Die hier vorliegende Analyse stellt die erste, detaillierte und umfangreiche Untersuchung des Staublawinenmodells von SamosAT dar. Diese Arbeit gliedert sich in drei Hauptbestandteile, eine umfassende Modellbeschreibung, eine intensive Sensitivit atsanalyse, sowie eine Untersuchung des Fließverhaltens im dynamischen Modell. Zu diesem Zweck wurden numerische Experimente mit einer Vielzahl von SamosAT Simulationsläufen auf einer Referenztopographie durchgeführt und mit eigens entwickelten Methoden analysiert. Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine vollst andige Dokumentation des Staublawinenmodells, mit allen darin enthaltenen Parametern dargestellt. Im Folgenden wird eine intensive Sensitivitätsanalyse der Auslaulänge, des mittleren Drucks und der Lawinenform in Bezug auf die Änderung der Modelparameter durchgeführt. Hierbei werden die Parameter den verschiedenen Submodellen des Staublawinenmodells sowie ihrer Eigenschaft als physikalischer oder numerischer Parameter zugeordnet. Für den standardtisierten Lawinenpfad wird eine Klassifzierung der Parameter im Hinblick auf ihre Einfussstärke durchgeführt. Es zeigt sich ein relativ stabiles Verhalten der Auslaufängen, wobei die Variabilität des mittleren Drucks extrem sein kann. Um die dreidimesionalen Ergebnisse des höhenaufgelösten zwei-Phasen Staublawinenmodells zu untersuchen wird weiters eine Flie dynamikanalyse durchgeführt. Darüber hinaus gibt die Untersuchung der Eintrainment/Massenfluss Eigenschaften unter einer Anderung der Eingangsbedingungen Aufschluss über das aktuell implementierte Modell. Die Dynamik- und Modellergebnisse werden größtenteils von der Bewegung der Eispartikel kontolliert. Die Stärke der Eis-Luft Kopplung bestimmt hierbei wieviel Impuls zwischen den Phasen transferiert wird, und beeinflusst so einerseits die Druckverteilung in der Sturzbahn, sowie das mögliche Ausbreitungsverhalten der Lawine im Auslaufbereich. Hierbei sind Geschwindigkeit und insbesondere Partikelkonzentration die entscheidenden Faktoren zur Bestimmung der dynamischen Drücke. Die vorgestellte Analyse gibt die Möglichkeit die dreidimensionalen dynamischen Daten von SamosAT zu untersuchen. Die Ergebnisse unterstreichen die Schlussfolgerungen aus der vorangegangenen Sensitivitätsanalyse. Eine der wesentlichen Neuerungen im SamosAT Staublawinenmodel ist die explizite zwei-Phasen Beschreibung des Eis-Luft Gemisches. Die in dieser Arbeit präsentierten Analysen werfen eine grunds atzliche Frage bezüglich dieses Kopplungsmechanismuses auf. Die Ergebnisse zeigen eine extreme Modelabhängigkeit
im Bezug auf die räumliche Gitterauflösung. Eine Verbesserung der räumlichen Auflösung führt zu Divergenzen in den Modelergebnissen, was auf ein wesentliches
numerisches Problem hindeutet und zusätzlich zu Widersprüchen mit den physikalischen Modelannahmen führt. Daher sollten Modelannahmen und/oder die
numerische Implementierung von SamosAT überdacht werden. The presented analysis is part of the OPTIMOS project and the first attempt to provide a detailed and comprehensive investigation of the SamosAT powder snow avalanche model. The three main aspects of this work are a complete and transparent model description, an extensive sensitivity analysis and an investigation of the dynamical model behavior. For this purpose, computational experiments based on a multitude of simulation runs using a reference topography were performed and investigated with specifically designed analytical methods. For the sensitivity analysis, geometric (avalanche run out and spreading) and dynamic (mean pressure) avalanche quantities are derived from the basic model results (dynamic peak pressure). The resulting quantities are analyzed with respect to the model input. The sensitivity analysis is performed with respect to physical and numerical model parameters as well as initial conditions such as the release height. A classifcation of the model parameters is given. Generally, run out results appear to be relatively stable, whereas the mean pressures show a strong variability. On the whole, the model results are controlled by the particle motion. The strength of inter-phase coupling determines which amount of particle momentum (and thus pressure) is transferred to the air phase during the avalanches descent, and thus can be transferred back to the particles in the run out zone (increasing run out and spreading). Furthermore, conclusions concerning the entrainment/suspension properties can be drawn by analyzing the efects of different initial conditions. Velocity and, especially, particle concentration are the determining factors for the dynamic pressure results in the SamosAT PSA model. The performed flow dynamics analysis gives the opportunity to analyze the three dimensional dynamic model data. The findings support the results of the sensitivity analysis and allow for a deeper understanding of the underlying process. One crucial point of the SamosAT PSA model is the explicit two-phase formulation of air and ice particle motion. The presented analysis reveals a conceptual problem of this coupling mechanism. The results of sensitivity and flow dynamic analyses reveal an extreme dependency of the result on the spatial mesh resolution. This finally leads to diverging model results which indicates an essential numerical problem and is in contradiction to the physical model assumptions. Thus, the model assumptions and/or the numerical implementation of the SamosAT PSA model should be reconsidered.
