Teil 2 Simulationen mit PALM-4U
Viele der Teilprojekte (TP), die Messungen durchführen, arbeiten parallel an Simulationen mit dem Stadtklimamodell PALM-4U. Dies betrifft die Städte Hamburg, Berlin, Dresden, Hannover, Stuttgart, Augsburg und München. Daten aus den Sondermessungen sollen dazu dienen PALM-4U hinsichtlich spezifischer Modellleistungen zu validieren (siehe Teil 1). Da die Simulationen meist viel Rechenzeit benötigen und riesige Datenmengen erzeugt werden, werden einige der Simulationen auf externen Hochleistungsrechnern wie z.B. im Deutschen Klimarechenzentrum durchgeführt. Diese externen Ressourcen für die Simulationen müssen beim jeweiligen Rechenzentrum beantragt und genehmigt werden. Umfangreiche Tests und Studien zu unterschiedlichen Aspekten von PALM-4U gehen den eigentlichen Simulationen zur Beantwortung wissenschaftlicher oder anwendungsbezogenen Fragestellungen voraus. Bevor eine Simulation starten kann, müssen die Eingangsdaten z.B. Oberflächentyp, Gebäude und Vegetation für das zu simulierende Gebiet aufbereitet werden, da realistische Randbedingungen für die Atmosphäre, die lokale Umwelt und den Boden berücksichtigt werden müssen. Je nach Fragestellung der Simulation und Datenverfügbarkeit gehen die Eingangsdaten in unterschiedlichen Detailstufen in die Simulation ein. Zur Ausgabe, Aufbereitung und Darstellung der Simulationsergebnisse wird darüber hinaus an Programmen n verschiedenen Computersprachen gearbeitet.
Der Frage wie z.B. PALM-4U die oberflächen- bzw. wandnahe turbulente Strömung wiedergeben kann, wird in Hamburg nachgegangen. Die Ergebnisse der Simulationen werden mit Ergebnissen aus Experimenten im Windkanal verglichen. Hierzu wurden im Windkanal Strömungsmuster an Modellen von Häuserfassaden mit Balkonen und unterschiedlicher Geschosshöhen bestimmt. Zusätzlich planen die Hamburger Meteorologen eine realistische Langzeitsimulation mit PALM-4U für verschiedene Stadtgebiete von Hamburg. Eine erste PALM-4U Simulation wurde erfolgreich für ein etwa 6x6 km großes Gebiet rund um den Wettermast der Uni Hamburg durchgeführt. Auch hier werden die Messdaten vom Wettermast mit den Ergebnissen der PALM-4U Simulation verglichen.
In Berlin wurden Simulationen für den Anwendungsfall ‚Reaktion der Stickstoffdioxid-Konzentration in der städtischen Atmosphäre auf Veränderungen der Verkehrsdichte und der Motorentechnologie‘ durchgeführt, um die Sensibilität auf Änderungen der vertikalen Erstreckung des zu simulierenden Gebiets und den Antrieb des Modells zu testen. Dabei zeigte sich, dass die Höhe des Gebiets eine entscheidende Rolle für die Ergebnisse der Simulationen spielt.
In Dresden wird u.a. an der Validierung des Plant-Canopy-Moduls von PALM-4U gearbeitet. Hierbei handelt es sich darum, wie Baumbestände in PALM-4U dargestellt werden und inwieweit Ergebnisse der Simulationen mit Messungen z.B. in geschlossenem Baumbestand übereinstimmen.
Für Stuttgart zeigten diverse Tests, dass das Modell bei einer komplexen Topographie wie sie in Stuttgart vorliegt, noch technische Probleme hat. Weitere Tests auf unterschiedlichen Rechnerplattformen bzw. -architekturen und zur räumlichen Auflösung des Modells dienten der Optimierung der Leistungsfähigkeit der Simulationen z.B. zur Verkürzung der benötigten Rechenzeit für die Simulation eines bestimmten Gebiets oder Zeitraums.
In Augsburg arbeitet das verantwortliche TP mit der Stadtverwaltung und der Industrie Szenarien zur thermischen und lufthygienischen Belastungsminderung in verschiedenen Stadtteilen aus. Nach Auswahl geeigneter Wetterlagen mit und ohne thermische Belastung wurden Kontrollsimulationen durchgeführt, für die zum Vergleich zeitgleiche Messdaten aus Drohnenflügen und von Messstationen des Deutschen Wetterdienstes vorliegen.
In München wurden Simulationen zur Akkumulation von Stickstoffdioxid (NO2) im Straßenbereich durchgeführt. Hier konnte u.a. gezeigt werden, dass hohe blockierende Bebauung zur Akkumulation von NO2 im Straßenraum führt. Mehrere dieser Simulationen konnten das große Potential turbulenzauflösender Chemie-Transport-Modelle für straßennahe Verhältnisse zeigen. Allerdings ist der Rechenaufwand sehr groß, daher war bislang nur die Simulation kurzer Zeitabschnitte für Teilgebiete der Stadt möglich.
Wir sind gespannt auf die weiteren Ergebnisse und Fortschritte, die demnächst in einer Online Videokonferenz von 3DO+M gezeigt werden.
 |
 |
|
Simulierte Windgeschwindigkeit in 10m Höhe am Hamburger Wettermast. © Uni Hamburg, Akio Hansen |
Simulierte NO2-Verteilung nach 80 Minuten Simulation und konstantem Wind (5 m/s) aus Ost. Rot sind Bereiche mit NO2-Konzentrationen von über 20 ppb (ca. 40ug/m³). © DLR/DFD Ehsan Khorsandi, Frank Baier, Thilo Erbertseder |