Simulation elektromagnetischer Felder durch Folge eines Blitzeinschlags auf dem Gaisberg und der anschließende Vergleich der Ergebnisse mit Messungen der ALDIS-Blitzortungssensoren

Dieser Beitrag präsentiert Ergebnisse aus elektromagnetischen Feldberechnungen unter Verwendung der FDTD-Methode (Finite-Differenzen-Methode im Zeitbereich). Konkret wurde die Ausbreitung eines elektromagnetischen Felds simuliert, welches mit einer bestimmten, messtechnisch erfassten Blitzentladung (sog. „Event“) am Gaisberg-Sendeturm (Salzburg, Österreich) in Verbindung steht. Digitale Geländemodelldaten der realen Ausbreitungspfade vom Gaisberg zu sieben Sensoren des Blitzortungsnetzwerks ALDIS wurden zur Initialisierung der FDTD-Simulationsdomäne verwendet. Um den Blitzkanal zu modellieren, wurde das MTLE-Modell (Modified Transmission Line Model with Exponential Decay) angenommen und der an der Turmspitze, also am Fußpunkt des Blitzkanals, gemessene Blitzstrom als Feldquelle in der Simulation verwendet. Damit wurden die elektromagnetischen Felder entlang der verschiedenen Pfade simuliert und die resultierende Maximalfeldstärke des magnetischen (H‑)Felds an den Sensorstandorten mit der tatsächlich gemessen Feldstärke der ALDIS-Sensoren verglichen. Die Ergebnisse der 3D-FDTD-Feldberechnungen korrelieren gut mit den tatsächlich registrierten Sensor-Messwerten zum gegebenen Event, während die zylindrisch-symmetrische 2D-FDTD-Simulation nicht für alle Ausbreitungspfade in der Lage ist, die gemessenen Feldwerte zu reproduzieren. Der Grund liegt in der komplexen Struktur des alpinen Geländes und den damit verbundenen Reflexionen und Beugungsphänomenen in Tälern und an Bergkämmen. Des Weiteren konnte anhand eines Sets von Sensor-Messwerten von 54 Events verifiziert werden, dass der Einschlag auf der Spitze eines Bergs im Gegensatz zu einem Einschlag auf ebenem Boden zu erhöhten gemessenen Feldwerten führen kann. Dies folgt aus der speziellen Bergtopographie vom Einschlagspunkt in die gegebene Ausbreitungsrichtung. Im Allgemeinen führt stark unebenes Gelände, wie es etwa im alpinen Raum vorliegt, zu einer Dämpfung des Felds entlang des Ausbreitungspfads.