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.
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 "Teilprojekt 2: Urbane Strahlung und Gebäudeparametrisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Humboldt-Universität zu Berlin, Geographisches Institut - Klimageographie 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 übernimmt die Modellentwicklungsarbeiten in Bezug auf Strahlungsflüsse für gebäudeauflösende Simulationen, DCEP Gebäudeparametrisierung.
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 7: Beobachtungen der Supersite Schneefernerhaus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ludwig-Maxililians-Universität München, Meteorologisches Institut, Lehrstuhl für Experimentelle Meteorologie durchgeführt. Ziel des Projekts O ist die Fortschreibung der Aktivitäten zur Zusammenstellung einer Datenbank für die langfristigen Beobachtung von Wolkenprozessen über Mitteleuropa. Diese einmalige Sammlung gibt uns die Möglichkeit Klima-relevante Wolkenprozesse zu studieren und ihre Repräsentation in Modellen zu verifizieren. Die Datenbank erfüllt gleichzeitig teilweise widersprüchliche Anforderungen. Zeitliche Standardisierung, vollständige Metainformationen, Qualitätskontrolle und ein Webportal als einheitlichen Zugangsweg sichern die Nutzerfreundlichkeit. Zukunftssichere Datensicherung wird durch eine Einbindung des Deutschen Klimarechenzentrums (DKRZ) erreicht. Die Öffnung einer solchen Datenbank für einen breiteren Nutzerkreis wird den Umgang mit Beobachtungen in den Atmosphärenwissenschaften weiter entwickeln. Für HD(CP)2 sind die Beobachtungsdaten unverzichtbarer Bestandteil, um den Mehrwert der Large-Eddy Simulationen für die Klimawissenschaft zu identifizieren. Die Arbeit in HDCP2-O-LMU erfolgt in WP2 Task 2 'Integration of new supersites'. Um den Datensatz der sogenannten Supersites auf verschiedenen Klimazonen auszudehnen, werden Beobachtungen von der Umweltforschungsstation (UFS) Schneefernerhaus und des Barbados Cloud Observatory (BCO) einbezogen. LMU ist Teil des Betreiberkonsortiums der UFS.
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 "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 "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutscher Wetterdienst, Geschäftsbereich Forschung und Entwicklung durchgeführt. Im Teilprojekt M1-1A wird der dynamische Kern des Modells ICON so erweitert, dass es auch für Large-Eddy-Simulationen einsetzbar sein wird. Hierzu ist insbesondere eine geeignete Parametrisierung subskaliger Turbulenz zu implementieren, die aufgrund der speziellen Gitterstruktur des ICON nicht einfach von anderen Modellen übernommen werden kann. Zudem sind weitere Optimierungen des dynamischen Kerns für die effiziente Nutzung massiv-paralleler Rechnerarchitekturen erforderlich. In Teilprojekt M1-1B werden Programme zur Bereitstellung externer Parameter (Topographie, Boden- und Landnutzungsdaten) sowie zur Generierung von Anfangs- und Randdaten so weiterentwickelt, dass Rohdaten mit einer Auflösung unter 100 m eingelesen werden können und Gebietsgrößen mit mehr als 50 Mio. Gitterpunkten verarbeitet werden können. In beiden Teilprojekten wird das ICON-Modell sowie die zugehörige Preprocessing-Software so erweitert und optimiert, dass sie den besonders hohen softwaretechnischen Anforderungen (v.a. Parallelisierung und Tauglichkeit bei sehr hohen Modellauflösungen) gerecht wird. Hierfür wird im Grundsatz auf bekannten Methoden aufgebaut, im Detail werden aber auch neuartige Ansätze erforderlich sein. Die Entwicklungen des Moduls M1 bilden die Grundlage für die zweite Projektphase von HD(CP)2 und somit für den Erfolg des Gesamtprojekts. Darüber hinaus kommen die Ergebnisse allen Nutzern des ICON-Modells zugute, das nach dem Erreichen eines hinreichenden Konsolidierungsgrades als Community-Modell den Universitäten und Forschungsinstituten zur Verfügung stehen wird.
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| Bund | 23 |
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