A7 Extreme Gefrierereignisse

Thema

Ein extremes Frostereignis tritt auf, wenn eine Anomalie der atmosphärischen Bedingungen zu einer massiven Eisablagerung an der Oberfläche führt. Diese Eisablagerung kann drei verschiedene Formen annehmen: gefrierender Regen, der beim Kontakt mit kalten Oberflächen gefriert und diese mit einer Schicht aus kompaktem Eis überzieht; Eisstau in Flüssen, der einen Flusslauf blockiert und oberhalb der Blockade Sturzfluten verursacht; und ungewöhnliches Oberflächengefrieren des Bodens, das Ökosysteme und die darauf wachsenden Nutzpflanzen schädigt. Ein extremes Frostereignis kann in jeder seiner drei Formen innerhalb weniger Stunden enorme Schäden an Infrastruktur, Landwirtschaft und Ökosystemen anrichten. Gefrierender Regen entsteht aus Wassertropfen, die auch unter dem Gefrierpunkt flüssig bleiben – in einem instabilen Zustand, der nur so lange anhält, bis diese Tropfen eine Oberfläche berühren. Beim Kontakt gefrieren die Wassertropfen sofort und setzen dabei die latente Wärme frei, die sie im flüssigen Zustand gespeichert hatten. Die Geschwindigkeit, mit der gefrierender Regen Eis auf einer Oberfläche bildet, hängt von drei Faktoren ab: der Menge an flüssigem Wasser, die pro Zeiteinheit auf diese Oberfläche trifft, der Temperatur der Oberfläche selbst und dem Temperaturprofil der darüber liegenden Atmosphäre, insbesondere wenn sich eine relativ warme Luftschicht über einer kalten Luftschicht in Bodennähe ablagert. Ein Flusseisstau entsteht, wenn sich von einem Fluss mitgeführte Eisblöcke oberhalb eines Hindernisses ansammeln. Diese Ansammlung von Eisblöcken erzeugt einen hydrostatischen Druck, der den Druck einer normalen Hochwasserwelle desselben Flusses um ein Vielfaches übersteigen kann. Ein Kräftegleichgewichtsmodell innerhalb des Flusseisstaus selbst bestimmt, ob diese Ansammlung von Eisblöcken stabil bleibt und das dahinter liegende Wasser zurückhält oder ob sie plötzlich nachgibt und einen katastrophalen Bruch des Flusseisstaus flussabwärts verursacht.

Das zu erwartende Verhalten eines extremen Frostereignisses, sei es gefrierender Regen oder ein Eisstau auf einem Fluss, ist äußerst unberechenbar und hängt sehr empfindlich von den Anfangsbedingungen der sich bildenden Eisfront ab, sodass bereits kleine Unterschiede in diesen Anfangsbedingungen innerhalb weniger Stunden die gleichen enormen Schäden an Infrastruktur, Landwirtschaft und Ökosystemen verursachen können, mit denen diese Beschreibung begann.

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