Klima: Klima – Vergangenheit/Windgeschwindigkeit

Windgeschwindigkeit

Das bodennahe Windfeld wird stark durch die Topographie des Untergrundes beeinflusst: je unebener das Gelände, desto stärker bremst die Reibung die Windgeschwindigkeit. In flachem, ebenem Gelände oder über größeren Wasserflächen weht der Wind nahezu ungestört, so dass die Windgeschwindigkeit relativ hoch ist. In gebirgigem Gelände dagegen wirken sich Berge und Täler auf Windrichtung und -stärke aus. Tallagen führen in der Regel zu einer Verringerung der mittleren Windgeschwindigkeit und zu einer Kanalisierung und damit zu einer Beeinflussung der Windrichtung. Kuppen- und Kammlagen, Höhenrücken oder Berggipfel weisen gegenüber der Umgebung im Mittel höhere Windgeschwindigkeiten auf. Neben diesen großräumigen Abhängigkeiten wird die Windstärke durch die Unebenheit des Untergrundes (die sogenannte Rauigkeit) beeinflusst. Die Rauigkeit hängt von der Bodennutzung (Wald, Wiesen, Felder, Städte, etc.) ab. Allgemein gilt: Je größer die Rauigkeitselemente (z. B. Häuser, Bäume), desto stärker wird der Wind abgebremst. In einzelnen Fällen können aber Düsen- oder Eckeneffekte (z. B. in Straßenschluchten) die Windgeschwindigkeit auch lokal erhöhen.

Der Deutsche Wetterdienst misst an derzeit ca. 20 Stationen in Hessen kontinuierlich Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Bis vor Kurzem wurde die Windgeschwindigkeit zumeist durch sogenannte Schalen-Anemometer ermittelt (Abb. 1, links). Diese bestehen aus drei waagerecht angeordneten Schalen, die durch den Wind angetrieben werden – je stärker der Wind weht, desto schneller drehen sie sich. Seit der Jahrtausendwende wird die Windgeschwindigkeit (und gleichzeitig die Windrichtung) an mehr und mehr Stationen per Ultraschall gemessen (Abb. 1, rechts). Der Vorteil gegenüber der herkömmlichen Windmessung besteht darin, dass es aufgrund fehlender mechanischer Teile keine Trägheit mehr gibt und die Messungen daher deutlich präziser und zeitlich hochaufgelöster durchgeführt werden können. Durch die Verfahrensumstellung verändert sich allerdings auch die gemessene Windcharakteristik, so dass Zeitreihen der Windgeschwindigkeit nicht ohne weiteres zwischen beiden Verfahren vergleichbar sind.


Abb. 1: Schalen-Anemometer (links) und Ultraschall-Anemometer (rechts)

Gemäß einer internationalen Vereinbarung soll die Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe über Grund in ebenem und offenem Gelände gemessen werden. Diese Forderung kann jedoch nicht an allen Stationen eingehalten werden, so dass die Windmessung an Stadt-/Stadtrandstationen oder in stark bewaldeten Gebieten z. T. in größerer Höhe erfolgt.

Bei der Interpolation in die Fläche wurden daher Stationen mit abweichenden Messhöhen auf 10 m über Grund umgerechnet. Weiterhin wurde der unmittelbare Einfluss von Einzelhindernissen (z. B. Büsche, einzeln stehende Bäume, Strommasten) auf die gemessenen Windgeschwindigkeiten ausgefiltert. Das Verfahren hierzu ist im Europäischen Windatlas (Troen und Petersen, 1989) beschrieben.

Die Interpolation der Windwerte zwischen den Stationen erfolgt mit einem statistischen Windfeldmodell (Gerth und Christoffer, 1994). Dieses Modell simuliert die Windgeschwindigkeiten für jeden Ort. Es berücksichtigt dabei die Höhe über dem Meeresspiegel, die geographische Lage, die Geländeform und die Bodenrauigkeit. Da die Erstellung der Windkarten äußerst aufwendig ist, werden hier derzeit nur Karten für den Zeitraum 1981–2000 bereitgestellt.

Jahresmittel Windgeschwindigkeit 1981–2000 als 20-Jahresmittel

Die Windkarte zeigt die mittlere jährliche Windgeschwindigkeit in 10 m über Grund. Das Windfeld ist aufgrund der verschiedenen oben genannten Einflüsse räumlich sehr variabel.

Die niedrigsten Windgeschwindigkeiten finden sich in Südhessen, besonders im Rhein-Main-Gebiet, an der hessischen Bergstraße sowie in einigen Flusstälern in Mittel- und Nordhessen. Die Rheinebene hat etwas höhere Windgeschwindigkeiten, weil sie relativ weit und eben ist. Im Odenwald sind trotz der Höhenlage die mittleren Windgeschwindigkeiten verhältnismäßig gering. Die höchsten Windgeschwindigkeiten findet man in Hessen auf den Höhen der Mittelgebirge in Mittel- und Nordhessen, besonders in der Rhön, auf dem Vogelsberg und im Upland.

Abbildung 2 stellt den Jahresgang der mittleren täglichen Windgeschwindigkeit für zwei ausgewählte Standorte in Hessen dar. Auf der exponiert gelegenen Wasserkuppe werden die höchsten Windgeschwindigkeiten Hessens gemessen, während die Station am Flughafen Frankfurt/Main einen recht repräsentativen Eindruck der Windgeschwindigkeiten in der Rhein-Main-Ebene vermittelt.

Die höchsten mittleren Windgeschwindigkeiten (und Windböen) treten im Winterhalbjahr von Oktober bis März in Verbindung mit vom Atlantik durchziehenden Tiefausläufern auf. Auf der Wasserkuppe kommen die im Mittel höchsten Windgeschwindigkeiten von November bis Anfang Februar vor. In der Rhein-Main-Ebene verschiebt sich dieser Zeitraum um einen Monat nach hinten. Im Sommerhalbjahr von April bis September sind die mittleren Windgeschwindigkeiten deutlich niedriger, da auch die atlantischen Tiefdrucksysteme nicht mehr so stark sind. Die niedrigsten mittleren Windgeschwindigkeiten werden auf der Wasserkuppe von Mitte Mai bis in den August hinein gemessen. In der Rhein-Main-Ebene ist der Zeitraum von Ende Juli bis Oktober vergleichsweise windarm.


Abb. 2: Jahresgang der mittleren täglichen Windgeschwindigkeit (elftägige Glättung) auf der Wasserkuppe/Rhön und am Flughafen Frankfurt/Main im Zeitraum 1971–2015

Literatur


GERTH, W.-P., und J. CHRISTOFFER, 1994: Windkarten von Deutschland, Meteorologische Zeitschrift, N.F.3.

TROEN, I. und E. L. PETERSEN, 1989: European Wind Atlas, Risö National Laboratory, Denmark.

Weiterführende Links

Windressourcenkarte Hessen für Windkraftanlagen (Höhe 140 m über Grund)

© 2013 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie