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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.
One of the main sources of uncertainty during the design and operation of wind energy projects is associated with our current limited ability to predict wind and turbulence at spatial and temporal scales relevant to wind turbine operation, particularly over complex terrain. Many mountainous regions with high wind energy potential (including the Jura region in Switzerland and the Carpathian Mountains in Romania) are characterized by multi-scale variability of land surface properties (topography and vegetation cover), which strongly affects the spatial distribution of wind and turbulence and, in turn, wind-turbine performance. Despite the recent efforts to develop high-resolution eddy-resolving flow simulation techniques such as Large-Eddy Simulation (LES) for assessing wind energy projects, their application to mountainous regions is still in its infancy. In order to be effective, LES needs to be properly coupled with high-resolution information of the relevant land surface properties, namely topography, aerodynamic surface roughness, and vegetation structure of tall canopies. This information could potentially be obtained using the latest advances in wavelet-based multi-resolution digital terrain modeling and vegetation modeling. The proposed research aims at developing and assessing a framework that integrates terrain and vegetation modeling concepts and tools in support of accurate wind modeling for wind energy applications over complex terrain. To achieve this, we propose a multidisciplinary approach that consists of coupling the following main modeling elements: (1) a new-generation tuning-free Large-Eddy Simulation technique for high-resolution predictions of wind and turbulence over complex terrain, with and without wind farms; (2) very high resolution Digital Elevation Models linked with novel, wavelet-based generalization and filtering techniques to provide description of the surface properties at the relevant scales; and (3) landscape and vegetation models to predict the potential feedbacks between atmospheric boundary layer processes (fluxes), as affected by the wind farms, and vegetation patterns. The resulting modeling framework will be applied to two case study areas for which high resolution terrain data will be available: one in the Swiss Jura region, and the other in the Romanian Carpathians. The proposed new modeling framework is expected to be a powerful tool for optimizing the design and operation of wind farms. In particular, it will be useful to maximize wind energy production and minimize fatigue loads (and associated maintenance costs) in wind farms. It will also allow us to study the effects of wind farms on land-atmosphere exchanges and fluxes of momentum, heat and water vapor, which are expected to affect the near-surface air temperature and moisture and, in general, the local meteorology. (...)
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.
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.
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.
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.
Accurate prediction of wind, turbulence and their interactions with wind turbines and wind farms is of great importance for the optimal design (turbine siting) of wind energy projects. It can also provide valuable quantitative insight into the effects of wind farms on the local meteorology. Computational fluid dynamics has the potential to provide the wealth of data required to understand the dynamics of the highly turbulent atmospheric flow at all the scales of interest to wind energy studies (ranging from kilometers down to meters). The accuracy of computer models, however, hinges on our ability to parameterize the dynamics of the flow that cannot be explicitly resolved in the simulations, because they occur at scales smaller than the grid scale. A novel computational framework is proposed here to simulate the interaction between the turbulent wind and wind turbines. The new computer models will be carefully validated using data collected in a wind tunnel and in the field inside a large wind farm. We will use miniature wind turbines (single turbines and multiple turbines in different wind-farm configurations) placed in a wind tunnel to isolate and study the effects on the flow of different atmospheric conditions (as affected by land-surface characteristics such as roughness and temperature) and wind turbine characteristics and arrangements (separation between turbines, alignment, etc.). In the field experiments, vertical and horizontal transects of the mean wind velocity and turbulence will be measured using sonic anemometers and lidars. Both wind-tunnel and field measurements will be used to validate the computational framework and guide the development of improved models. Finally, after the computational framework has been carefully validated, numerical experiments will be carried out to study the interaction between atmospheric flow and wind farms under different thermal conditions typical of nighttime and characterized by high shear and strong wind at relatively low altitudes. This situation is of particular interest due to its high wind-energy potential, but also because of the well-known difficulties associated with its prediction. Emphasis will be placed on understanding the effects of wind farms on the local meteorology through their impact on the wind velocity and temperature distributions as well as the exchange rates of heat between the land surface and the atmosphere.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 23 |
| Europa | 1 |
| Wissenschaft | 18 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 23 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 23 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 18 |
| Englisch | 6 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 8 |
| Webseite | 15 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 17 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 18 |
| Mensch und Umwelt | 23 |
| Wasser | 11 |
| Weitere | 23 |