Original paper

Simulating a severe windstorm in complex terrain

Ágústsson, Hálfdán; Ólafsson, Haraldur

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 1 (2007), p. 111 - 122

published: Feb 28, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0169

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ArtNo. ESP025011601012, Price: 29.00 €

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Abstract

The severe windstorm that hit Iceland on 1 February 2002 is analyzed using high-resolution numerical simulations, conventional observations at the ground and satellite images. The windstorm and the great mesoscale variability in the observed wind are reproduced by the numerical simulations, with increasing accuracy as the horizontal resolution is increased, stepwise from 9 km to 1 km. At a horizontal resolution of 333 m the flow pattern is realistic, but the quantitative improvement is not clear. The strongest surface winds are found in localized downslope windstorms below steep and amplified gravity waves which presumably break in a reverse (negative) vertical wind shear at middle tropospheric levels. Surface winds are in general slightly overestimated and the model performs worst at locations where subgrid topography is expected to be of importance. The overestimating of the simulated surface wind speed is greatest immediately downstream and upstream of steep mountains. The surface winds are only moderately affected by the parameterization of surface friction and the magnitude of the downslope windstorms shows some sensitivity to the distance to the next downstream mountain. The study indicates that the turbulence is overestimated immediately upstream of mountains at 1 km horizontal resolution.

Kurzfassung

Das starke Sturmereignis vom 1. Februar 2002 auf Island wird mit hoch auflösenden numerischen Simulationen, konventionellen Bodenbeobachtungen und Satellitenbildern untersucht. Das Windfeld und seine mesoskalige Variabilität werden durch die numerischen Simulationen, deren Genauigkeit mit der schrittweise von 9 km auf 1 km erhöhten räumlichen Auflösung steigt, wiedergegeben. Bei der höchsten räumlichen Auflösung von 333 m ist das Strömungsmuster zwar realistisch, eine weitere quantitative Verbesserung aber unklar. Die stärksten bodennahen Windgeschwindigkeiten werden in örtlich eng begrenzten Fallwinden hinter Gebirgszügen unterhalb von steilen und verstärkten Schwerewellen, die vermutlich in einer invertierten vertikalen Windscherung in der mittleren Troposphäre brechen, gefunden. Die Bodenwinde werden im Allgemeinen leicht überschätzt, wobei die schlechtesten Ergebnisse in Gebieten auftreten, in denen ein Einfluss der kleinskaligen, vom Rechengitter nicht aufgelösten Orographie erwartet werden muss. Diese Überschätzung ist am stärksten unmittelbar vor und hinter steilen Bergen. Die Parametrisierung der Bodenreibung hat nur mäßigen Einfluss auf die bodennahe Windgeschwindigkeit, die leeseitigen Fallwinde zeigen aber eine gewisse Abhängigkeit vom Abstand zur nächstfolgenden Bergkette. Die Untersuchung legt den Schluss nahe, dass in der 1 km-Auflösung die Stärke der Turbulenz unmittelbar stromauf von Bergen überschätzt wird.