Hochaufgelöste Simulation von meteorologischen Feldern in urbanen Räumen mit dem Weather Research and Forecasting (WRF) Modell

Städte und Kommunen sind für mehr als 70% der globalen, fossilen CO2-Emissionen verantwortlich, sodass hier ein enormes Mitigationspotential besteht. Informationen über (inner-)städtische CO2-Emissionen stehen allerdings oft nicht in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zur Verfügung und sind meist mit großen Unsicherheiten behaftet. Diese Umstände erschweren eine zielgerichtete und effiziente Mitigation im urbanen Raum. Städtische Messnetzwerke können als unabhängige Informationsquelle einen Beitrag leisten, um CO2-Emissionen in Städten zu quantifizieren und Mitigation zu verifizieren. Verschiedene denkbare Beobachtungsstrategien sollten im Vorfeld abgewägt werden, um urbane Emissionen bestmöglich, d.h. mit der erforderlichen Genauigkeit und Kosteneffizienz zu quantifizieren. So können Messnetzwerke die Basis für zielgerichtete und kosteneffiziente Mitigation legen.

Im Rahmen des Verbundvorhabens „Integrated Greenhouse Gas Monitoring System for Germany“ (ITMS) werden wir verschiedene Beobachtungsstrategien für urbane Räume entwerfen und mit Hilfe von Modellsimulation evaluieren und abwägen. Notwendige Voraussetzung für die Evaluation der Strategien ist eine akkurate Repräsentation des atmosphärischen Transports im Modell.

Diese Studie zeigt erste Ergebnisse der hochauflösenden (1kmx1km) meteorologischen Simulationen für den Rhein-Neckar-Raum mit dem WRF Modell. Die in WRF simulierten meteorologischen Größen werden für verschiedene Modellkonfigurationen mit re-analysierten Daten des European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) und ausgewählten Messstationen verglichen. Damit evaluieren wir den Einfluss unterschiedlicher Nudging-Strategien, Parametrisierungen physikalischer Prozesse und urbaner Interaktionen auf die Modellperformance von Lufttemperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Grenzschichthöhe. Durch diese Analysen gewährleisten wir, dass die Simulation der Beobachtungsstrategien auf robustem und realistischem atmosphärischen Transport basieren und schlussendlich repräsentative Empfehlungen für den Aufbau von Messnetzwerken liefern können.