Modellieren von Regenheterogenitäten zwischen Gebäuden

Bebauung führt zu lokalen Abweichungen vom regionalen Klima in Städten, ein Stadtklima bildet sich aus. Beispielsweise verringert sich die durchschnittliche Windgeschwindigkeit, während die Böigkeit sich erhöht. Die Windströmung beeinflusst auch wie der Niederschlag fällt, was zu kleinskaligen Regenheterogenitäten führt. Menschen, die sich in Städten aufhalten, spüren diese Heterogenitäten unmittelbar. Ihre Messung hingegen ist nahezu unmöglich. Die gebäudeinduzierten Windböen beeinträchtigen die Repräsentativität von in-situ- Messungen, deswegen sollen Regenmesser angemessen weit entfernt von Hindernissen aufgestellt werden. Radare sind in der Regel zu grob und können darüber hinaus nicht zwischen den Gebäuden messen. Numerische Modelle sind deshalb eine sinnvolle Methode Regenheterogenitäten zwischen den Gebäuden zu quantifizieren.

In der Bauphysik finden numerische Modelle zur Bestimmung der Niederschlagsbenetzung auf einzelne Gebäudefassaden bereits Verwendung, allerdings werden größere Bereiche einer Stadt oder meteorologische Prozesse wie Strahlung oder Kondensation selten betrachtet. In der Meteorologie erlaubt die zunehmende Rechnerleistung, dass hindernisauflösende, mikroskalige Atmosphärenmodelle immer größere Gebiete abdecken und weitere meteorologische Prozesse auflösen können.

Zur Bestimmung der Regenheterogenitäten zwischen Gebäuden haben wir das mikroskalige hindernisauflösende Transport- und Strömungsmodell MITRAS erweitert. Die Wolkenparameterisierung wurde aus dem mesoskaligen Schwestermodell METRAS übernommen und die Randbedingungen für Wolken- und Regenwasser an Gebäudewänden wurden neu eingeführt. MITRAS Ergebnisse werden für realistische Situationen mit Hilfe von Radar- und in-situ Messungen auf Plausibilität geprüft (Ferner et al., 2020). Unseres Wissens nach ist MITRAS bisher das einzige numerische Stadtklimamodell mit Regenparameterisierung.

Die Modellrechnungen wurden mit unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und Regenraten initialisiert, um deren Einflüsse auf die Heterogenität der Regenmenge zwischen den Gebäuden in einem Gebiet von 1,9 x 1,7 km² um das Hamburger Rathaus zu bestimmen. Wir untersuchen, wie die Windgeschwindigkeit bei gleichbleibender Regenrate oder die Regenrate bei gleichbleibender Windgeschwindigkeit das Niederschlagsmuster auf Boden und Dächern beeinflussen. Die Ergebnisse werden wir in unserem Vortrag präsentieren.

Ferner, Karolin S., Boettcher, Marita, Schlünzen, K. Heinke (2020): Modelling the heterogeneity of rain in an urban neighbourhood. Publikation in Vorbereitung