Abstract
Bei der Grobstruktursimulotion hondelt es sich um eine Methode zur Be-
rechnung turbulenter Strömungen, bei der nur die großen, energiereichen
Wirbel erfoßt werden und der Einfluß der nicht oufgelösten, subskoligen
Dynomik durch eine einfoche Porometerisierung berucksichtigt wird, Die-
se Methode wird in zunehmendem Moße eingesefzt, um die Eigenschof-
Ten bestimmter lurbulenter Strömungen zu untersuchen, Die mit
Grobstruktursimulotionsmodellen produzierten Dotensötze können dor-
über hinous ols Grundloge zum Test, zur Weiterentwicklung und zum Ent-
wurf von komplexen Schließungsonsötzen für gróßerskolige Modelle
verwendet werden. ln der vorliegenden Arbeit werden der Stond der For-
schung ouf diesem Gebiet doçelegt, die theoretischen Grundlogen die-
ser Methode beschrieben und die dieser Technik zugrunde liegenden
Annohmen kritisch gewurdigt. Weiterhin werden dos zur Berechnung
zweiphosiger, turbulenter otmosphörischer Strömungen entwickelte und
hier eingeselzte Grobstruktursimulotionsmodell vorgestellt und einige nu-
merische Aspekte der verwendeten Lösungsolgorithmen behondelt, Die
Möglichkeiten und Grenzen der Grobstruktursimulotionsmethode zur Un-
tersuchung olmosphörischer Strömungen werden durch Anwendung die-
ses Berechnungsverfohrens ouf drei Strömungsregime oufgezeigt, Die
Anwendungsfölle umfossen die Simulolion der konvektiven Grenzschicht
wöhrend eines Koltluftousbruches, die strotocumulusbedeckte Grenz-
schicht und die Wirbelstruktur in Kondensstreifen, Die Houptresultole lou-
ten:
L Die sich unter Bedingungen eines Koltluftousbruches vollziehende
Grenzschicht- und Wolkenentwicklung konn mit dem Modell reoli-
tötsnoh nochvollzogen werden.
2. Mil Ausnohme des Niederschlogsflusses weisen die modellierten
dynomischen, thermodynomischen und mikrophysikolischen Eigen-
schoften der strotocumulusbedeckten Grenzschicht eine gute Über-
einstimmung mit den wöhrend des ASTEX-Experiments gewonnenen
Beobochtungsdoten ouf.
3, Die relotive Feuchte, die Temperotur und die Dichteschichtung der
u mgebenden Atmosphöre stel len die entscheidenden E influßg rößen
dor, die die Entwicklung eines Kondensstreifens im Dispersionsregime
beeinflussen,
Die ezielten Resultote lossen den Schluß zu, doß mon mit Grobstruktursi-
mulotionsmodellen ein effektives numerisches Werkzeug on der Hond hot,
um Grundlogenfrogen zur Turbulenz zu beorbeiten und die Erkenntnisse
uber lurbulente Strömungen zu vertiefen.
Lorge-eddy-simulotion (LES) is o method of simuloting o turbulent flow by
copturing only the lorgest, most energeïic structures in the flow ond poro-
meterizing the effect of the smoll subgrid-scole eddies, This Technique is
being increosingly used os o meons of both predicting the properties of
specific turbulent flows ond providing flow detoils which con be used like
doto to test, to refine ond to develop complex turbulence-closures for lor-
ger-scole models, ln this poper, we provide o scientific overview of the to-
pic ond we review the theoreticol bockground ond the underlying
ossumptions of this technique, Moreover, the current implementotion of
the LES-model thot hos been developed to study two-phose turbulent ot-
mospheric flows is introduced ond some issues of the numericol schemes
ore described, Limitotions ond credibility of the LES-method in investigo-
ting the chorocteristics of turbulent flows ore ossessed by opplying this
technique to three different flow regimes. ln porticulor, the convective
boundory loyer during cold oir outbreoks, the strotocumulus-topped
boundory loyer ond the turbulent eddy structure within controils ore simu-
loted. The moin results ore:
L Boundory loyer ond cloud development which occur under conditi-
ons during o cold oir outbreok ore reolisticolly reproduced by the
model.
2, With the exception of the precipitotion flux the model predictions of
dynomic, thermodynomic ond microphysicol properties in o stroto-
cumulus topped boundory loyer ore generolly in o reosonoble
ogreement with meosurements obtoined during the ASTEX-experi-
ment,
3, During the dispersion phose controil evolution is controlled primorily
by temperoture, humidity ond stotic stobility of the ombient oir,
The results obïoined leod us to conclude thot LES-models estoblish on
excellent reseorch tool for studying turbulent phenomeno ond for odvon-
cing our understonding obout turbulent flows.
