Modelle |
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ABC | Mikroskaliges Ausbreitungsmodell |
ASMUS | Ausbreitungs- und Strömungs-Modell für Urbane Stadtstrukturen |
AUSTAL-PC | TA LUFT Ausbreitungsmodell |
AUSTAL2000 | Das Ausbreitungsmodell der neuen TA Luft |
CAR | Calculation of Air pollution from Road traffic |
CPB | Canyon Plume Box- Straßenschluchtmodell |
DASIM | Mikroskaliges Ausbreitungsmodell |
DIWIMO | Diagnostisches Windfeldmodell |
ENVI-met | Dreidimensionales mikroskaliges Stadtklimamodell |
FITNAH | Flow over Irregular Terrain with Natural and Anthropogenic Heat Sources |
FOOT | |
GOSOL | Programmpaket zur Unterstützung energiebewusster Stadtplanung |
IBS_AIWAST | Mesoskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell |
IBS_CITYwin | Mikroskaliges Stadtklima- und Ausbreitungsmodell |
IBS_STÖRFALLwin | Mikroskaliges Schwergasmodell |
IBS_VERKEHRwin | Mikroskaliges Strömungs- und Ausbreitungsmodell |
IMMPROG2000 | ImmProg2000-L: Lagrange-Modell für Mittelwertsberechnungen und Störfälle |
IMMIVER | Schadstoffausbreitung an Straßen mit lockerer Bebauung in Stadtgebieten |
KALM | Kaltluftabflußmodell |
KAMM | Karlsruher Mesoskaliges Modell |
KLIMM | Klima-Modell Mainz |
LASAT | Lagrange-Simulation von Aerosol-Transport |
LPDM | Lagrangesches Partikeldispersionsmodell des DWD |
LUFTPLAN | Programmsystem zur regionalen und kommunalen Luftqualitätsanalyse |
MEMI | Münchener Energiebilanzmodell für Individuen |
MEMO | Mesoskaliges Modell |
METDIA | Regionales diagnostisches Strömungsmodell |
METKAT | Kaltluftabflußmodell |
METODO | Geruchsausbreitungsmodell |
METSUN | Beschattungsmodell |
METTAL | Ausbreitungsprogramm nach TA-Luft |
METRAS | Mesoskaliges Modell |
MIMO | Mikroskaliges Modell |
MISKAM | Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell |
MLuS-96P | Ausbreitung an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung |
Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen | |
MUKLIMO | Mikroskaliges Urbanes KLIma-Modell |
MUKLIMO3 | Mikroskaliges Urbanes KLIma-Modell |
PROKAS | Mikroskaliges Urbanes Klimamodell |
P&K_xxxx | Ausbreitungsprogramme nach TA Luft und VDI-Richtlinien |
REWIMET | Simulation des Windfeldes, mesoskalig |
SHADOW | Strahlungssimulation |
STREET | Schadstoffbelastung in Strassenraeumen |
VDI 3782 Bl.1 | Gaußsches Ausbreitungsmodell für Luftreihaltepläne |
VDI 3945 Bl.1 | Gaußsches Wolkenmodell (Puffmodell) |
WINMISKAM | Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell fuer Windows |
Hardware:
Programmentwickler:
Preis:
Bezugsquelle:
ASMUS (Ausbreitungs- und Strömungs-Modell für Urbane Stadtstrulturen)
Das Grundkonzept des mikroskaligen Modelles ASMUS folgt dem von Röckle (1990) vorgestellten Konzept. Das dreidimensionale Strömungsfeld wird ausgehend von einem geschätzten Anfangswindfeld mit Hilfe von einem Variationsverfahren bestimmt. dabei wird als Nebenbedingung die Divergenzfreiheut des berechneten Geschwindigkeitsfeldes verlangt. Die Qualität und Realitätsnähe der Ergebnisse dieses diagnostischen Windfeldmodells hängt entscheidend von den Anfangsbedingungen ab, das Anfangswindfeld muß deshalb möglichst genau vorgegeben werden. Das diagnostische Strömungsmodell liefert nicht direkt eine Maßzahl für die Turbulenz (wird für die Ausbreitung benötigt) , dehalb wird eine Bilanzgleichung für die Turbulenzenergie gelöst, wobei Transport und Diffussion, aber auch Produktion und Dissipation berücksichtigt werden können.
Anwendung: Direkte Umgebung der Straßenverkehrsmeßstation "Göttinger Straße" in Hannover
Hardware: ?
Programmentwickler: R. Röckle. G. Gross
Literatur: Röckle R., Bestimmung der Strömungsverhältnisse im Bereich komplexer Bebauungsstrukturen - Diss. Meteorol. Inst. TH Darmstadt (1990); Gross G., Janssen U., Röckle R., ASMUS - Ein numerisches Modell zur Berechnung der Strömung und der Schadstoffverteilung im Bereich einzelner Gebäude, I: Das Strömungsmodell, Meteorl. Ztschr.1993
Preis: ?
Bezugsquelle: Prof. G. Gross, Prof. Etling, Institut für Meteorologie und Klimatologie, Universität Hannover
AUSTAL-PC (TA LUFT AUSBREITUNGSMODELL)
AUSTAL-PC ist ein Instrumentarium zur Berechnung der Zusatzbelastung, die von luftverunreinigenden Quellen hervorgerufen werden. Das Programm ist eine PC-Version von AUSTAL86, dem Refernzprogramm zur Durchführung der Ausbreitungsrechnung entsprechend Anhang C der TA Luft. Der Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit hat AUSTAL86 im Bundesanzeiger bekanntgemacht (Juli 1987).
AUSTAL-PC berechnet für jeden Aufpunkt den Mittelwert und den 98%-Wert der Summenhäufigkeitsverteilung für Gase und Schwebstäube. Es besteht auch die Möglichkeit ein anderes Perzentil zu wählen. Das Programmsystem bestimmt das Beurteilungsgebiet und die darin enthaltenen Beurteilungsflächen entsprechend den Vorschriften der TA Luft und ermittelt die Kenngrößen für die Zusatzbelastung I1Z und I2Z.
Das Programm ist einsetzbar für bis zu 50 Punkt- und Flächenquellen in beliebiger Kombination und berücksichtigt optional den Gebäudeeinfluß auf die Ausbreitungsbedingungen.
Eingabedaten sind die Emissionsdaten und die Geometrie der Quellen sowie die für den Standort der Anlage repräsentative meteorologische Häufigkeitsverteilung. Das Programmsystem ist hinsichtlich der meteorologischen Eingabedaten auf die Form der vom Deutschen Wetterdienst (DWD) für verschiedene Standorte verfügbaren Ausbreitungsklassenstatistiken eingestellt. Diese Statistiken können vom DWD auf Diskette bezogen werden.
AUSTAL-PC ist mit einer leicht überschaubaren Menüsteuerung ausgestattet. Die Daten werden in einer Datenbank verwaltet. Die Ausgabe erfolgt in Tabellen auf dem Bildschirm oder dem Drucker. Weiterhin bestehen die Möglichkeiten grafischer Darstellungen für Bilschirm und Drucker (schwarz.weiß und in Farbe)
Zur Berechung der Schornsteinhöhe in ebenem Gelände kann das Zusatzmodul KAMIN I für unebenes Gelände KAMIN II benutzt werden. Das Modul DEPOSIT gestattet die Berechnung der nassen und trockenen Deposition (Bodeneintrag). Die Geruchsausbreitung (Faktor 10-Modell, VDI 3782, Blatt 4 Entwurf) wird durch das Modul FAKTOR bzw. GEODOR bestimmt. Die Ausbreitung von Kühltürmen mit dem Modul KÜHLTURM.
Hardware: PC ab 386er,MS-DOS 3.xx- 6.xx, Co-Prozessor, Festplattenbedarf 8-40 MB
Programmentwickler: Geomet
Preis: AUSTAL-PC 18 500.-DM; KAMIN I 1000.- DM; KAMIN II 4000.- DM;
FAKTOR-10 2000.-DM; GEODOR 6000.- DM;
DEPOSIT 6000.-DM; KÜHLTURM 3000.-DM
Bezugsquelle: GEOMET Umweltberatung und Regionalplanung, Luitpoldstraße 46, D-10781 Berlin, Tel.: +49(0)30 216 5072, Fax: +49(0)30 215 7477
(selbstentpackende exe-Datei): D_AUSTAL.EXE ( 1.6 MB ), Version 3.2
AUSTAL2000
Das Ausbreitungsmodell der neuen TA Luft
Das Bundeskabinett hat am 12.12.2001 die Neufassung der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) beschlossen. Diese neue TA Luft stellt eine Anpassung der Verwaltungsvorschrift aus dem Jahr 1986 an den fortentwickelten Stand der Technik und des Rechtes dar. Die Ausbreitungsrechnung für die Ermittlung der Immissionskenngrößen wird in Anhang 3 der neuen TA Luft beschrieben und basiert auf dem Partikelmodell (Modelltyp Lagrange) der Richtlinie VDI 3945 Blatt 3.
Der Anhang 3 der TA Luft wird durch das Rechenprogramm AUSTAL2000 umgesetzt, das vom Ingenieurbüro Janicke, Dunum, im Auftrag des Umweltbundesamtes im Rahmen des Forschungsvorhabens „Entwicklung eines modellgestützten Beurteilungssystems für den anlagenbezogenen Immissionsschutz“ entwickelt wurde.
Das Ausbreitungsmodell AUSTAL2000 arbeitet wahlweise auf Grundlage von meteorologischen Zeitreihen auf Stundenbasis oder Häufigkeitsstatistiken von Ausbreitungssituationen. Mit AUSTAL2000 können auch Ausbreitungsrechnungen in unebenem und unter Berücksichtigung von Gebäudeumströmungen (Windfeldmodell DMW nach VDI 3783 Blatt 10) Gelände durchgeführt werden.
Das
Programm AUSTAL2000 kann zusammen mit einer Programmbeschreibung und
Testbeispielen im Internet unter www.austal2000.de
heruntergeladen werden. Das Programm wird vom Umweltbundesamt
(Bundesumweltministerium) im Rahmen einer GNU-Lizenz kostenfrei zur Verfügung
gestellt.
Das
Programm AUSTAL2000 arbeitet nicht interaktiv, d.h. es müssen vom Anwender mit
Hilfe eines Editors alle Eingabedaten in eine Textdatei geschrieben werden.
Anschließend wird das Programm über die Kommando-Ebene (sog. DOS-Fenster)
gestartet. Die Ergebnisse der Ausbreitungsrechnungen werden in einer Reihe von
weiteren Text-Dateien ausgegeben. Eine grafische Darstellung der Ergebnisse
erfolgt nicht.
ArguSoft
bietet mit AUSTAL View eine ergonomisch-intuitive Benutzeroberfläche für
AUSTAL2000 an. Nähere Informationen zu AUSTAL View sind erhältlich unter www.argusoft.de
.
Hardware: PC, Windows 98//ME/NT4/2000/XP
Programmentwickler: Ing.büro Janicke, Dunum
Preis: frei
Bezugsquelle: www.austal2000.de
CAR (Calculation of Air pollution from Road traffic)
Das Modell CAR ist ein einfaches Modell zur Abschätzung der Luftbelastung durch den Autoverkehr. Es wurde ursprünglich von der TNO für die Niederlande (Fahrzeuge, Meteorologie) entwickelt und liegt nun auch in einer englischen Version als "CAR International" vor. CAR wird vor allem in den Niederlanden häufig verwendet. Das Model basiert auf Windkanaluntersuchungen, theoretischen Betrachtungen sowie Messungen der Ausbreitung. CAR benutzt nur üblicherweise vorhandene Eingangsdaten und berechnet jährliche Perzentile sowie Mittelwerte für nicht reaktive Gase sowie NO2.
Nach Eingabe der aktuellen landespezifischen Emissionsfaktoren für CO, NOx, Benzene, Lead, Black Smoke sowie der vorhandenen Hintergrund Konzentrationen berechnet CAR aus den zusätzlichen Angaben: Geschwindigkeit, tägliche Verkehrsstärke (DTV), Anteil der Schwerverkehrs (%), Abstand von der Straße (m), Fahrmodus (Auswahl aus 5), dem Straßentyp (unbebaut bis bebaut, 5 Typen) und dem Baumfaktor ( 3 Typen) die Konzentrationswerte.
Es handelt sich bei diesem Modell um ein empirisches Screenings-Modell, das bei geringem Aufwand eine erste Abschätzung der Belastung zuläßt.
Hardware: PC, Windows, Festplatte, 3,5'' disk drive, VGA Monitor
Programmentwickler:
Preis: 1 950.- Dfl (Holländische Gulden)
Bezugsquelle: Ing. J. den Boeft, TNO-MEP, P.O.Box 6011, 2600 JA Delft, Netherlands, Tel.: +31 15 2 69 60 16, Fax: +31 15 2 61 72 17, email: boeft@mep.tno.nl
CPB (Canyon Plume Box- Straßenschluchtmodell)
Mit dem geomet-Straßenschluchtmodell (CPB) lassen sich die Kfz-bedingten Schadstoffkonzentrationen in einer Straßenschlucht errechnen. Das implemetierte Modell ist dreistufig aufgebaut. Zunächst wird bei nicht straßenparalleler Anströmung ein mittleres Strömungsfeld nach Hotchkiss und Harlow in der Schlucht berechnet. Für straßenparallele Anströmung ist ein Gaußfahnenmodell mit Reflexionen an den Schluchtwänden implementiert. Danach wir im wesentlichen mechanisch induzierte Turbulenz bestimmt und schließlich werden die Schadstoffkonzentrationen an den Rezeptorpunkten mit einem kombinierten Gaußfahnen /Box-Modellansatz errechnet. Das Modell ist gültig für ein Höhen/Breiten-Verhältnis der Straßenschlucht von 0.5 bis 2.0. Berechnet werden chemisch inerte Stoffe als Mittelwert und 98-Perzentil. Die NO2-Berechnung erfolgt auf einem einfachen Umwandlungsprozess von NO zu NO2 unter Anwesenheit von Ozon, des Konzentration bekannt sein muß.
Die Berechnungsergebnisse für die Schadstoffbelastung ist im konservativen Sinn als Abschätzung zu verstehen. Da eine Durchlüftung der Starßenschlucht durch Straßenkeuzungen, Lücken etc. nicht berücksichtig wird.
Hardware: PC
Programmentwickler: GEOMET
Preis: 7 500.-DM (monatliche Miete möglich)
Bezugsquelle: GEOMET Umweltberatung und Regionalplanung, Luitpoldstraße 46, D-10781 Berlin, Tel.: +49(0)30 216 5072, Fax: +49(0)30 215 7477
(selbstentpackende exe-Datei): D_CPB.EXE ( 816 KB ), Version 2, 3/95
DASIM-IMMI: Allgemeine Ausbreitungsrechnug z.B. für TA Luft oder UVP, es können beliebig konfigurierte Quellen definiert werden. Es wird die stationäre Lösung der Diffusionsgleichung verwendet. Einzelfälle, Zeitreihen und statistische Kenngrößen können berechnet werden.
