Vollmaßstäbliche Erfassung der windinduzierten Stromlinienförmigkeit von Bäumen (STREEM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Reiterer; Dr. Dirk Schindler
• Fachliche Zuordnung: Forstwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460531546

Als Bestandteil der natürlichen Störungsdynamik verursachen Stürme an Bäumen wiederkehrend große Schäden. In den vergangenen Jahrzehnten haben Stürme mehr als 50 % der gesamten Schadholzmenge hervorgerufen, die in europäischen Wäldern angefallen ist. Aufgrund ihrer erheblichen, vielschichtigen Schadenswirkung besteht ein begründetes Interesse an der Entwicklung von Strategien zur Minimierung der durch sie verursachten Schäden. Aus der aktuellen und zukünftigen Sturmgefährdungslage ergibt sich die Frage, ob und, wenn ja, wie auf die Sturmgefährdung proaktiv reagiert werden kann, um eine Minimierung des Sturmschadensrisikos an Bäumen und in Wäldern herbeizuführen.Eine wesentliche Voraussetzung für die prozessbasierte Analyse der Sturmschadensentstehung ist das umfassende Verständnis von Wind-Baum-Interaktionen. Wind-Baum-Interaktionen determinieren die Dynamik der Übertragung von kinetischer Energie der bodennahen Luftströmung auf Bäume. Ein Schlüsselelement bei der Übertragung der kinetischen Energie ist die Anpassung der Form von Baumkronen an die auf sie wirkenden Windlasten. Sind Baumkronen Windlasten ausgesetzt, verändern sie ihre Form und ihre aerodynamischen Eigenschaften, um den Widerstand gegenüber der sie umströmenden Luft zu reduzieren. Durch die Stromlinienform werden die auf Bäume wirkenden Windlasten, und damit die Schadenswahrscheinlichkeit, reduziert.Zur Dynamik der windinduzierten Stromlinienförmigkeit von Kronen realer Bäume im Freiland liegen allerdings nur sehr wenig Erkenntnisse und quantitative Informationen vor. Bisherige Erkenntnisse stammen vor allem aus Windkanaluntersuchungen an Miniaturbäumen oder an einzelnen Baumteilen, die nur sehr eingeschränkt auf reale Bäume übertragen werden können.Mit dem vorliegenden Antrag soll der Frage nachgegangen werden, wie sich die windinduzierte Stromlinienförmigkeit von Kronen realer Bäume unter der natürlichen Strömungsdynamik auf die in Bäumen auftretenden Kräfte auswirkt. Auf der Grundlage von drei Hypothesen soll getestet werden (1) welchen Einfluss die windinduzierte Veränderung der Kronenprojektionsfläche, des Widerstandsbeiwerts und der Porosität von Baumkronen auf die Windlastdynamik hat, (2) wie der Betrag von Windlasten, die auf Bäume wirken, von der bodennahen Windgeschwindigkeit abhängt und (3) ob Zugversuche, die zur Bestimmung der Baumstabilität gegenüber Windlasten verwendet werden, geeignet sind, reale Windlasten zu approximieren. Die Hypothesen sollen an verschiedenen Laub- und Nadelbaumarten, die an drei Standorten einem unterschiedlichem Windklima ausgesetzt sind, getestet werden.Ein verbessertes Verständnis der windinduzierten Dynamik der Stromlinienförmigkeit von Baumkronen würde zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Sturmschäden an Bäumen führen und wichtige Grundlagen für eine weitergehende Sturmschadensforschung liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen