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Sonderforschungsbereich Transregio 172 (SFB TRR): Arktische Verstärkung: Klimarelevante Atmosphären- und Oberflächenprozesse und Rückkopplungsmechanismen (AC)3, Teilprojekt E03: Prozessbasierte Einschätzungen von arktischen tiefen Wolken

Dieses Teilprojekt untersucht die Prozesse, die zur Entwicklung, Lebensdauer und Zerfall von arktischen tiefen Wolken führen. Dabei liegt der Fokus auf deren makro-, mikropysikalischen und dynamischen Eigenschaften als auch deren Wechselwirkung mit heterogenen Oberflächeneigenschaften. Unsere Forschungsstrategie besteht aus einem integrierten Ansatz von Large-Eddy aufgelösten Simulationen (LES) in Verbindung mit neuartigen bodengebundenen Fernerkundungsmethoden. Die Konfiguration des LES wird aus Eulerschen aber auch Lagrangschen Beschreibungen bestehen, wobei die Eulersche Darstellung Langzeit Perioden an einer bestimmten Stelle abdeckt, wohingegen die Lagrangsche Darstellung dafür entwickelt wird die Schiffsrouten mit den Flugzeugmessungen zusammenzuführen.

Stadtklima: Entwicklung eines leistungsstarken Stadtklimamodells, Modul A - MOSAIK, Teilprojekt 6: Datenmanagement und Benutzeroberfläche

Das Ziel der Fördermaßnahme ist die Entwicklung eines innovativen Stadtklimamodells, welches in der Lage sein soll, das Stadtmikroklima in Großstädten wie Berlin mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 10 m zu simulieren. Das Modell soll als benutzerfreundliches Werkzeug entwickelt werden, welches von Anwendern in der Stadtplanung eingesetzt werden kann. In Modul A (Verbundprojekt MOSAIK) der Fördermaßnahme soll das neue Stadtklimamodell entwickelt werden. Das Modell wird auf dem Large-eddy Simulationsmodell (LES) PALM basieren, welches an der Leibniz Universität Hannover entwickelt wird. PALM soll um diverse Module erweitert werden um als Stadtklimamodell einsetzbar zu sein. Dazu zählt die Implementierung einer RANS-Turbulenzparametrisierung, die Implementierung eines Energiebilanzlösers für städtische Oberflächen (inkl. Innenraumklimamodell) und die Entwicklung eines Chemiemoduls. Darüber hinaus wird ein Nesting-Verfahren implementiert, welches Simulationen für kleinere Teilgebiete von Städten bei extrem hoher Auflösung ermöglichen wird. Das Modell wird zudem mit einem Multiagentenmodell ausgestattet, bei dem sich Agenten auf Basis eines Bewegungsalgorithmus (basierend auf sozio-ökonomischen Daten) durch die Stadt bewegen können, wobei die Agenten den meteorologischen Wirkungsmechanismen wie Wärmestress, Windkomfort und Strahlungsexposition ausgesetzt sind. Die Modellsteuerung soll über eine grafische Oberfläche erfolgen und sich an den Bedürfnissen typischer Anwender orientieren. Dies umfasst auch die Bereitstellung von Standarddatenprodukten. Das Teilprojekt ist für die Aufbereitung weiterer Eingangsdaten zuständig, sowie für Konzeption und Implementierung und des Data-warehouses. Des Weiteren entwickelt GEO-NET das Analysesystem zur Auswertung der Modellergebnisse.

Stadtklima: Entwicklung eines leistungsstarken Stadtklimamodells, Modul A - MOSAIK, Teilprojekt 4: Urbane Chemie und Luftreinhaltung für den LES-Modus

Das Ziel der Fördermaßnahme ist die Entwicklung eines innovativen Stadtklimamodells, welches in der Lage sein soll, das Stadtmikroklima in Großstädten wie Berlin mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 10m zu simulieren. Das Modell soll als benutzerfreundliches Werkzeug entwickelt werden, welches von Anwendern in der Stadtplanung eingesetzt werden kann. In Modul A (Verbundprojekt MOSAIK) der Fördermaßnahme soll das neue Stadtklimamodell entwickelt werden. Das Modell wird auf dem Large-eddy Simulationsmodell PALM basieren, welches an der Leibniz Universität Hannover entwickelt wird. PALM soll um diverse Module erweitert werden, um als Stadtklimamodell einsetzbar zu sein. Dazu zählt die Implementierung einer RANS-Turbulenzparametrisierung und die Implementierung eines Energiebilanzlösers für städtische Oberflächen (inkl. Innenraumklimamodell) und die Entwicklung eines Chemiemoduls. Darüber hinaus wird ein Nesting-Verfahren implementiert, welches Simulationen für kleinere Teilgebiete von Städten bei extrem hoher Auflösung ermöglichen wird. Das Modell wird zudem mit einem Multiagentenmodell ausgestattet, bei dem sich Agenten auf Basis eines Bewegungsalgorithmus (basierend auf sozio-ökonomischen Daten) durch die Stadt bewegen können, wobei die Agenten den meteorologischen Wirkungsmechanismen wie Wärmestress, Windkomfort und Strahlungsexposition ausgesetzt sind. Die Modellsteuerung soll über eine grafische Oberfläche erfolgen und sich an den Bedürfnissen typischer Anwender orientieren. Dies umfasst auch die Bereitstellung von Standarddatenprodukten. Das Teilprojekt entwickelt und testet das Chemiemodul für die hochauflösende (LES) Version des Stadtklimamodells. Außerdem bereitet es die Antriebsdaten dafür auf.

