Wissenschaftliche und experimentelle Ziele
Im Rahmen des Virtuellen Instituts COSI-TRACKS der Helmholtz-Gemeinschaft wird als gemeinschaftliches Messprogramm der beteiligten Institute im Nordschwarzwald das Projekt PRINCE (Prediction, identification and tracking of convective cells) mit dem Ziel durchgeführt, Verfahren und Messstrategien zu erarbeiten, zu erproben und auszuwerten mit deren Hilfe die messtechnische Erfassung hochgradig instationärer Prozesse wie der Konvektion über Mittelgebirgen möglich ist. Dies geschieht durch die Übertragung von Radarkomposits der Niederschlagsverteilung und von MSG-Satellitenbildern an Bord des Forschungsflugzeugs DO 128 und durch den Einsatz mobiler Radiosondenstationen am Boden geschehen. Letztere werden so positioniert, dass gleichzeitige Aufstiege vor, unter, neben und hinter einer Konvektionszelle möglich sind. Weiterhin sollen während PRINCE die Scan-Strategien der bodengebundenen Fernerkundungssysteme für Wind, Temperatur, Aerosolgehalt und Luftfeuchte (LIDARe, RADARe) so auf einander abgestimmt werden, dass zeitgleiche Messungen in gleichen, möglichst kleinen Volumina von Wolken und der Wolkenumgebung realisierbar sind. Ebenfalls werden bei PRINCE die für die Vorhersage und rechtzeitige Erkennung der Konvektion sowie die für die flexible Führung der Messsyteme im Feld notwendigen Informationen und Daten im Operationszentrum bereitgestellt und deren Auswertung, Nutzung und Umsetzung in einer Messstrategie geübt. PRINCE dient damit dem Test der Durchführbarkeit von Ad-hoc-Messungen zur Vorbereitung auf COPS 2007

Beitrag IMK
Da im vorhinein nicht eindeutig feststeht wann und wo sich konvektive Zellen im Tagesverlauf entwickeln, verlangt das Messprogramm eine zeitlich und räumliche flexible Messstrategie. Neben den bodengebundenen ortsfesten Messstationen, die in den Gebieten mit klimatologisch hoher Wahrscheinlichkeit für Konvektionsentwicklung stationiert werden, ist ein Messflugzeug und mobile Bodenstationen mit Radiosonden für Vertikalsondierungen vorhanden, die flexibel und mobil in Abhängigkeit von der aktuellen Wettersituation eingesetzt werden können. Dies setzt jedoch das rechtzeitige Erkennen der Konvektion – am Besten schon im Stadium der Blauthermik – und die schnelle Dislozierung der Messsysteme (Flugzeug und mobile Radiosondenstationen) voraus. Die Entwicklung eines Cumulonimbus von der Wolkenbasis bis zur Tropopause in ca. 11 km Höhe kann innerhalb von weniger als einer halben Stunde vor sich gehen. Dies ist der Zeitrahmen der maximal für die Reaktion mit der Messtechnik auf die Wetterentwicklung zur Verfügung steht.

Beitrag IPM
Erprobung der Operatoren für Datenassimilation von Drop/DropUp-Sonden, bodengebundenen mobilen Laboren (MoLabs), bodengestützter Fernerkundung (LIDAR, RADAR) sowie flugzeuggestützen Messungen (DO-128 IBUF).

Beitrag IPA
Die Projektziele des IPA im Rahmen von COSI-TRACKS sind Untersuchungen zu  hochreichender Konvektion mit Hilfe von räumlich hochaufgelösten, numerischen Modellsimulationen sowie zur Vorhersagbarkeit hochreichender Konvektion. Im Rahmen von PRINCE soll Studierenden die Möglichkeit der aktiven Teilnahme an einem Feldexperiment gegeben werden. Die Teilnahme und anschliessende Auswertung und Interpretation der erzielten Messungen wird als Teil des meteorologischen Praktikums für Fortgeschrittene anerkannt (Erwerb eines Scheines).

