Werkzeuge AG Stadtklima
Werkzeuge
Bei der Untersuchung der genannten Themenkomplexe ergänzen sich Messungen und Modellsimulationen, da nur dadurch evaluierte flächendeckende und übertragbare Aussagen möglich sind. Modellsimulationen liefern Erkenntnisse über die zeitliche und räumliche Ausprägung des städtischen Klimas und der Wirkung des Stadtklimas auf Stressoren und Belastungen der Bewohnerschaft. Damit können wirksame Anpassungs- und Entwicklungsszenarien abgeleitet und Projektionen von bisher unbeobachteten Situationen simuliert werden. Aus stationären und mobilen Messungen werden in Kombination mit detaillierten Strukturinformationen Erkenntnisse zur Weiterentwicklung von Modellansätzen gezogen und umgesetzt.
Die kontinuierlich durch uns betreuten Stadtklimastationen (Beispiel: Modellprojekt Integrales Wassermanagment MIW) liefern den zeitlichen Verlauf an repräsentativen Punkten in der Stadt. Diese Messungen sind gekennzeichnet durch qualitativ hochwertige Sensoren. Unter anderem kommen Infrarotkameras zum Einsatz (Abb. 1), die effektiv die thermischen Eigenschaften unterschiedlicher Oberflächen scannen.
Abb.1: Oberflächentemperaturen auf der Straße des 17. Juni in Berlin, Ausschnitt aus einer mehrtägigen Zeitserie (1 min Takt), aufgenommen mit VarioCAM HR von InfraTek. Die Schatten spendende Wirkung von Gebäuden und hoher Vegetation, sowie die Aufheizung unterschiedlicher Baumaterialien wird sichtbar.
Die räumliche Variabilität der Messgrößen im Stadtgebiet erfassen wir durch unsere mobilen Messsysteme (Abb. 2). Die hohe zeitliche Auflösung der Messung (1 Hz) erlaubt hierbei die exakte räumliche Zuordnung der Messungen.
Abb. 2: Mobile Messsysteme zur Erfassung der Belastung von Stadtbewohnern. Die Umgebungsbedingungen (Strahlung, Lufttemperatur, Luftfeuchte und Wind) werden im Sekundentakt erfasst und räumlich zugeordnet.
Die in der AG Stadtklima verwendeten Modelle ergänzen sich in ihren Skalen und dem Anwendungsbereich. Eine Übersicht dazu gibt die Modellmatrix. Im mikroskaligen Bereich finden die Stadtklimamodelle ENVI-met, PALM-4U und das Strahlungsmodell SOLWEIG Anwendung, die nächstgrößere Skale wird durch das Weather Research and Forecasting Model WRF abgedeckt. Für den Antrieb der mikroskaligen Stadtklimamodelle werden Datensätze aus verschiedenen mesoskaligen Klimamodellen (u.a. COSMO-CLM) und Ensembles aus globalen und regionalen Modellen genutzt. ENVI-met ist geeignet die Wirkungen der dreidimensionalen urbanen Strukturen auf das tages- und jahreszeitlich variable Stadtklima abzubilden. Mit seiner Anwenderfreundlichkeit ist es ein ideales Werkzeug für die Szenarienanalyse von Stadtgebieten, u.a. für die Ableitung von wirksamen Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel. Gleichzeitig wird ENVI-met auch für die Qualifikation von Studierenden eingesetzt. PALM-4U ist ein neues Stadtklimamodell mit enormem Potential in der Grundlagenforschung der oberflächennahen Prozesse in der städtischen Atmosphäre. Die damit möglichen turbulenzauflösenden Simulationen liefern realitätsnahe Abildungen der Strömung und des Stadtklimas, insbesondere für kritische Ausbreitungsrechnungen. Aufgrund seiner sehr guten Skalierbarkeit können ganze Großstädte mit adäquater Auflösung simuliert werden.
Abb. 3: Mit PALM-4U simulierte Lufttemperaturen für die Innenstadt von Dresden um 15:30 Uhr. Die größte Erwärmung zeigt die zentrale Altstadt und südlich der Einkaufsbereich bis zum Hauptbahnhof. Die Situation zeigt die kühlende Wirkung von Parks und Grünflächen (Großer Garten südöstlich vom Stadtzentrum). Die Punkte südlich des Großen Gartens stellen mobile Messungen dar.