Stadtklima: Entwicklung eines leistungsstarken Stadtklimamodells, Modul A - MOSAIK, Teilprojekt 9: Urbane Chemie und Luftreinhaltung für den RANS-Modus

Das Ziel der Fördermaßnahme ist die Entwicklung eines innovativen Stadtklimamodells, welches in der Lage sein soll, das Stadtmikroklima in Großstädten wie Berlin mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 10 m zu simulieren. Das Modell soll als benutzerfreundliches Werkzeug entwickelt werden, welches von Anwendern in der Stadtplanung eingesetzt werden kann. In Modul A (Verbundprojekt MOSAIK) der Fördermaßnahme soll das neue Stadtklimamodell entwickelt werden. Das Modell wird auf dem Large-eddy Simulationsmodell (LES) PALM basieren, welches an der Leibniz Universität Hannover entwickelt wird. PALM soll um diverse Module erweitert werden um als Stadtklimamodell einsetzbar zu sein. Dazu zählt die Implementierung einer RANS-Turbulenzparametrisierung, die Implementierung eines Energiebilanzlösers für städtische Oberflächen (inkl. Innenraumklimamodell) und die Entwicklung eines Chemiemoduls. Darüber hinaus wird ein Nesting-Verfahren implementiert, welches Simulationen für kleinere Teilgebiete von Städten bei extrem hoher Auflösung ermöglichen wird. Das Modell wird zudem mit einem Multiagentenmodell ausgestattet, bei dem sich Agenten auf Basis eines Bewegungsalgorithmus (basierend auf sozio-ökonomischen Daten) durch die Stadt bewegen können, wobei die Agenten den meteorologischen Wirkungsmechanismen wie Wärmestress, Windkomfort und Strahlungsexposition ausgesetzt sind. Die Modellsteuerung soll über eine grafische Oberfläche erfolgen und sich an den Bedürfnissen typischer Anwender orientieren. Dies umfasst auch die Bereitstellung von Standarddatenprodukten. Das Teilprojekt entwickelt die Chemiefunktionalität für die niederauflösende (RANS) Version des Stadtklimamodells und bereitet die Eingangsdaten dafür auf.

Stadtklima: Entwicklung eines leistungsstarken Stadtklimamodells, Modul A - MOSAIK, Teilprojekt 2: Urbane Strahlung und Gebäudeparametrisierung

Das Ziel der Fördermaßnahme ist die Entwicklung eines innovativen Stadtklimamodells, welches in der Lage sein soll, das Stadtmikroklima in Großstädten wie Berlin mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 10 m zu simulieren. Das Modell soll als benutzerfreundliches Werkzeug entwickelt werden, welches von Anwendern in der Stadtplanung eingesetzt werden kann. In Modul A (Verbundprojekt MOSAIK) der Fördermaßnahme soll das neue Stadtklimamodell entwickelt werden. Das Modell wird auf dem Large-eddy Simulationsmodell (LES) PALM basieren, welches an der Leibniz Universität Hannover entwickelt wird. PALM soll um diverse Module erweitert werden, um als Stadtklimamodell einsetzbar zu sein. Dazu zählt die Implementierung einer RANS-Turbulenzparametrisierung, die Implementierung eines Energiebilanzlösers für städtische Oberflächen (inkl. Innenraumklimamodell) und die Entwicklung eines Chemiemoduls. Darüber hinaus wird ein Nesting-Verfahren implementiert, welches Simulationen für kleinere Teilgebiete von Städten bei extrem hoher Auflösung ermöglichen wird. Das Modell wird zudem mit einem Multiagentenmodell ausgestattet, bei dem sich Agenten auf Basis eines Bewegungsalgorithmus (basierend auf sozio-ökonomischen Daten) durch die Stadt bewegen können, wobei die Agenten den meteorologischen Wirkungsmechanismen wie Wärmestress, Windkomfort und Strahlungsexposition ausgesetzt sind. Die Modellsteuerung soll über eine grafische Oberfläche erfolgen und sich an den Bedürfnissen typischer Anwender orientieren. Dies umfasst auch die Bereitstellung von Standarddatenprodukten. Das Teilprojekt übernimmt die Modellentwicklungsarbeiten in Bezug auf Strahlungsflüsse für gebäudeauflösende Simulationen, DCEP Gebäudeparametrisierung.

