterstation erklärt wurden. Um diese Annahme zu widerlegen wurden Vergleichsmessungen durch einen Thies Windmesser durchgeführt, welche allerdings nur eine geringe und somit vernachlässigbar kleine Abweichung anzeigte.

Die höheren Windgeschwindigkeiten auf dem Burgberg sind somit nicht auf Messfehler zurückzuführen.

Doch zunächst zu den orografischen Verhältnissen des Burgberges: Der Burgberg befindet sich am nördlichen Harzrand auf einer Höhe von 460 Metern. Abbildung 1 verdeutlicht seine Lage durch einen schwarzen Kreis.

Wetterstation Bad Harzburg. Lage Wetterstation Burgberg.

Aus Abbildung 2 ersichtlich, wurde der DAVIS Windmesser im Oktober 2010 auf dem Burgberg aufgrund des hohen Baumbestandes zunächst direkt an der Canossasäule installiert, da der Wind hier besonders aus nördlichen Richtungen keinen wesentlichen Hindernissen ausgesetzt ist (Abbildung 3).

Wetterstation Bad Harzburg. Position des Windmessers Burgberg Bad Harzburg.

Wetterstation Bad Harzburg. Blick vom Burgberg Bad Harzburg.

Bei Winden aus südwestlicher Richtung wird der Windmesser allerdings durch umliegende Bäume abgeschirmt und die Messungen daher eventuell verfälscht. Eine Bestätigung dafür liefert der Thies Windgeber der Seilbahnstation auf dem Burgberg, welcher bei südwestlichen Winden deutlich höhere Windgeschwindigkeiten misst. Der Thies Windgeber befindet sich auf dem Dach der Bergstation und dient als Warngerät für die Mitarbeiter. Das Gerät verfügt allerdings nicht über eine Datenspeicherungsfunktion und somit wurde ein weiterer Davis Windgeber auf dem Dach der Bergstation installiert. Das Gelände südwestlich des Burgberges ist nach Abbildung 4 stark abfallend und der Wind trifft somit direkt auf den Windmesser. Über die drei installierten Windgeber konnten die Windgeschwindigkeiten nun aus allen Himmelsrichtungen ohne Reibungsverluste aufgezeichnet werden. Es konnte bestätigt werden, dass die Windgeschwindigkeiten aus südwestlicher Richtung überwiegend heftiger ausfielen als aus hindernisfreier, nördlicher Richtung.

Beobachtungen bei Fahrten mit der Bergbahn ergaben, dass die Windgeschwindigkeit besonders im oberen Drittel (kurz vor der Kuppe) stark zunimmt. An manchen Tagen wird bei südwestlichen Winden an der Talstation kaum Wind gemessen, auf der Bergstation hingegen herrschen Windgeschwindigkeiten zwischen 15 und 20 m/s. Zudem konnte an einigen Tagen ein starker Windanstieg innerhalb weniger Minuten festgestellt werden: Zunächst wehte der Wind mit 2-3 Windstärken, kurz darauf mit 7-8 Windstärken. Der Wind wehte trotz des starken Gefälles die Bergkuppe hinauf.

Wetterstation Bad Harzburg. Blick vom Burgberg Richtung Talstation Seilbahn.

Abbildung 4 zeigt die stark abfallende, südwestliche Seite des Burgberges. Im Hintergrund zu erkennen ist eine Bergkette, welche möglicherweise Einfluss auf die Windverhältnisse des Burgberges hat. Der Brocken hingegen ist freiliegend und der Wind kann direkt über die Kuppe wehen.

Abbildung 5 zeigt eine statistische Auswertung der Windgeschwindigkeiten auf dem Burgberg. Die Ordinate zeigt dabei Windgeschwindigkeiten von 0 bis 110 km/h an, auf der Abszisse dagegen können die Uhrzeiten, beginnend am 15. Januar 2012 um 16 Uhr und endend am 16. Januar 2012 um 15 Uhr, abgelesen werden. Die rote Funktion zeigt dabei die Windspitzen (Maximalwerte zu bestimmter Uhrzeit) und die blaue Funktion steht für die Mittelwerte. Der Wind nimmt zunächst deutlich an Stärke zu. Gegen 01.00 Uhr beträgt die mittlere Windgeschwindigkeit ca. 70 km/h und fällt dann innerhalb von einer Stunde auf 20 km/h ab. Kurz darauf nimmt der Wind wieder deutlich an Stärke zu.

