Messungen der 2m Temperatur und Feuchte zur Evaluierung von PALM-4U

Mit einer Gitterweite von 1-10m kann das Stadtklimamodell PALM-4U (Maronga, et al. 2019) kleinskalige atmosphärische Prozesse auflösen, und unter anderem den Einfluss von Gebäuden und Vegetation detailliert berücksichtigen. Die Evaluierung des Modells erfolgt hier auf Basis von Langzeitbeobachtungen der Lufttemperatur und Feuchte an 32 verschiedenen Standorten im Berliner Stadtgebiet. Während einer Intensiven Messkampagne im Jahr 2018 standen acht weitere Messstationen zur Verfügung. Hier wird speziell der 16. Juli 2018 betrachtet, ein Tag mit langer Sonnenscheindauer (14h), bei dem eine Maximaltemperatur von 27.03°C an der institutseigenen WMO-Station 10381 im Botanischer Garten erreicht wurde. Die Evaluierung berücksichtigt den Grad der Horizontüberhöhung, den Sky View Faktor (SVF), der ein dimensionsloser Parameter zwischen 0 und 1 ist. Der SVF ist 1, wenn die komplette obere Himmelshälfte am Standort sichtbar ist und null wenn die Himmelshälfte nicht mehr zu erkennen ist. Ein potentielles Anwendungsszenario ist zum Beispiel die Prüfung der Frage, wie sich eine Nachverdichtung in einer Stadt auswirkt. Am Beispieltag zeigen die Messungen, dass es bei einem SVF von 0.29 zwischen 5 und 6 Uhr morgens bis zu 2.4K kälter ist als bei einen SVF größer 0.60. Außerdem tritt das Temperaturmaximum beim größeren SVF etwa 1,5 Stunden später ein. Die Abweichungen des Modells von den Beobachtungen für die Messorte können mit dem mittleren absoluten Fehler (MAE) quantifiziert werden. Auch hier ergibt sich ein systematischer Unterschied danach, wie groß der lokale SVF ist. Bei einem SVF von weniger als 0.29 ergibt sich im 24-Stunden-Mittel ein geringerer Fehler (1.53 K bei Mess- und Modelldaten-Frequenz von 5min) als bei  einem SVF größer als 0.6 (1.76 K). Hierzu trägt bei, dass die beobachtete Amplitude des Tagesgangs von MAE bei einem SVF größer als 0.6 vom Modell um bis zu 4.5 K unterschätzt wird. Dies liegt insbesondere an den Temperaturen zwischen Sonnenuntergang (19 Uhr) und Mitternacht, die im Modell bei nahezu sichtbarem Himmel zu hoch sind.

Literatur: Maronga, B., G. Groß, S. Raasch, S. Banzhaf, R. Forkel, W. Heldens, F. Kanani-Sühring, A. Matzarakis, M. Mauder, D. Pavlik, J. Pfafferott, S. Schubert, G. Seckmeyer, H. Sieker, K. Winderlich (2019): Development of a new urban climate model based on the model PALM - Project overview, planned work, and first achievements, Met. Z., 28, 105-119 DOI: 10.1127/metz/2019/0909