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Junge Forschung

Turbulentes Wetter im Gebirge

Ivana Stiperski arbeitet an einer universellen Formel für die Berechnung von atmosphärischen Turbulenzen.
Ivana Stiperski arbeitet an einer universellen Formel für die Berechnung von atmosphärischen Turbulenzen.Thomas Steinlechner
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Die Treffsicherheit einer Wetterprognose hängt von der genauen Beschreibung atmosphärischer Turbulenzen ab. Ivana Stiperski entwickelt eine Theorie für alle Geländetypen.

Als kleines Mädchen besaß Ivana Stiperski ein Bilderbuch über Wetterphänomene. „Vor allem Gewitter und Stürme habe ich immer geliebt“, erzählt die Forscherin. Die Begeisterung für atmosphärische Naturerscheinungen lag wohl in der Familie: Ihr Großvater sparte nicht mit Erläuterungen und fragte bei gemeinsamen Spaziergängen gern die Namen der verschiedenen Wolkentypen ab. Der Weg zur Meteorologie schien also fast schon vorgezeichnet. „Doch als ich nach der Matura erfuhr, dass ich dazu Physik studieren muss, war ich zuerst schockiert“, erinnert sich Stiperski. „Dafür fühlte ich mich mit dem Abschluss eines neusprachlichen Gymnasiums nicht wirklich gerüstet.“

Sie nahm die Herausforderung trotzdem an und ist heute Professorin am Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Uni Innsbruck. Ihr Forschungsthema ist ein universelles Phänomen, das sich beim Umrühren des Kaffees genauso zeigt wie in der Wolkendynamik oder in Windböen: Turbulenz. „Diese ungeordneten Wirbelbewegungen sind in der untersten Schicht der Atmosphäre immer vorhanden und beeinflussen so unterschiedliche Dinge wie Klima, Gletscherschmelze, Stürme und Luftverschmutzung“, erklärt sie. „Zum Beispiel verdünnen die Luftwirbel die Konzentration von Umweltgiften und sorgen für den Wärmeaustausch zwischen der Erdoberfläche und der bodennahen Luftschicht. Durch Letzteres haben wir lebensfreundliche Temperaturen auf unserem Planeten.“

 

Chaotische Wirbel

Aber auch wenn man den Begriff in Wetterberichten regelmäßig hört: Turbulente Strömungen sind ein chaotischer Prozess und geben der Physik und Mathematik immer noch viele Rätsel auf. Bislang beruht das Verständnis über sie auf der sogenannten Ähnlichkeitstheorie, anhand derer ihre Auswirkungen in Wettervorhersagen einbezogen werden können. Allerdings nur in Bezug auf flaches Gelände. „In Bergregionen wird Turbulenz erst seit etwa 20 Jahren erforscht“, berichtet Stiperski. Das habe ihre wissenschaftliche Neugier geweckt. Während des Doktoratsstudiums in ihrer Heimatstadt Zagreb hat die Kroatin Windsysteme in den Bergen untersucht und sich mit sogenannten atmosphärischen Rotoren beschäftigt, die zu den turbulentesten Strömungsphänomenen im Gebirge zählen und besonders in der Luftfahrt eine Gefahr darstellen. 2011 kam sie als Postdoc an die Uni Innsbruck, arbeitete fortan über bergige atmosphärische Grenzschichten und war am Aufbau einer Messplattform beteiligt. „Hier habe ich mich endgültig der Turbulenzforschung zugewandt.“ Seit 2019 hat Stiperski eine Ingeborg-Hochmair-Professur für atmosphärische Turbulenz.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Turbulenz im Gebirge anders verhält als in der Ebene“, erklärt sie. Sie sei aber über diesem komplexen Gelände besonders schwer zu beschreiben. „Das Fehlen einer Theorie zur genauen Beschreibung von Turbulenzcharakteristika über den Bergen führt zu Unsicherheiten bei Wetter- und Klimaprognosen für die betreffenden Regionen.“ Ein ERC Consolidator Grant ermöglicht es ihr nun, die Wissenslücke zu schließen.

„Diese Förderung ist für mich wie ein wissenschaftlicher Oscar, nur dass sie nicht in erster Linie die Vergangenheit würdigt, sondern die Zukunft öffnet“, freut sie sich über den hoch dotierten Forschungspreis. „Damit kann ich eine eigene Forschungsgruppe aufbauen und die Turbulenzforschung um einen bahnbrechenden Sprung voranbringen.“ In den kommenden fünf Jahren werden sie und ihr Team eine für alle Geländetypen gültige Ähnlichkeitstheorie entwickeln und sich dabei auf die Synergie aus großen Messdatensätzen, maschinellem Lernen, numerischer Modellierung und theoretischen Konzepten stützen.

Im Lauf ihrer Karriere hat Stiperski, die vom Alpinismus fasziniert ist, auch Wetterprognosen für große Bergexpeditionen erstellt, u. a. für kroatische Frauenexpeditionen auf den Mount Everest und den Cho Oyu im Himalaya. „Privat sind neben meinen Freunden und meinem Glauben die Berge rund um Innsbruck mein wichtigster Ausgleich.“

ZUR PERSON

Ivana Stiperski (40) studierte Atmosphärenphysik und Physik des Ozeans in Zagreb, Kroatien. 2011 kam sie als Postdoc an die Uni Innsbruck und bekam 2015 ein Hertha-Firnberg-Stipendium des Wissenschaftsfonds FWF. 2019 wurde sie auf eine Ingeborg-Hochmair-Professur am Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften berufen. 2020 erhielt sie einen ERC Consolidator Grant.

Alle Beiträge unter: www.diepresse.com/jungeforschung

("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.01.2021)