Diagramm Meteomedia

Wie aber kommen nun die einerseits hohen sowie andererseits extrem schwankenden Windgeschwindigkeiten auf dem Burgberg bei Eintreffen südwestlichen Windes zustande, obwohl eine Bergkette in ca. acht Kilometern Entfernung (Torfhaus auf 811 Metern Höhe) derart starke Windgeschwindigkeiten eigentlich unmöglich macht?

Strömungsmodelle

Zum allgemeinen Verständnis wird an dieser Stelle auf Elemente der Strömungslehre zurückgegriffen. Dreidimensionale Hindernisse wie der Harz werden in Abhängigkeit etlicher Parameter auf verschiedene Weise um- oder überströmt. Dabei spielt die morphologische Struktur des umströmten Körpers eine wesentliche Rolle: Die Strömung eines Fluides wird durch ein Hindernis in Schwingungen versetzt, sie unterliegt Turbulenzen. Die Gebirgsketten des Harzes führen also zu Kanaleffekten sowie lokalen Überströmungen und somit zu beachtlichen Windgeschwindigkeitsdifferenzen innerhalb des Harzes.

Das Kontinuitätsgesetz besagt, dass Fließgeschwindigkeiten strömender Fluide durch eine Reduktion des Querschnittes zunehmen (siehe Abbildung 6).

Diagramm Kontinuitätsgesetz. Urheber: xavax/Wikipedia

Für Talverengungen bedeutet dies theoretisch eine Zunahme der Windgeschwindigkeit. Der Burgberg befindet sich allerdings nicht in einem Tal. Vergleichsmessungen im Tal bei südwestlichen Winden lieferten deutlich geringere Windgeschwindigkeiten als auf dem Burgberg selbst, somit gilt es als erwiesen, dass der Burgberg nicht um-, sondern hauptsächlich überströmt werden muss. Zudem führen Strömungen über Gebirgsketten regelmäßig zu Wellenbewegungen.

Ergebnisse

Abbildung 8 zeigt ein mögliches Strömungsmuster für den Burgberg. Zwischen Torfhaus und dem Burgberg befindet sich ein größeres Tal von 6-8 km Länge. In diesem Bereich fällt die Strömung ab und trifft direkt auf den Burgberg. Der Wind hat hier nur die Möglichkeit über die Kuppe hinweg zu wehen, ein vollständiges Umströmen des Burgbergs konnte durch Messungen ausgeschlossen werden.

Wetterstation Bad Harzburg. Strömungsverlauf Burgberg.

Durch die Gebirgskette (Torfhaus) wird der Wind in Schwingungen versetzt. Dabei ist die Wellenlänge abhängig von der Hindernishöhe, der Hindernisbreite und der Strömungsgeschwindigkeit. Da Hindernishöhe und -breite jeweils unveränderliche Werte annehmen, hängt die Wellenlänge somit nur noch von der variablen Strömungsgeschwindigkeit ab. Dies hat zufolge, dass sich die Burgbergkuppe aufgrund der variierenden Wellenlänge entweder im Bereich des Wellentals oder des Wellenberges befindet, was wiederum eine Erklärung für die stark schwankenden Windgeschwindigkeiten darstellen würde.

Abschließend kann festgestellt werden, dass der Brocken bei Südwestwetterlagen (Orkanwetterlagen) weiterhin die höchsten Windgeschwindigkeiten aufweist. Aufgrund des Schwingungsverhaltens werden jedoch auch auf dem Burgberg beachtlich hohe und teilweise sogar höhere Windgeschwindigkeiten als auf dem Brocken gemessen, wobei der Spitzenwert in diesem Jahr bei 154 km/h (Orkantief Ulli am 4. Januar 2012) lag.

Da die Aufzeichnung der Windgeschwindigkeit auf dem Burgberg allerdings erst im Oktober 2010 begann kann davon ausgegangen werden, dass der Spitzenwert aus 2012 noch nicht das absolute Maximum darstellt. Um zu einem aussagekräftigen Ergebnis zu gelangen müssen weitere Messungen durchgeführt und das Strömungsmodell eventuell auf die neuen Erkenntnisse angepasst werden.