LES auf großer Skala - Gesamtstädtische Stadtklimasimulationen mit PALM-4U

Das Large-Eddy Simulationsmodell PALM-4U wurde in den letzten Jahren als Stadtklimamodell ausgebaut, mit dem Ziel die für stadtklimatologische Fragestellungen relevanten physikalischen Prozesse auf der Mesoskala sowie Mikroskala zu berücksichtigen. Um die Leistungsfähigkeit von PALM-4U zu demonstrieren, präsentieren wir in diesem Beitrag zwei simulierte Szenarien, ein Winter- und ein Sommerszenario, welche die gesamte Bandbreite der implementierten Stadtklimakomponenten ausnutzen. In beiden Szenarien wird die Stadt Berlin simuliert, deren gesamte Stadtfläche vom Simulationsgebiet abgedeckt wird. Der simulierte Bereich erstreckt sich über ein Gebiet von etwa 50 km x 50 km und umfasst somit das vollständige Stadtgebiet von Berlin und die nähere Umgebung. Die räumliche Auflösung variiert im Simulationsgebiet zwischen 16 m und 2 m. Durch die gewählte Gebietsgröße, Gitterweite und die Anzahl der explizit dargestellten Wechselwirkungen stellen die gezeigten Simulationen nach unserer Kenntnis die bisher weltweit größten und umfangreichsten Stadtklimasimulationen auf LES Basis dar. Momentan dienen die Ergebnisse der Simulationen als Grundlage zur Evaluierung des Modells.

Im Beitrag zeigen wir wie die Eingangsdaten in die Simulationen einfließen und sich auf die Modellergebnisse auswirken. Dabei wird das Augenmerk sowohl auf die allgemeine Bodenbeschaffenheit, die explizit aufgelöste Vegetation und die Gebäude gelegt, als auch auf die seitlichen Randbedingungen welche aus dem mesoskaligen Modell COSMO stammen um Änderungen auf der Mesoskala abzubilden. Tagesgänge der meteorologischen Größen wie Lufttemperatur, Feuchte und Wind können sowohl im Stadtzentrum als auch in der ländlichen Umgebung im Außenbereich der Stadt wiedergegeben werden und stimmen mit Messungen überein.

Durch die hohe räumliche Auflösung und die explizite Berücksichtigung von Hindernissen können flächendeckend für ganz Berlin aktuelle Fragestellungen der Stadtplanung beantwortet werden. Der thermische Komfort kann beispielsweise mittels der direkt von PALM-4U berechneten Größen UTCI oder PET bestimmt werden. "Hot-Spot" Analysen können durch die gesamt-städtische Betrachtung lückenlos durchgeführt werden. Insbesondere kann bei der Betrachtung eines vollständigen Stadtgebiets der urbane Wärmeinseleffekt abgebildet und dank der feinen räumlichen Auflösung im Detail bewertet werden. Die Möglichkeit auch chemische Stoffe und Feinstaub mit PALM-4U zu betrachten, bietet darüber hinaus auch das Potential PALM-4U für den Bereich der Luftqualität anzuwenden. Für die Evaluierung wurden im Vorfeld intensive Messkampagnen durchgeführt, welche mit Hilfe des in PALM-4U vorhandenen virtuellen Messmoduls in den Simulationen nachgebildet wurden. Erste Eindrücke dieser Messungen werden wir im Vortrag präsentieren. Abschließend geben wir einen Ausblick auf die aktuellen Fortschritte der Evaluierungen und gehen auf noch geplante und aktuell durchgeführte Vorhaben für die Evaluierung ein.