DASIM-STOER: Ausbreitungsrechnung für die Sicherheitsanalyse, für die Risikoabschätzungen und Störfallkonstruktionen. Es kann die stationäre oder die instationäre Diffussionsgleichung verwendet werden. Die Quellen können beliebig geformt sein. Variationen von Quellstärke und der meteorologischen Parameter können berücksichtigt werden. Berechnet werden Einzelfälle oder Zeitreihen.
DASIM-ODEUR: Ausbreitung von Geruchsstoffen. Das Programm ist so aufgebaut wie DASIM-IMMI. Es enthält jedoch einen Programmteil, mit dem Geruchskenngrößen aus Mittelwerten bestimmt werden können.
DASIM-KFZ: Ausbreitung von Kfz-Emissionen (mikroskaliges Modell). Es könnenn bis zu 100 Fahrspurabschnitte konstanter Emission derfiniert werden. Die Eingangsgrößen zur Bestimmung der Emissionen sind Verkehrsdaten. Mi einem Emissionsmodul werdem daraus die Emissionen berechnet. Es können Einzelfälle, Zeitreihen und statistische Kenngrößen berechnet werden.
DASIM-COMBI: Gesamtpaket der vier oben aufgezeigten Programme
Hardware: PC unter DOS oder Windows
Programmentwickler: Meteorologisches Institut, TH Darmstadt
Preis: auf Anfrage
Bezugsquelle: TH Darmstadt, Institut für Meteorologie, Hochschulstraße 1, D-64289 Darmstadt, Tel.: +49(0) 6151 162170, Fax: +49(0) 6151 163257
DIWIMO (Diagnostisches Windfeldmodell)
Die Grundidee der diagnostischen Windfeldmodellierung (zwei horizontale, eine vertikale Windgeschwindigkeitskomponente) ist, aus einem (im Prinzip beliebig vorgebbaren) dreidimensionalen Windfeld ein divergenzarmes Windfeld zu berechnen (Divergenzfreiheit ist mit einem numerischen Modell i. a. nicht zu erreichen). Dazu wird dem Initialwindfeld das Gradientfeld eines Skalars (welcher die Rolle eines ausgleichenden Druckes spielt) überlagert und versucht, die Divergenz des resultierenden Windfeldes zu minimieren. In der praktischen Durchführung läuft dies auf die Löstung einer Poisson-Gleichung mit gemischten Randbedingungen hinaus. In DIWIMO wird ein geländefolgendes Koordinatensystem verwendet. Der höhere mathematische und programmtechnische Aufwand wird durch die größere Rechengenauigkeit mehr als ausgeglichen.
Die atmosphärische Stabilität kann näherungsweise durch einen Wichtungsfaktor berücksichtigt werden, welcher das Verhältnis von vertikalen zu horizontalen Divergenztermen bestimmt. Das berechnete Windfeld hat den Charakter einer Potentialströmung; Advektions- und Diffusionseffekte (z. B. auch dynamisch bedingte Strömungsablösungen) werden ebensowenig erfaßt wie thermisch induzierte Strömungen (z. B. Konvektion, Hangwinde, Kaltluftabflüsse).
Das numerische Verfahren ist ein Differenzenverfahren mit einem versetzten äquidistanten Gitter, dessen Gitterweiten beliebig und innerhalb gewisser Grenzen unabhängig voneinander gewählt werden können. Das vertikale Gitter ist nichtäquidistant mit höherer Auflösung in Bodennähe. Die vollständige Theorie des Modells ist in Moussiopoulos (1989) zu finden, wobei in dem von uns erstellten Modell Änderungen vorgenommen wurden.
Das Initialwindfeld kann auf verschiedene Arten vorgegeben werden:
Das Modell kann u. a. für folgende Fragestellungen eingesetzt werden:
Hardware: PC ab 486er
Programmentwicklung: Dr. Schädler, Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG
Preis: Das Programm ist in der Regel nicht verkäuflich , Dienstleistungen werden erbracht
Anbieter der Berechnungen mit DIWIMO: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, An der Roßweid 3, D-76229 Karlsruhe, Tel. (+)49(0)721 625100, Fax: (+)49(0)721 6251030, email: info.ka@lohmeyer.de
ENVI-met (Dreidimensionales mikroskaliges Stadtklimamodell)
ENVI-met simuliert die Wechselwirkungen zwischen kleinräumiger
Umweltgestaltung (Gebäudegestaltung, Strassenbegrünung, Hinterhofentsiegelung etc. ) und
dem Mikroklima in Städten oder im Gelände.
Der typische Berechnungsmaßstab liegt bei einer horizontalen Auflösung von 0.5 bis 10
Metern und einem Untersuchungszeitraum von 24 bis 48 Stunden.
Das Modell prognostiziert das Strömungsfeld, die Temperatur- und Feuchteverteilung sowie
die Turbulenz im dreidimensionalen Modell mit einer zeitlichen Auflösung von
üblicherweise 10 Sekunden.
Hierbei werden unter anderem berücksichtigt:
Die Konstellation von Gebäuden, Vegetation sowie verschiedenen Oberflächen- und Bodenarten kann im rechtwinkligen Modellgitter frei gewählt werden.
Das Modell läuft auf PCs unter WINDOWS NT, mindestens 32 MByte
Arbeitsspeicher (abhängig von der Modellgröße). Als Prozessor sollte ein PENTIUM 200
oder besser verwendet werden.
Die Ausgabedateien des Modells können mit den Zusatzprogramm LEONARDO komfortabel auf
verschiedenste Art visualisiert werden.
Programmentwicklung:
Entwickelt wurde ENVI-met im Rahmen einer Promotion von Michael Bruse am Geographischen
Institut der Universität Bochum entwickelt und befindet sich zur Zeit noch in der
Testphase. Eine Testversion ist für Interessierte erhältlich.
Weitere Informationen: www.geographie.ruhr-uni-bochum.de/agklima/envimet/index.htm
Michael Bruse
Arbeitsgruppe Klimaforschung, Geographisches Institut der Universität Bochum , Geb. NA
4/172 ,Universitätsstrasse 150, D- 44801 Bochum,
Tel.: +49(0)234 700 4244, Fax: +49(0)7094 469, e-mail: michael.bruse@ruhr-uni-bochum.de
FITNAH (Flow over Irregular Terrain with Natural and Anthropogenic Heat Sources)
Ein dreidimensionales numerisches Modell, für meteorologische Fragestellungen. Wurde am meteorologischen Institut der Universität Darmstadt entwickelt und war das erste mesoskalige Modell in Deutschland. Es ist ein nicht-hydrostatisches Modell. Es wurde z.B. eingesetzt in Freiburg (Höllentäler) sowie in Darmstadt und Kassel zur Berechnung der Kaltluftflüsse.
Hardware:
Programmentwickler: Wippermann ,Groß
Literatur: Groß 1989, HLFU 1988
Preis: nicht käuflich
Bezugsquelle:
Hardware:
Programmentwickler:
Preis:
Bezugsquelle:
Die Sonnenstrahlung stellt unter stadtklimatischen Gesichtspunkten einen bedeutsamen Klimaparameter dar. Dies gilt insbesondere in orographisch stark gegliederten Städten. Hier können die Strahlungsverhältnisse im Stadtgebiet auf relativ kurzen Entfernungen große Unterschiede aufweisen, wobei insbesondere die Hangneigung und -orientierung eine wesentliche Rolle spielen.