Die im Rahmen von PRINCE erzielten Messungen werden gegebenenfalls mit Hilfe von numerischen Simulationen mit dem Lokalmodell (LM) interpretiert und zur Evaluierung des LMs eingesetzt. Es wird erwartet, dass durch die innovative Messstrategie mit Hilfe von mobilen Labors (Radiosonden, mobile Messmasten), durchgeführt vom IMK und Studierenden aus Mainz, neue Erkenntnisse zur Auslösung von Gewittern in der Schwarzwaldregion gewonnen werden. Dieses verbesserte Prozessverständnis ist für die Interpretation von Modellergebnissen notwendig und wird, auf längere Sicht, zu einer verbesserten Beschreibung der relevanten Prozesse in numerischen Modellen führen.

Ein weiterer Beitrag des IPA zu PRINCE ist die Bereitstellung von COSMO-LEPS Ensemble-Vorhersagen, die am ECMWF mit dem Lokalmodell gerechnet werden. Diese Vorhersagen werden uns vom COSMO-LEPS Konsortium zur Verfügung gestellt und am IPA graphisch aufbereitet. Während PRINCE dienen diese Daten der Einsatzplanung; später können sie zur Untersuchung der Vorhersagbarkeit von hochreichender Konvektion verwendet werden.

PRINCE-Messgebiet im Nordschwarzwald

Da im vorhinein nicht eindeutig fest steht, wann und wo sich konvektive Zellen im Tagesverlauf entwickeln, verlangt das Messprogramm eine zeitlich und räumliche flexible Messstrategie. Neben den bodengebundenen ortsfesten Messstationen, die in den Gebieten mit klimatologisch hoher Wahrscheinlichkeit für Konvektionsentwicklung stationiert werden, ist ein Messflugzeug und mobile Bodenstationen mit Radiosonden für Vertikalsondierungen vorhanden, die flexibel und mobil in Abhängigkeit von der aktuellen Wettersituation eingesetzt werden können. Dies setzt das rechtzeitige Erkennen der Konvektion – am Besten schon im Stadium der Blauthermik – und die schnelle Dislozierung der Messsysteme (Flugzeug und mobile Radiosondenstationen) voraus. Die Entwicklung eines Cumulonimbus von der Wolkenbasis bis zur Tropopause in ca. 11 km Höhe kann innerhalb von weniger als einer halben Stunde vor sich gehen. Dies ist der Zeitrahmen der maximal für die Reaktion mit der Messtechnik auf die Wetterentwicklung zur Verfügung steht.

Das PRINCE-Untersuchungsgebiet
Das Messgebiet umfasst den nördlichen Schwarzwald sowie den östlichen Oberrheingraben. Dort werden bodengebundene Messgeräte an festen Orten installiert und bodengestützte Sondierungssysteme und meteorologische Bodenstationen in Abhängigkeit von der Konvektionsentwicklung mobil eingesetzt, um den Entwicklungsprozess konvektiver Zellen möglichst von deren Auslösung über das Stadium der kräftigsten Wetteraktivität bis zur Auflösung durchgängig zu erfassen. Zu diesem Zweck wurden entlang der im Messgebiet vorhandenen Hauptverkehrswege (Bundesstraßen 500, 462, 294) 20 potentielle Messplätze für mobile meteorologische Stationen und Radiosondenstarts ausgewählt, von denen bis zu vier bei entsprechender Wetterlage angefahren und aktiviert werden können. Die möglichen Startplätze konzentrieren sich an der westlichen Gipfelkette des Nordschwarzwaldes entlang der B 500, im gesamten Murg-Tal entlang der B 462 und im erweiterten Enz-Tal von Pforzheim bis Freudenstadt (B 294)

Flugzeuggestützte Messungen innerhalb des Messgebiets gemäß Abb. 1 mit dem Forschungsflugzeug DO 128 (D-IBUF) des Instituts für Flugführung der Universität Braunschweig werden das Messprogramm ergänzen. Neben den in-situ Messungen meteorologischer Parameter werden vom Forschungsflugzeug Dropsonden in konvektive Zellen bzw. deren Randbereiche und Umgebung abgeworfen, um die unterschiedlichen thermischen und dynamischen Bedingungen innerhalb und außerhalb der Zellen zu messen.