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Lexikon der Geographie: Rauigkeit

Rauigkeit, 1) Geomorphologie: Rauheit, Fließwiderstände, in der Flussmorphologie der gesamte Fließwiderstand in einem natürlichen Fließgewässer. Die Rauigkeit setzt sich aus verschiedenen Teilwiderständen zusammen. Es sind Ufer- von Sohlenwiderständen zu unterscheiden. Die Sohlenwiderstände sind wiederum in Oberflächen- und Formrauigkeit zu differenzieren. Die Oberflächenrauheit beschreibt die Energieverluste infolge der Korngrößendurchmesser des anstehenden Substrats an der Gerinnebettoberfläche. Sie wird auch als Kornwiderstand oder Kornrauheit bezeichnet. Je größer die Kornfraktionen, desto höher die Energieverluste. Entscheidend ist die Gerinnetiefe, die ins Verhältnis zum größten Korndurchmesser gesetzt werden muss. An größeren Gewässern kann u.U. auch sehr dicht stehende, die Durchströmung der bewachsenen Flächen des Gerinnequerschnitts fast komplett unterbindende Gehölzvegetation als Oberflächenrauheit angesehen werden, das gleiche gilt für umfangreiche krautige Wasservegetation kleinerer Fließgewässer. Die Formrauheit beschreibt dagegen Energieverluste infolge verschiedener strömungswirksamer Ufer- und Sohlenstrukturen wie Bänke usw. und vegetationsbedingter Strukturen (z.B. Wurzelgeflecht). Die Formrauigkeit wird daher oftmals auch als Strukturrauheit oder Formwiderstand bezeichnet. Sie lässt sich noch weiter nach typischen Formrauheitskomponenten infolge der Laufform und somit der Laufkrümmung, dem Totholz usw. unterteilen. Zur Erfassung der Widerstände des Gerinnes existieren diverse Berechnungsverfahren. Fließwiderstände können jedoch kaum exakt erfasst werden, da in natürlichen Gerinnen keine konstanten Werte vorkommen. 2) Klimatologie: Bodenrauigkeit, durch die topographische Ausstattung und das Relief hervorgerufene Unebenheit der Erdoberfläche. Die Rauigkeit führt in der atmosphärischen Grenzschicht zu dynamischer Turbulenz und beeinflusst die vertikale Verteilung der Windgeschwindigkeit, indem bei zunehmender Annäherung an die Erdoberfläche der Wind durch die Reibung verstärkt abgebremst wird. Die Stärke des Bremseffektes hängt von der räumlichen Verteilungsdichte und Geometrie der Hindernis- bzw. Rauigkeitselemente ab, z.B. topographische Elemente und Reliefformen. Zur Abschätzung der vertikalen Windgeschwindigkeitsverteilung mittels des logarithmischen Windgesetzes wird die Rauigkeit über den Rauigkeitsparameter bzw. die Rauigkeitslänge z 0 [m] quantifiziert. Die Rauigkeitslänge z 0 gibt für eine Hinderniskonstellation die theoretische Höhe an, unterhalb derer, verursacht durch die Reibung, Windstille herrschen müsste. Die Rauigkeitslänge lässt sich näherungsweise über die mittlere Höhe der Hinderniselemente h H [m] mit z 0≈0,1 h H abschätzen. Die Tabelle enthält eine Übersicht von Rauigkeitslängen verschiedener Oberflächenformen. Liegen die Rauigkeitselemente extrem nahe beieinander, wie z.B. Getreidehalme, Waldbäume oder innerstädtische Bauten, so stellt die Oberseite dieser Rauigkeitselemente aus strömungsdynamischer Sicht eine neue, gegenüber der Erdoberfläche abgehobene Bezugsoberfläche für den Wind dar, deren Abstand von der Erdoberfläche als Nullpunktverschiebung d [m] bezeichnet wird und über die Beziehung d≈0,6 h H näherungsweise abgeschätzt werden kann.


Rauigkeit: Rauigkeit: Richtwerte der Rauigkeitslänge z 0 für verschiedene Oberflächentypen.
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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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