Teilprojekt 8: Fernerkundungsprodukte von polumlaufenden Satelliten, Teilprojekt 7: Beobachtungen der Supersite Schneefernerhaus

Strömungsformen bei Vermischung in der Umgebung eines Rohrleitungs T-Stücks (KEK)

Numerische Berechnung turbulenter Stroemungen um Gebaeude

Ziel des Vorhabens ist die Entwickung von numerischen Berechnungsverfahren fuer die turbulente Umstroemung von Gebaeuden. Zum einen wird die Large-Eddy-Simulationsmethode eingesetzt und weiterentwickelt und mit ihr wurde im Rahmen des Vorhabens die instationaere Wirbelabloesestroemung an einem quadratischen Zylinder berechnet. Diese Rechnungen wurden auch auf einem vom Projektleiter organisierten Workshop (Workshop on Large-Eddy-Simulations of Flows past Bluff Bodies, Rottach-Egern, 26.-28. Juni 1995) eingereicht. Die Ergebnisse stimmen insgesamt recht gut mit Messungen ueberein. Weiter wurde die im Mittel stationaere Stroemung um einen wandgebundenen Wuerfel mit Hilfe eines statistischen Verfahrens berechnet, d.h. die Stroemung um ein geometrisch einfaches Gebaeude. Dazu wurde ein dreidimensionales Finite-Volumen-Verfahren eingesetzt sowie verschiedene Varianten des k-eps Turbulenzmodells zur Simulierung der turbulenten Austauschvorgaenge. Es ergab sich ein zu langes Abloesegebiet hinter dem Wuerfel und es wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass diese sehr komplexe Stroemung mit der Large-Eddy-Simulationstechnik wesentlich besser berechnet werden kann, die allerdings einen weitaus hoeheren Rechenaufwand erfordert.

INFLOW-Noise: Bewertung relevanter Lärmquellen von Windenergieanlagen unter realen atmosphärischen Zuströmbedingungen

An Windenergieanlagen (WEA) tritt strömungsinduzierter Lärm aufgrund von verschiedenen Ursachen auf. Dieser Lärm spielt eine erheblich Rolle bei der Akzeptanz von WEA im Onshore-Bereich. In diesem Projekt wird versucht mögliche Ursachen von strömungsinduziertem Lärm zu erfassen und zu lokalisieren. Insbesondere im Hinblick auf durch die Anströmbedingungen ausgelöste Geräuschemission soll Untersucht werden, ob, mit welcher Quantität und wie turbulente Einströmungsbedingungen zu Lärmentwicklung von WEA beitragen. Zu diesem Zweck werden primär numerische Simulationen durchgeführt. Diese beinhalten aerodynamische Large Eddy Simulationen (LES) aus der Computational Fluid Dynamic (CFD), wie auch aufwendige aeroakustische Simulationen. Diese sollen unter unterschiedlichen turbulenten Einströmbedingungen in verschiedenem Detailierungsgrad durchgeführt werden. ForWind führt in dem Projekt zum Einen Validierungsmessungen im Windkanal durch. Zu diesem Zwecke werden aerodynamische Messungen an Blattprofilen hinter einem fraktalen Gitter durchgeführt. Dieses dient dazu, ein, der atmosphärischen Turbulenz möglichst nahe kommendes, intermittentes Windfeld zu erzeugen, welches auf das Blattprofil trifft. Zusätzlich sollen akustische Simulationsergebnisse mit Messergebnissen validiert werden. Zum Anderen, werden numerische Turbulenzmodelle, die intermittente Eigenschaften der Windströmung erfassen können in CFD-Codes implementiert, um die Windcharakteristik möglichst genau zu erfassen.

Wolken- und Niederschlagsprozesse im Klimasystem (HD(CP)2) - M2 - Benchmarking - Leistungsanalyse, Teilvorhaben 1

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und Generierung einer Reihe von Benchmark-Fällen, die von der HD(CP)2-Gemeinschaft genutzt werden kann. Darüber hinaus soll erkundet werden, wie Unsicherheiten bei der Repräsentation von Landoberflächen, der Wolkenmikrophysik und des Aerosols die Interpretation der geplanten HC(CP)2-Simulationen beeinflussen können. Die Benchmark-Fälle werden aus einer Reihe von koordinierten Simulationen bestehen, bei denen zwei etablierte Large Eddy Simulation (LES)-Modelle zum Einsatz kommen. Diese Simulationen dienen als Referenz zum Testen des HC(CP)2-Modells und als Datenquelle zur Evaluierung von in anderen Teilprojekten eingesetzten Modellen. Das MPI-M arbeitet als Teil des HD(CP)2 Benchmarking Projektes. Dabei geht es um die Anwendung von zwei fein-skaligen (LES) Modellen, mit denen Benchmark-Fälle generiert und dann anderen Projektpartnern zur Beurteilung des HD(CP)2 Konzeptes bereitgestellt werden. Zusammen mit Projektpartnern aus Hannover wird auch ein Prototyp mit einem täglichen Zyklus entwickelt. Alle Modell Simulationen werden im Rahmen von Workshops vorgestellt und verfügbar gemacht. Ein wesentlicher Aspekt der Untersuchungen ist es, die Unsicherheit der parametrisierten Prozesse zu bestimmen, wie mikrophysikalische Annahmen bei der Wolkenbildung, wie Turbulenz-Schemata oder wie Wechsel-Wirkungen zwischen Aerosolen und Wolken. Dieses erfordert eine enge Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten des HD(CP)2.

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