Zur Beurteilung der Besonnungsverhältnisse komplexer Siedlungsstrukturen sind anspruchsvolle Hilfsmittel erforderlich. Dazu hat GORETZKI (1990) als Grundlage für die energetische Simulation ein Computer-Modell entwickelt, das neben der Bewertung der solarenergetischen Eigenschaften eines Planungskonzeptes auch dessen räumliche Darstellung ermöglicht.
Das auf PC lauffähige Programm ist als Entwurfsinstrument mit einer CAD-Oberfläche ausgestattet. In dieses Modell können bis zu 700 Bäume (monatlich wechselnde Belaubung simulierbar) und 700 vordefinierte Gebäude mit insgesamt maximal 5400 Wänden und 3200 Fenstern plaziert werden. Für jedes dieser Gebäude wird die Sonnenenergieeinstrahlung in Stundenintervallen für jeden Monat aufgeteilt in Reflex-, Diffus- und Direktstrahlung berechnet. Neigung und Orientierung von Fensterflächen sowie ihre Verschattung durch Vegetation, Nachbargebäude und Geländeformen werden dabei berücksichtigt und quantitativ erfaßt. Über die örtlichen Klimadaten wird der Wärmebedarf, der solare Heizungsbeitrag und der Restheizenergiebedarf anhand von Gebäudekennwerten sowohl für jedes Gebäude als auch für das gesamte Plangebiet ermittelt. Damit lassen sich Planungsvarianten hinsichtlich ihrer energetischen Eigenschaften quantitativ vergleichen, wobei einzelne Gebäude oder Gebäudegruppen mit ungünstigen Besonnungsverhältnissen identifiziert werden können.
Hardware: PC
Programmentwickler: Dr. Peter Goretzki
Literatur: Goretzki P. (1989), GOSOL - an instrument to increase passive solar energy use in urban planning; in "2nd European Conference on Architecture, Paris 89"; Hrsg. Commission of European Communities
Preis: ?, auch Dienstleistungen möglich
Bezugsquelle: Dr. Peter Goretzki, Zinsholzstraße 11, D-70619 Stuttgart
IBS_AIWAST (Mesoskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell)
AIWAST (Atmosphärischer Impuls-, Wärme- und Stofftransport) ist ein numerisches Klimamodell. Es löst die Erhaltungssätze für Masse, Impuls,
Energie und Luftbeimengungen, wie z.B. Feuchte und anderer Inhaltsstoffe, in EULER'schen Koordinaten. Wahlweise kann die Integration auch in einem
orographiefolgenden Koordinatensystem vorgenommen werden. Es handelt sich um ein gekoppeltes Gleichungssystem. Die Kopplung bezieht sich
insbesondere auf die Zusammenhänge zwischen Temperatur und Luftfeuchte. Beide Parameter bestimmen maßgeblich das Strömungsfeld.
Die zweite Kategorie von physikalischen Gesetzen, welche AIWAST berücksichtigt, sind die der atmosphärischen Umgebung. Sie beschreiben die
Reflexion von Sonnenstrahlen, die Verdunstung und Kondensation von Wasser sowie den zusätzlichen Transport von Energie und Feuchte mittels
turbulenter Wirbel. AIWAST arbeitet kombiniert mit einem Oberflächenmodell. Mittels der NEUMANN'schen Funktion als Randbedingungen, können damit
Wärme- und Stoffflüsse realistisch modelliert werden. AIWAST wird als mesoskaliges Klimamodell eingesetzt.
Validierung: Durch verschiedene Anwendungen und numerische Vergleiche
Entwicklung: IBS GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk
Fachliche Beratung: Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk Tel: 034607 20621,
Rosenberg 17, 06198 WETTIN
IBS_CITYwin (Mikroskaliges Stadtklima- und Ausbreitungsmodell)
IBS_CITY ist ein dreidimensionales prognostisches Strömungs- und Ausbreitungsmodell. Es basiert auf der numerischen Lösung der
Differentialgleichungen des Impuls-, Wärme- und Stofftransportes. Der Wärmetransport wird durch Lösung der Temperaturgleichung beschrieben. Als
Randbedingung ist an der oberen Begrenzung des Untersuchungsgebietes der flächenverteilte ungestörte Windvektor vorzugeben. Er wird wahlweise aus
vorliegenden Meßwerten, aus der Ausbreitungsklassenstatistik oder aus Hochrechnungen mittels dem logarithmischen Geschwindigkeitsansatz bzw.
der EKMAN Spirale ermittelt. Unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Turbulenz und Reibung, konvektiven und konduktiven Transport
sowie der Bebauung wird das Geschwindigkeitsprofil in die bodennahen
Schichten heruntergerechnet. An festen Begrenzungen gilt die Haftbedingung, und an den offenen Rändern wird die Abströmbedingung erfüllt. Im Falle des
Schadstofftransportes verschwindet an den festen Wänden der konduktive Transport, an den freien Ränder überwiegt dort dagegen der konvektive Anteil.
In der Wärmebilanz wird der Eintrag von Strahlungsenergie sowie der Wärmeaustausch in Bodennähe berücksichtigt. Durch den Wärmeaustausch
an der Oberfläche fester Wände ergibt sich die zutreffende Randbedingung.
IBS_CITY arbeitet mit georeferenzierten Daten und besitzt Schnittstellen zu den geläufigsten GI-Systemen.
Die Emissionen werden als Linien-, Punkt- und Flächenquellen berücksichtigt. Das Bodenprofil wird durch ein höhenabhängiges Geländerelief mit einer
überlagerten Gebäudestruktur nachgebildet.
Auf Grund der beschrieben Eigenschaften wird IBS_CITY als mikroskaliges Stadtklimamodell eingesetzt.
Validierung (Strömung und Ausbreitung): PEF Projekt "KREUZUNG", Hannover "Göttinger Straße", Hannover,
"Podbielski Straße
Entwicklung: IBS GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk, im Rahmen des Förderprojektes
"Ausbreitungsmodellierung unter Berücksichtigung komplexer Stadtemissionen",
FKZ: 76213/18/96
Fachliche Beratung: Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk Tel: 034607 20621,
Rosenberg 17, 06198 WETTIN
IBS_STÖRFALL win Mikroskaliges Schwergasmodell
Kurzbeschreibung:
IBS_STÖRFALL ist ein zeitabhängiges Verfahren zur Berechnung der Ausbreitung von Schweren Gasen und Dämpfen. Es berücksichtigt
bedeutsame Besonderheiten der Schwergasausbreitung, wie z.B. die bodenfolgende Ausbreitung, den Temperatureinfluß zur Formulierung des
Partialdruckgefälles, die Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Schwergas sowie die typische Eigenbewegung zum Unterschied zur
atmosphärischen Strömung. Das Schwergasmodell ist mit einer
Windfeldberechnung unter Berücksichtigung einer realen Geländestruktur und Bebauung verbunden. Als Ergebnis erhält man eine zeitabhängige Darstellung
der Ausbreitungsverhältnisse, welche zu einer Computeranimation verarbeitet werden kann.
Validierung: Validierung im Rahmen des u.g. Förderprojektes durch eine Beschreibung
verschiedener Störfallereignisse in Unternehmen der Chemischen Industrie sowie für vergleichbare Fälle nach VDI 3783 Blatt 2
Entwicklung: IBS GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk im Rahmen des Förderprojektes
"Entwicklung eines zeitabhängigen Verfahrens zur Beschreibung der Ausbreitung von schweren Gasen und Dämpfen im Falle störfallbedingter
Freisetzungen einschließlich der Abschätzung der Toxizität", FKZ 76213/02-2
Fachliche Beratung: Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk Tel: 034607 20621,
Rosenberg 17, 06198 WETTIN
IBS_VERKEHRwin (Mikroskaliges Strömungs- und Ausbreitungsmodell)
IBS_VERKEHR ist ein dreidimensionales prognostisches Strömungs- und Ausbreitungsmodell. Es basiert
auf der numerischen Lösung der Differentialgleichungen des Impuls-, Wärme- und Stofftransportes. Als
Randbedingung ist an der oberen Begrenzung des Untersuchungsgebietes der flächenverteilte ungestörte Windvektor vorzugeben. Er wird wahlweise aus
vorliegenden Meßwerten, aus der Ausbreitungsklassenstatistik oder aus Hochrechnungen mittels dem logarithmischen Geschwindigkeitsansatz bzw.
der EKMAN Spirale ermittelt. Unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Turbulenz und Reibung, konvektiven und konduktiven Transport
sowie der Bebauung wird das Geschwindigkeitsprofil in die bodennahen Schichten heruntergerechnet. An festen Begrenzungen gilt die Haftbedingung,
und an den offenen Rändern wird die Abströmbedingung erfüllt. Im Falle des Schadstofftransportes verschwindet an den festen Wänden der konduktive
Transport, an den freien Ränder überwiegt dort dagegen der konvektive Anteil.
IBS_VERKEHR arbeitet mit georeferenzierten Daten und besitzt Schnittstellen zu den geläufigsten GI-Systemen.
Die Verkehrsemissionen werden als Linienquellen berücksichtigt. Das Bodenprofil wird durch eine komplexe Bebauung auf ebenem Gelände
nachgebildet.
Validierung: PEF Projekt "KREUZUNG", Hannover "Göttinger Straße", Hannover
"Podbielski Straße
Entwicklung:
IBS GmbH Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk, im Rahmen des Förderprojektes "Ausbreitungsmodellierung unter Berücksichtigung komplexer
Stadtemissionen", FKZ: 76213/18/96
Fachliche Beratung:
Prof. Dr.-Ing. habil. R. Schenk Tel: 034607 20621, Rosenberg 17, 06198 WETTIN
IMMPROG2000 (Lagrange-Modell für Mittelwertsberechnungen und Störfälle)
Das IMMPROG-Gesamtpaket besteht aus den Ausbreitungs-Modellen IMMPROG-P (Punktquelle), IMMPROG.H (Linienquelle) und IMMPROG-C (Straßenschlucht) sowie einem Geruchsmodell IMMPROG-G. Die Programme liegen als Windows-Produkte vor. Das Punktquellen-Modell IMMPROG-P entspricht dem in der TA Luft beschriebenen Gaussmodell. Staubimmissions- oder depositions-Berechnungen sind ebenfalls möglich. Zusätzlich kann IMMPROG-P aber auch die Topographie sowie Inversionen berücksichtigen. Auch unterstützt das Model die Berechnung ausgeblasener Emissionen (vertical jet). Berechnungen für Emissionen aus Tunnel-Portalen sind ebenfalls möglich.
IMMPROG-H entspricht weitgehend dem Hiway-2-Modell der U.S. Environmental Protection Agency, wobei für IMMPROG-H die Schwachwindkorrektur verbessert wurde. Die Modelloptimierung ist in erster Linie auf die NOx- und NO2-Prognose ausgerichtet. Bei der Ausbreitungssimulation wird auch die verkehrsinduzierte Turbulenz berücksichtigt. Die Berechnungen gelten für Straßen in ebenem Gelände oder leichten Einschnitten.
IMMPROG-C ist ein Linienmodell, das auf dem CPBM-Modell (Canyon Plume Box Modell) beruht. Es berechnet die verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen inerter Gase in Straßenschluchten. Die Straßenschluchten sollten beidseits eine geschlossene gleichhohe Bebauung aufweisen. IMMPROG-C eignet sich somit insbesondere für innerstädtische Bereiche.
IMMPROG-G ist das Geruchsmodell nach VDI. Es kann der zeitliche Prozentanteil mit Geruchsbelästigungen berechnet werden.
Programmentwickler: ?
Voraussetzungen; Windows 95 / 98 / NT/ 2000 /XP
IMMIVER (Schadstoffausbreitung an Straßen mit lockerer Bebauung in Stadtgebieten)
Das Programmsystem IMMIVER simuliert die Schadstoffausbreitung von Kfz-Emissionen in unbebautem bzw. locker bebautem flachen Gelände. In erster Näherung läßt sich das Programmsystem auch zur Bestimmung der Hintergrundbelastung in Stadtgebieten einsetzen.
Die Berechnung der Emissionen erfolgt auf Basis der vom Umweltbundesamt im Jahr 1995 veröffentlichten Emissionsfaktoren für den Kraftfahrzeugverkehr. Mezeorlogischen Eingabedaten sind beim Deutschen Wetterdienst für nahezu jeden beliebigen Standort in der BRD verfügbar. Sie werden auf Diskette geliefert und sind direkt in die entsprechende Programme einlesbar.
IMMIVER besteht aus sen Einzelprogrammen geoBaKa (Geomet -Basis-Kataster), galimo (Gaußsches Linienquellen-Modell) und Emishow (Emissionsdarstellung). Mit Hilfe von geoBaKa wird die Straßendatei erzeugt und verwaltet. Im Programm galimo wird dieses Kataster eingelesen und unter Einbeziehung eines vollständigen meteorologischen Datensatzes von Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Stabilitätsklassen werden die verkehrsbezogen Immissionen in einem beliebigen Berechnungsgebiet bestimmt. Mit dem Programm Emishow können die Emissionen des des Katasters direkt oder als Vergleichsgrößen zu Gesamtemission oder Spitzenemissionen dargestellt werden.
Hardware: PC 486 mit 66 Mhz un 16 MB Arbeitsspeicher
Programmentwickler:
Preis: 7500.- (monatliche Miete möglich)
Bezugsquelle: GEOMET Umweltberatung und Regionalplanung, Luitpoldstraße 46, D-10781 Berlin, Tel.: +49(0)30 216 5072, Fax: +49(0)30 215 7477
(selbstentpackende exe-Datei): D_GEOBAK ( 1.0 MB ) Version 1.0
(selbstentpackende exe-Datei): D_GALIMO ( 1.2 MB ) Version 1.0
(selbstentpackende exe-Datei): D_EMISHO ( 985 KB ) Version 1.0
KAMM ( Karlsruher Mesoskaliges Modell)
Das KAMM wurde vom Meteorologischen Institut in Karlsruhe entwickelt. Es handelt sich um ein nicht-hydrostatisches dreidimensionales Modell das den Mesoskale zuzuordnen ist, mit einer typischen Maschenweite von 1 bis 5 km.
Diverse Anwendungen in Baden-Württemberg insbesondere im Oberrheingraben.
Hardware: Großrechner
Programmentwickler: Prof. Dr. F. Fiedler, Dr. G. Adrian
Preis: nicht käuflich
Bezugsquelle: Institut fuer Meteorologie und
Klimaforschung, Universitaet Karlsruhe, Kaiserstr. 12, D-76128 Karlsruhe
Tel.: +49(0)7247 82 2831, Fax: +49(0)7247 82 4742,
Das Modell verwendet die sog. Flachwassergleichungen, eine vereinfachte (vertikal integrierte) Form der Grundgleichungen der Strömungsmechanik. Durch diese Vereinfachung ist es möglich, das Modell mit relativ geringem Rechenzeit- und Speicherbedarf auch auf Personal Computern zu betreiben. Die Bezeichnung "Flachwassergleichungen" hat sich eingebürgert; die Gleichungen eignen sich jedoch genauso zur Beschreibung jedes relativ zur Umgebung schweren Fluids, z. B. von Wasser oder von kalter Luft. Eine solche Strömung hat folgende Charakteristika:
Angetrieben wird die Strömung durch auftriebskorrigierte Erdbeschleunigung. Innerhalb der Flachwassergleichungen werden folgende Einflüsse auf die Strömung berücksichtigt:
Das Lösungsverfahren ist ein Differenzenverfahren mit variabler Gitterpunktzahl und Gitterwerte, d. h. Topographie und Landnutzung müssen an den einzelnen Gitterpunkten digitalisiert werden; es wird ein versetztes Gitter verwendet. Um großskalige Einflüsse (z. B. Flußtäler) bei gleichzeitiger hoher Auflösung im interessierenden Gebiet zu berücksichtigen, kann das Modell auf einem geschachtelten Gitter ("Nesting") betrieben werden.
Falls keine Kaltluftseebildung auftritt, wird die Rechnung nach etwa 1 h simulierter Zeit stationär, d. h. die berechneten Werte ändern sich dann nicht mehr. Im allgemeinen Fall ist es sinnvoll, etwa 3 h bis 6 h zu simulieren; dies entspricht den Verhältnissen in der Natur. Für eine solche Rechnung benötigt das Modell bei etwa 40 x 40 Gitterpunkten weniger als 5 Minuten Rechenzeit auf einem 486er PC.
Das Modell KALM berechnet die zeitliche Entwicklung der Kaltluftströmung, ausgehend vom Ruhestand (keine Strömung) bei gegebener zeitlich konstanter Kaltluftproduktionsrate. Diese, ebenso wie die Reibungskoeffizienten, werden über die Art der Landnutzung gesteuert. Zur Zeit werden 5 Landnutzungsklassen berücksichtigt: dichte Bebauung, lockere Bebauung, Wald, Freiland und Wasser. Für die Kaltluftproduktionsraten, Reibungskoeffizienten und Nullpunktsverschiebungen sieht das Modell Standartwerte vor, welche aber bei Bedarf geändert werden können. Weiterhin benötigt das Modell die Topographie in digitalisierter Form. Die Skala des Modells ist beliebig (i. a. etwa 10 km x 10 km).
Berechnet wird die Dicke der Kaltluftschicht sowie die beiden horizontalen Geschwindigkeitskomponenten (West-Ost und Süd-Nord), gemittelt über die Decke der Kaltluftschicht. Aus diesen Größen kann dann auch der Kaltluftvolumenstrom berechnet werden.
Zur Weiterverarbeitung der Modellergebnisse stehen Postprozessen u. a. zur graphischen Darstellung der berechneten Felder (Vektor- und Rasterdarstellung), zur Berechnung und Darstellung von Kaltluftvolumenströmen durch wählbare Querschnitte, zur Visualisierung der Strömung durch Vorwärts- und Rückwärtstrajektorien und zur Darstellung von Zeitreihen an ausgewählten Punkten zur Verfügung.
Durch Kopplung der von KALM berechneten Windfeldern mit Eulerschen oder Lagrangeschen Ausbreitungsmodellen, wie z. B. LASAT, kann die Schadstoffausbreitung in Kaltluftabflüssen berechnet und z. B. in Immissionsstatistiken eingearbeitet werden.
Hardware: PC ab 486er
Programmentwicklung: Dr. Schädler, Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG
Preis: Das Programm ist in der Regel nicht verkäuflich
Anbieter der Berechnungen mit KALM: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, An der Roßweid 3, D-76229 Karlsruhe, Tel. (+)49(0)721 625100, Fax: (+)49(0)721 6251030, email: info.ka@lohmeyer.de
Das mesoskalige Modell KLIMM (Klima-Modell Mainz) dient zur Simulation des Regionalklimas (städtische Wärmeinsel, lokale Zirkulationssysteme etc.) sowie der Ausbreitung von Schadstoffen im regionalen Bereich. Bisherige Anwendungen beschäftigen sich mit den klimatischen Eigenschaften des Rhein-Main-Gebietes (Vergleich mit Daten aus "Stadtklima Mainz", Danzeisen, 1989), mit der Erstellung eines Immissionskatasters für den Raum Mainz-Wiesbaden, sowie mit der Simulation thermisch induzierter Zirkulationen (Berg- und Talwinde, Kaltluftabflüsse).
Hardware: PC ab 486er
Programmentwicklung: Dr. J. Eichhorn
Preis:
Anbieter: Dr. Joachim Eichhorn, Institut für Physik der Atmosphäre, Johannes-Guttenberg Universität Mainz, D-55099 Mainz, Tel.: +49 (0)6131 - 39 2866, Fax.: +49 (0)6131 - 39 5567 , E-Mail: eichhorn@goofy.zdv.uni-mainz.de
LASAT (Lagrange-Simulation von Aerosol-Transport)
Das Ausbreitungsmodell LASAT berechnet die Ausbreitung von Spurenstoffen in der Atmosphäre, indem für eine Gruppe repräsentativer Stoffteilchen der Transport und die Dispersion durch einen Zufallsprozeß auf dem Computer simuliert wird (Lagrange Simulation). Gegenüber andern Modellansätzen ergeben sich einige Vorteile. So ist z.B. die Genauigkeit im Nahfeld bis einige 100 m genauer als bei der Lösung der klassischen Diffussionsgleichungen. Eine Punktquelle wird exakt als Punkquelle behandelt. Die Wahl der Teilchenzahl ist durch den Nutzer möglich, damit hat er selbst Einfluß auf Genauigkeit und Rechenzeit.
LASAT ist ein Werkzeug für den Fachmann zur Beurteilung besonderer Ausbreitungssituationen. Emissionsquellen sind in beliebiger Anzahl als Punkt-, Linien-, Flächen-, Raster- oder Volumenquellen vorgebbar. Bei LASAT werden folgende physikalischen Vorgänge zeitabhängig simuliert:
Das Programm LASAT ist sowohl für PC als auch für Unix-Systeme erhältlich
Hardware: PC, 486er
Programmentwickler: Dr. L. Janicke
Preis:
Bezugsquelle: Ingenieurbüro Janicke, Alter Postweg 21, D-26427 Dunum, Tel. ++49 (0) 4947 9120 35, www.janicke.de
LPDM (Lagrangesches Partikeldispersionsmodell des DWD)
Das vom Deutschen Wetterdienst verwendete Laggrangesche Partikeldispersionsmodell LPDM beruht auf den Arbeiten von GLAAB (1986) und Vogel (1986). Es betrachtet die Schadstoffe innert und gravitationsfrei oder mit einer konstanten Sinkgeschwindigkeit. Der Dispersionvorgang wird wird wie bei LASAT durch die Berechnung einer sehr großen Anzahl repräsentativer Partikeltrajektorien (Partikelbahnen des emittierten Stoffes simuliert.
Literatur: Glaab G. (1986), Lagrangesche Simulation der Ausbreitung
passiver Luftbeimengungen in inhomogener atmosphärischer Turbulenz. Diss. Inst. f. Met.
TH Darmstadt
Vogel H.(1986, Berechnung von Konzentrationsverteilungen mit einem
Lagrange Modell für mesoskalige Strömungsfelder, Diplomarbeit, Inst. f. Met. TH
Darmstadt
Hardware: ?
Programmentwickler: ?
Preis: ?
Bezugsquelle: Deutscher Wetterdienst, Offenbach
Hardware:
Programmentwickler: Geomet
Preis: Mietpreis 1500.- pro Monat
Bezugsquelle: GEOMET Umweltberatung und Regionalplanung, Luitpoldstraße 46, D-10781 Berlin, Tel.: +49(0)30 216 5072, Fax: +49(0)30 215 7477
MEMI (Münchner Energiebilanz-Modell für Individuen)
MEMI basiert wie die Behaglichkeitsgleichung nach Fanger auf der Wärmebilanzgleichung des menschlichen Körpers für stationäre Bedingungen. Abweichend von den Ansätzen von Fanger gehen in das Modell MEMI reale Werte der Hauttemperatur und der Schweißverdunstung ein. Zur Berechnung dieser zwei zusätzlichen unbekannten Größen müssen Gleichungen für die Wärmeflüsse vom Körperkern zur Hautoberfläche und von der Haut zur Kleidungsoberfläche gelöst werden. Die meteorologischen Eingangsparameter entsprechen denen des "Klima-Michel-Modells" Bei den personenbezogenen (individuellen) Eingangsgrößen sind zusätzlich noch Alter und Geschlecht zu berücksichtigen. MEMI liefert als Ergebnis folgende physiologische Größen:
Die aus MEMI abgeleitete Physiologische Äquivalent Temperatur (PET) ist für eine beliebige Stelle im Freien definiert als diejenige Lufttemperatur, bei der in einem typischen Innenraum die Wärmebilanz eines Menschen bei gleichen Werten der Haut- und Kerntemperatur ausgeglichen ist, wie bei den Bedingungen im Freien.
MEMI wird ausführlich in der VDI-Richtlinie 3787 Blatt 2 "Methoden zur human-biometeorologischen Bewertung von Klima und Lufthygiene für die Stadt- und Regionalplanung" Teil I: Klima behandelt.
Hardware: PC
Programmentwickler: P.Höppe
Preis: frei
Bezugsquelle: Peter.Hoeppe@arbeits.med.uni-muenchen.de
MEMO is a prognostic mesoscale model which allows describing the air motion and the dispersion of inert pollutants over complex terrain. The code allows multiple nesting. Within MEMO, the conservation equations for mass, momentum, and scalar quantities as potential temperature, turbulent kinetic energy and specific humidity are solved. The governing equations are solved in terrain-influenced co-ordinates. Non-equidistant grid spacing is allowed in all directions. The numerical solution is based on second-order discretization applied on a staggered grid. Conservative properties are fully preserved within the discrete model equations. The discrete pressure equations are solved with a fast elliptic solver in conjunction with a generalized conjugate gradient method. Advective terms are treated with the TVD scheme. Turbulent diffusion can be described with either a zero-, one- or two-equation turbulence model. At roughness height similarity theory is applied. The radiative heating / cooling rate in the atmosphere is calculated with an implicit multilayer method for shortwave radiation. The surface layer over land is computed from the surface heat budget equation. The soil temperature is calculated by solving an one dimensional heat conduction equation for the soil. At lateral boundaries and for scalar quantities Neumann or Dirichlet conditions are applied. At lateral boundaries generalized radiation conditions are implemented.
The discretized equations are solved numerically on a staggered grid. Temporal discretization of the prognostic equations is based on the explicit second order Adams-Bashforth scheme, with two deviations, the first refering to the implicit treatment of the nonhydrostatic part of the mesoscale pressure perturbation. To ensure non-divergence of the flow field an elliptic equation is solved. The elliptic equation is derived from the continuity equation wherein velocity components are expressed in terms of the mesoscale pressure perturbation. It should be noted that since the elliptic equation is derived from the discrete form of the continuity equation and the discrete form of the pressure gradient, conservativity is guaranteed. The discrete pressure equation is solved numerically with a fast elliptic solver in conjunction with a generalized conjugate gradient method. The fast elliptic solver is based on fast Fourier analysis in both horizontal directions and Gaussian elimination in the vertical direction. The second deviation from the explicit treatment is related to the turbulent diffusion in vertical direction. In case of an explicit treatment of this term, the stability requirement may necessitate an unacceptable abridgement of the time increment. To avoid this, vertical turbulent diffusion is treated using the second order Crank-Nicolson method. On principle, advective terms can be computed using any suitable advection scheme. In the present version of MEMO a 3-D second-order total-variation-diminishing (TVD) scheme is used which is based on the 1-D scheme (proposed by Harten). It achieves a fair reduction of numerical diffusion, the solution being independent of the magnitude of the scalar (i.e. preserving transportivity).
Several Institutions and Laboratories have formed a 'user community' (not formal) that works on development and testing of the model. The model is being used by various governmental and local authorities in several European countries. Users of MEMO should be meteorologists or engineers with a sufficient background in atmospheric sciences and some experience in the use of numerical simulation models.
Many applications including the Auto-Oil study, simulations of the wind flow in the Valley of Mexico, the Heilbronn ozone experiment, the Air Quality assessment for the new airport in Athens, extended studies for the Greater Athens and Thessaloniki areas and several other urban air quality studies (Stuttgart area, Milano conurbation, Casablanca, Barcelona, several cases in Switzerland, Lisbon, Strasbourg etc.)
Hardware:
Developer: Institut für Technische Thermodynamik (ITT),
Universität Karlsruhe,
Laboratory of Heat Transfer and Environmental Engineering (LHTEE), Aristotle University
Thessaloniki
References
Moussiopoulos, N. (1987) An efficient scheme to calculate
radiative transfer in mesoscale models. Environmental software 2, 172-191.
Moussiopoulos, N. (1989) Mathematische Modellierung mesoskaliger Ausbreitung in der
Atmosphaere, Fortschr.-Ber, VDI, Reihe 15, Nr. 64, pp. 307.
Moussiopoulos, N. and Flassak, Th. (1989) A fully vectorized fast direct solver of the
Helmholtz equation, in: Applications of supercomputers in engineering: Algorithms,
computer systems and user experience (Brebbia, C.A. and Peters A., eds.), Elsevier,
Amsterdam 67-77.
Kunz R. and Moussiopoulos N. (1995) Simulation of the wind field in Athens using refined
boundary conditions, Atmos. Environ. 29, 3575-3591.
Wortmann-Vierthaler M. and Moussiopoulos N. (1995), Numerical tests of a refined flux
corrected transport advection scheme, Environmental Software 10, 157-175.
Moussiopoulos N., Sahm P., Karatzas K., Papalexiou S. and Karagiannidis A. (1997),
Assessing the impact of the new Athens airport to urban air quality with air pollution
models, Atmos. Environ. 31, 1497-1511.
Moussiopoulos N., Ernst G., Flassak Th., Kessler Ch., Sahm P., Kunz R., Schneider Ch.,
Voegele T., Karatzas K., Megariti V. and Papalexiou S. (1997), The EUMAC Zooming Model, a
tool supporting environmental policy decisions in the local to regional scale, in
Tropospheric Modelling and Emission Estimation (Ebel A., Friedrich R. and Rodhe H., eds),
Transport and Chemical Transformation of Pollutants in the Troposphere, Vol. 7, Springer,
Heidelberg, 81-96.
Moussiopoulos N., Sahm P., Kunz R., Vögele T., Schneider Ch. and Kessler Ch. (1997), High
resolution simulations of the wind flow and the ozone formation during the Heilbronn ozone
Experiment, Atmos. Environ. 31, 3177-3186.
