Das Projekt "Teilprojekt 4: Urbane Chemie und Luftreinhaltung für den LES-Modus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt 9: Urbane Chemie und Luftreinhaltung für den RANS-Modus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie Universität Berlin, Institut für Meteorologie WE03 durchgeführt. 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 Projekt "Predictability of local Weather - C5: Forecast uncertainty for peak surface gusts associated with European cold-season cyclones" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Predictions of the track and intensity of severe cyclones have substantially improved over recent decades but accurate predictions of the location, timing, and intensity of peak surface gusts remain challenging. Such information is of utmost importance for storm damage and warnings to the population. The general approach is to break down sources of uncertainty according to the different scales involved using appropriate modeling and observational datasets and methods: - On the synoptic scale the focus will be on the track and intensity of the cyclone associated with the extreme gusts over Germany. Forecast uncertainty will be quantified statistically for the top 2% of gust events using global ensemble prediction systems and objective tracking methods. Standard gust parameterizations will be applied to these datasets. (A) - For the investigation of mesoscale processes, suitable case studies will be selected from the sample identified under (A). Physical processes of main interest in this context are 'sting jets', descending wind speed maxima in the middle troposphere in the area of bent-back warm fronts, and moist convection, for example as occurring along cold fronts, and their associated cold pools. Observational datasets to be used in this context include gust measurements from the network of the German Weather Service (DWD), space-borne scatterometer data over the North and Baltic Seas, radiosondes, and wind profilers. Forecast uncertainty will be assessed on the basis of LEPSs, taking into account uncertainty resulting from the driving synoptic scale analyzed under (A). Targeted high-resolution simulations using the COSMO model will be conducted for detailed process studies, e.g., of sting jet formation. - Factors influencing the prediction of gusts, which are not resolved by current weather prediction models, include turbulent mixing of momentum into and across the boundary layer, particularly in areas of large shear at mid-levels as for example underneath sting jets. These aspects will be addressed with observations from ground-based and aircraft-borne wind lidar operated by the Karlsruhe Institute of Technology as well as wind towers and wind profilers, which will be compared to Large Eddy simulations. Selected cases will include existing data and new observations taken as part of the project. The final outcome from this project will be an integral assessment of the relative contributions from different scales and processes to forecast uncertainty of strong wind gusts over Germany during the winter half year as well as of the quality of widely used gust parameterizations. This will enable the provision of concrete guidance to operational forecasters and model developers.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Meteorologie und Klimatologie durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und Generierung einer Reihe von Benchmark-Fällen, die von der HD(CP)2-Gemeinschaft genutzt werden können. Darüber hinaus soll erkundet werden, wie die Unsicherheiten bei der Repräsentation von Landoberflächen, der Wolkenmikrophysik und des Aerosols die Interpretation der geplanten HD(CP)2-Simulationen beeinflussen können. Die Benchmark-Fälle werden aus einer Reihe von koordinierten Simulationen bestehen, bei denen zwei etablierte Large-Eddy Simulations (LES)-Modelle zum Einsatz kommen. Diese Simulationen dienen als Referenz zum Testen des HD(CP)2 Modells und als Datenquelle zur Evaluierung von in anderen Teilprojekten eingesetzten Modellen. Am IMuK wird ein Teil des HD(CP)2 Benchmarking Projektes bearbeitet. Zusammen mit den Projektpartnern vom MPI-M in Hamburg wird das Setup für eine Prototyp-Simulation aufgestellt. Dieses Setup soll den Tagesgang einer konvektiven Grenzschicht abbilden und auf Messungen basieren. Ein wesentlicher Aspekt dieses Vorhabens ist es, die sich für das HD(CP)2-Modell ergebenden Unsicherheiten bezüglich der Parametrisierung von Landoberflächenheterogenitäten zu ermitteln.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung und Generierung einer Reihe von Benchmark-Fällen, die von der HD(CP)2-Gemeinschaft genutzt werden kann. Darüber hinaus soll erkundet werden, wie Unsicherheiten bei der Repräsentation von Landoberflächen, der Wolkenmikrophysik und des Aerosols die Interpretation der geplanten HC(CP)2-Simulationen beeinflussen können. Die Benchmark-Fälle werden aus einer Reihe von koordinierten Simulationen bestehen, bei denen zwei etablierte Large Eddy Simulation (LES)-Modelle zum Einsatz kommen. Diese Simulationen dienen als Referenz zum Testen des HC(CP)2-Modells und als Datenquelle zur Evaluierung von in anderen Teilprojekten eingesetzten Modellen. Das MPI-M arbeitet als Teil des HD(CP)2 Benchmarking Projektes. Dabei geht es um die Anwendung von zwei fein-skaligen (LES) Modellen, mit denen Benchmark-Fälle generiert und dann anderen Projektpartnern zur Beurteilung des HD(CP)2 Konzeptes bereitgestellt werden. Zusammen mit Projektpartnern aus Hannover wird auch ein Prototyp mit einem täglichen Zyklus entwickelt. Alle Modell Simulationen werden im Rahmen von Workshops vorgestellt und verfügbar gemacht. Ein wesentlicher Aspekt der Untersuchungen ist es, die Unsicherheit der parametrisierten Prozesse zu bestimmen, wie mikrophysikalische Annahmen bei der Wolkenbildung, wie Turbulenz-Schemata oder wie Wechsel-Wirkungen zwischen Aerosolen und Wolken. Dieses erfordert eine enge Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten des HD(CP)2.
Das Projekt "Strömungsformen bei Vermischung in der Umgebung eines Rohrleitungs T-Stücks (KEK)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Kernenergetik und Energiesysteme durchgeführt. Die Strömungsturbulenz in Rohrleitungssystem von Kernkraftwerken ist für Ermüdungs- und Korrosionsphänomene verantwortlich und kann somit nach langen Laufzeiten Fehlfunktionen oder Schädigungen in den Komponenten von Kühlkreisläufen auslösen. Stellvertretend sollen im PVC-Versuchsstand des IKE Strömungen ohne und mit Dichteschichtung nahe einer generischen Einspeisestelle (horizontales T-Stück) untersucht werden, unter welchen Bedingungen sich unterschiedliche Strömungsformen mit Dichteschichtung ausbilden und welche Stabilitätseigenschaften diese Strömungsform gegenüber einer Veränderung der Bedingungen (Impulsverhältnis, Schichtungsparameter) in den Zuflüssen besitzt. Die Strömung und ihre Stabilität soll begleitend mit dem Simulationsprogramm OpenFoam, berechnet werden. Diese Methode kann eingesetzt werden, um die Strömungs-Struktur Wechselwirkung im Rohrleitungsversuchsstand sowie Strömungen in Rohrleitungssystemen von Kernkraftwerken zu simulieren. Zunächst soll der PVC-Versuchsstand für die durchzuführenden Experimente angepasst werden. Die Dichteschichtung wird durch Verwendung von Glykollösung im Seitenstrang hergestellt. Als Messtechnik werden Kameras sowie die Particle-Image Velocimetrie (PIV) eingesetzt. Für ausgewählte Parameterwerte der Strömungsformenkarte sollen detaillierte Experimente sowie der mittleren Geschwindigkeit und der turbulenten Fluktuationen durchgeführt werden. In Wandnähe sollen die Turbulenzstrukturen (Längsstreifen, Längswirbel) visualisiert werden. Das Programm OpenFoam sollen umfangreiche Large-Eddy Simulationen mehrerer ausgewählter Fälle durchführen. Die gemessenen Daten dienen zum Vergleich, damit die Anwendbarkeit der numerischen Methode überprüft werden kann.
