Wie der Wind über Sanddünen fließt, in 3D

Die Kraft des Windes, der über das Land weht, kann die Erdoberfläche auf eine tiefgründige Art und Weise formen, und jetzt haben die Wissenschaftler zum ersten Mal in 3D aufgezeichnet, wie die Luft über eine große Stranddüne fließt.

Neuartige 3D-Modelle, wie der Wind weht, könnten zeigen, wie sich die Küsten nach großen Stürmen erholen könnten, wie zum Beispiel Superstorm Sandy.

Ähnlich wie ein Fluss, der über die Erdoberfläche fließt, die Ablagerung von Sedimenten steuert, beeinflussen Küstenwinde, die über Stranddünen fließen, wie Sand entlang der Küsten transportiert wird. Der Wind kann dramatisch dazu beitragen, dass Strände und Dünen sich nach der Erosion durch Küstenstürme wieder aufbauen.

"Küstendünen sind für viele praktische Anwendungen von Interesse", sagte die Forscherin Irene Delgado-Fernandez, Küstengeomorphologin an der Edge Hill University in England. Zum Beispiel sind "Küstendünen Schutzpuffer gegen Küstenerosion und Überschwemmungen." Darüber hinaus sind "Küstendünen auch Gegenstand zahlreicher Wirtschafts- und Freizeitaktivitäten wie Tourismus, Sport und Bergbau".

2D zu 3D

Wissenschaftler haben oft den Einfluss von Wind auf Dünen untersucht, aber die meisten dieser Forschungen wurden stark vereinfacht. Zum Beispiel behandelten Analysen Dünen oft als zweidimensionale Objekte und konzentrierten sich typischerweise auf Dünen mit glatten Abhängen und ohne Vegetation oder andere Unregelmäßigkeiten, die Luftströme, die über sie fließen, teilen könnten. [Erdquiz: Geheimnisse des blauen Marmors]

"Ein Hauptproblem bei 2D-Studien ist, dass sie die 3-dimensionale Variabilität nicht berücksichtigen", sagte Delgado-Fernandez gegenüber OurAmazingPlanet.

Um ein besseres Bild von der komplexen Art der Luftströmung zu bekommen, setzten Delgado-Fernandez und ihre Kollegen Sensoren ein, die die Windgeschwindigkeit über der Oberfläche einer Stranddüne in Nordirland messen. Die Geräte deckten ein Netz von etwa 200 Fuß (90 Meter) an Land und 200 Fuß (60 Meter) über Land.

"Unsere Forschung beinhaltet die Arbeit mit einer beträchtlichen Menge an Ausrüstung, darunter Dutzende von Sensoren, Hunderte Meter lange Kabel, die unter der Strandoberfläche vergraben werden müssen, und komplexe Logging-Systeme, um mit den Sensoren zu kommunizieren und die Daten zu speichern", sagte Delgado-Fernandez . "Eine Gruppe von sechs Leuten benötigte ungefähr vier volle Tage, um das Instrumentalsetting abzuschließen. Nachdem alles richtig eingesetzt und verbunden war, mussten wir nur noch die Stromversorgung einschalten, auf den Wind in der richtigen Richtung warten und den Spaß genießen . "

"Unser Anhänger diente während des Experiments auch als Feldzentrale, wo wir unsere Sandwiches während des regnerischen irischen Herbstes sicher essen konnten", fügte sie hinzu.

Über 10 Tage hinweg beobachteten die Wissenschaftler die komplexe Art, wie starke Offshore-Winde über die Düne flossen und zwei Stürme ertragen mussten, um Daten zu sammeln.

"Dies ist die erste Feldstudie, die 3D-Winddaten über eine sehr große 3D-Dünenoberfläche aufzeichnet", sagte Delgado-Fernandez. Und die Studie enthüllte wertvolle Daten.

"Wahrscheinlich war einer der aufregendsten Momente, der Moment, in dem wir uns auf etwas gefasst fühlten, als wir über mehrere Stunden hinweg die Bewegung relativ großer Sandvolumina vom Strand zur Düne während der Offshore-Winde quantifizierten", sagte Delgado -Fernandez hinzugefügt. "Dies war das erste Mal, dass die Komplexität dieses speziellen Prozesses auf dem Feld gemessen wurde."

Komplexes Bild

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Windmuster an einem bestimmten Punkt der Düne stark von denen abweichen können, die in einigen Metern Entfernung gemessen werden, selbst bei ähnlichem Wind. Dies unterscheidet sich wesentlich von 2D-Dünenmodellen, sagte Delgado-Fernandez.

"Die Anwesenheit von Vegetation schafft topographische Unterschiede und unregelmäßige Formen an den Kamm- und Dünenhängen, die die Dinge erheblich komplizieren", sagte Delgado-Fernandez. "Irreguläre Topografien stören den Wind stark und sie verändern Windgeschwindigkeit, -richtung und -potenzial für den Sedimenttransport erheblich."

Die Wissenschaftler fügten hinzu, dass es Lücken in ihrem Raster von Sensoren gab, die sie davon abhielten, Schlüsseldaten zu erfassen. Sie verwenden jetzt Computermodellierung, um vorherzusagen, wo Sensoren in Zukunft am besten platziert werden können, um komplexe Luftströmungsmuster besser zu analysieren.

In Zukunft wollen die Forscher verbesserte Vorhersagen darüber machen, wie sich Küstendünen im Laufe von Monaten bis Jahren entwickeln werden. Diese könnten den Behörden helfen, die Küsten besser zu managen, sagte Delgado-Fernandez. Ein besseres Verständnis darüber, wie Küstenlinien sich verändern, ist angesichts der anhaltenden Herausforderungen durch den Klimawandel auch wertvoll.

Die Wissenschaftler stellten ihre Ergebnisse online am 4. Februar im Journal of Geophysical Research-Earth Surface vor.

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