Das Projekt "Wolken- und Niederschlagsprozesse im Klimasystem - HD(CP)2: Projekt M4 - Landoberfläche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Department Troposphärenforschung durchgeführt. Die Ziele dieses Projektes sind die Aufbereitung von hochaufgelösten Anfangsfeldern für Bodenfeuchte und -temperatur einschließlich ihrer Unsicherheit für die Benutzung durch die HD(CP)2 Gemeinschaft. Weiterhin werden die Sensitivität des Grenzschichtzustandes und des Lebenszyklus von Wolken und Niederschlag hinsichtlich der Landoberflächenparameter untersucht. Darüber hinaus werden die relevanten Skalen für die Anfangswerte des Landoberflächenzustandes in Bezug auf Wolken und Niederschlag herausgearbeitet. Oberflächenflüsse werden für die Nutzung in LES Modellen zur Verfügung gestellt, so dass ein Vergleich der Ergebnisse von verschiedenen Modellen (LES, hochaufgelöstes mesoskaliges Modell) Hinweise für die Wichtigkeit der Turbulenzparameterisierung im HD(CP)2 Modell liefern kann. Anpassung der Modelle TERRA-ML und HMRS für die vorgesehenen Experimente und Aufbereitung der Antriebsdaten mit der für die Simulationen notwendigen räumlichen Auflösung. Durchführung der TERRA-ML und HRMS Simulationen mit Bereitstellung von Bodenfeuchte, Bodentemperatur und Oberflächenflüssen (2-Jahresmeilenstein). Ermittlung der Skalen der Landoberflächeninhomogenitäten, die für Wolkenprozesse relevant sind. Bewertung, von welchen Oberflächenparametern Wolken- und Niederschlagsprozesse wesentlich abhängen.
Das Projekt "Turbulent Exchange processes between Forested areas and the Atmosphere' (TurbEFA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Bau und Umwelt, Fachrichtung Hydrowissenschaften , Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur für Meteorologie durchgeführt. Das Gemeinschaftsprojekt hat zum Ziel, die Effekte von Waldkanten und anderer Inhomogenitäten auf die Grobturbulenz atmosphärischer Strömungen in der Grenzschicht bei Modellierung und Flussmessung besser zu berücksichtigen. Dazu arbeiten die Antragsteller in einem experimentellen und numerischen Teil eng zusammen und stimmen ihre Vorgehensweisen so ab, dass in jedem Teilprojekt die meteorologischen und strömungsmechanischen Belange vertreten sind. Von besonderer Bedeutung in beiden Teilprojekten ist der anwendungsorientierte Aspekt der Ausbreitung von Spurenstoffen (v.a. CO2 und Schadstoffen) im Bereich des Waldes und seinen Rändern. Durch die Untersuchungen der kleinräumigen Strömungs- und Austauschprozesse an Waldrändern und Lichtungen mittels Large Eddy Simulation sollen genauere Ansätze für die Berücksichtigung dieser Vorgänge in Grenzschichtmodellen (AGS) entwickelt werden. Gleichzeitig wird eine vorhandene 1-D-AGS Version (HIRVAC) zu HIRVAC-2D weiterentwickelt. Durch Experimente im Freiland (Messung eines Transekts mit Türmen über Waldkanten hinweg) und im Windkanal sollen die Parameter für die numerische Modellierung bestimmt und Parametermodelle entwickelt werden. Weiterhin dienen die Daten der Anpassung der Modellauflösung und Validierung der Ergebnisse der numerischen Modelle. Die Projektergebnisse sollen ermöglichen, Messmethoden für Flüsse und Spurengase neu zu bewerten und Messunsicherheiten unter komplexen Bedingungen zu quantifizieren und zu verringern. Sie sollen auch dazu beitragen, die Parametrisierung inhomogener Oberflächen als Randbedingung von Atmosphärenmodellen zu verbessern.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Datenmanagement und Benutzeroberfläche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEO-NET Umweltconsulting GmbH durchgeführt. 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 Projekt "Teilprojekt E03: Prozessbasierte Einschätzungen von arktischen tiefen Wolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Institut für Geophysik und Meteorologie, Bereich Meteorologie, Arbeitsgruppe Integrierte Fernerkundung durchgeführt. 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.
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