Schneider Ch., Kessler Ch. and Moussiopoulos N. (1997), Influence of emission input data
on ozone level predictions for the upper Rhine valley, Atmos. Environ. 31,
3187-3205.
Kunz R. and Moussiopoulos N. (1997), Implementation and assessment of an one-way nesting
technique for high resolution wind flow simulations, Atmos. Environ. 31, 3167-3176.
Preis: ?
Bezugsquelle: (providing all necessary technical
support): Dr.-Ing. R. Kunz Contact address Institut für Technische Thermodynamik,
Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe, Kaiserstr.12, D-76128 Karlsruhe,
Germany,
Phone number +49 721 608-4370, Fax number +49 721 608-3931, E-mail address rainer.kunz@mach.uni-karlsruhe.de,
URL http://itt17.mach.uni-karlsruhe.de/
METDIA (Regionales diagnostisches Strömungsmodell)
METDIA ist ein regionales Strömungsmodell, mit dem ein stationäres Windfeld über topographisch gegliedertem Gelände entweder auf der Basis von Windmessungen oder unter Vorgabe einer großräumigen Anströmung berechnet werden kann.
METDIA gehört zur Klasse der diagnostischen
Modelle. Diagnostische Modelle beruhen auf dem physikalischen Prinzip der Massenerhaltung.
Sie modifizieren ein vorgegebenes Initialwindfeld so, daß das resultierende Windfeld
stationär und divergenzfrei ist. Die wesentlichen dynamischen Einflüsse von Orographie
(Geländehöhe) und Landnutzung (inhomogene Rauhigkeiten) spiegeln sich in den Ergebnissen
diagnostischer Modelle bei sinnvoller Vorgabe des Initialwindes
wieder. Thermische Einflüsse können nicht erfaßt werden. Lediglich der Einfluß der
atmosphärischen Schichtung auf das Strömungsfeld kann in vereinfachter Weise
über das Initialwindfeld und Wichtungsfaktoren zur Steuerung der Um- bzw. Überströmung
von Hindernissen berücksichtigt werden.
Die Modellgleichungen werden in METDIA in einem geländefolgenden Koordinatensystem gelöst.Die numerische Lösung der Poissongleichung erfolgt durch ein L-SOR-Verfahren. Das Gitter kann in alle drei Raumrichtungen nicht-äquidistant gewählt und somit der Fragestellung optimal angepaßt werden.
Anwendungsgebiete:
- Erstellung synthetischer Windstatistiken für Standorte in topographisch gegliedertem
Gelände
- Übertragung gemessener Windstatistiken auf benachbare Standorte
- Bereitstellung von dreidimensionalen Windfeldern für Ausbreitungsmodelle
- Abschätzung des Windenergiepotentials für geplante Standorte von Windkraftanlagen
Hardware: PC ab 486er
Programmentwickler: Dr. Klaus Bigalke, METCON Umweltmeteorologische Beratung
Preis: Modell nicht verkäuflich, Preise für Modellrechnungen / Gutachten auf Anfrage
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr.
Klaus Bigalke, Jappopweg 9h, 25421 Pinneberg
Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857, Email: metcon@t-online.de
METKAT (Kaltluftabflußmodell)
METKAT ist ein Kaltluftabflußmodell, das auf einer
speziellen Form der vertikal integrierten Bewegungsgleichungen, den sogenannten
Flachwassergleichungen beruht. Dabei wird die bodennahe Kaltluftschicht als homogen
durchmischt angenommen. Das Modell berechnet unter Berücksichtigung der Bodenreibung, von
Auftriebskräften, Einmischvorgängen am Oberrand der Kaltluftschicht und der lokalen
Kaltluftproduktion die horizontale Verteilung der Kaltluftschichtdicke und des
Horizontalwindes. Optional kann zusätzlich die Ausbreitung bodennah freigesetzter
Emissionen in der Kaltluft betrachtet werden.
Anwendungsgebiete:
- Einfluß von Baumaßnahmen (Straßen- und Bahndämme, Großbauten) auf
Kaltluftabflüsse, Belüftung von Wohngebieten, Frostgefährdung
- Modifikation von Kaltluftabflußsystemen durch Änderung des Geländeprofils (z.B.
Deponien)
- Analyse des Ist-Zustands für die Flächennutzungsplanung (Ausweisung
Wohn-/Gewerbegebiete)
- Standortplanung bodennah emittierender Anlagen (z.B. Kompostierwerk, Kläranlage)
Hardware: PC ab 486er
Programmentwickler: Dr. Klaus Bigalke, METCON
Umweltmeteorologische Beratung
Preis: Modell nicht verkäuflich, Preise für Modellrechnungen / Gutachten auf Anfrage
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr.
Klaus Bigalke, Jappopweg 9h, 25421 Pinneberg
Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857, Email: metcon@t-online.de
METDOTO (Geruchsausbreitungsmodell)
Modell zur Berechnung von Geruchshäufigkeiten nach dem Entwurf der VDI-Richtlinie 3782, Bl. 4
Hardware: PC ab 486er
Programmentwickler: Dr. Klaus Bigalke, METCON
Umweltmeteorologische Beratung
Preis: Modell nicht verkäuflich, Preise für Modellrechnungen / Gutachten auf Anfrage
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr.
Klaus Bigalke, Jappopweg 9h, 25421 Pinneberg
Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857, Email: metcon@t-online.de
METSUN (Beschattungsmodell)
METSUN ist ein Modell zur Berechnung der Besonnungs- bzw. Beschattungsverhältnisse in bebauten Gebieten oder/und topographisch gegliedertem Gelände. Es berechnet flächendeckend (auch für beliebige Höhen über Grund) den prozentualen Anteil der Beschattungszeiten an der astronomisch möglichen Sonnenscheindauer. Der Beschattungsanteil wird wahlweise als integraler Wert über ein Jahr, einzelne Monate, Tage oder Stunden bestimmt.
Aus der gesonderten Betrachtung von Planungs- und
Istzustand lassen sich räumliche Darstellungen von Gesamtbeschattung und
Zusatzbeschattung (oder entfallender Beschattung) aufgrund von Planungsmaßnahmen
erstellen. Schließlich läßt sich aus den Modellrechnungen die aus der direkten
Sonnenstrahlung maximal zur Verfügung stehende Sonnenenergie pro Fläche abschätzen.
Anwendungsgebiete:
- Bauleit- und Einzelplanung, z.B. architektonische Planung von Gebäuden und
Gebäudekomplexen
- Regionalplanung, z.B. Straßenführung (Überfrierungsrisiko), Flächennutzungsplanung
(Wohngebiete)
Hardware: PC ab 486er
Programmentwickler: Dr. Klaus Bigalke, METCON
Umweltmeteorologische Beratung
Preis: Modell nicht verkäuflich, Preise für Modellrechnungen / Gutachten auf Anfrage
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr.
Klaus Bigalke, Jappopweg 9h, 25421 Pinneberg
Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857, Email: metcon@t-online.de
METTAL (Ausbreitungsprogramm nach TA-Luft)
Programm zur Ausbreitungsberechnung nach Anhang C der TA Luft
Programmentwickler: Dr. Klaus Bigalke, METCON
Umweltmeteorologische Beratung
Preis: Modell nicht verkäuflich, Preise für Modellrechnungen / Gutachten auf Anfrage
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr. Klaus Bigalke, Jappopweg 9h, 25421
Pinneberg
Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857, Email: metcon@t-online.de
a. (mesoskaliges Chemie-Transport-Stroemungsmodell)
METRAS wurde am Meteorologischen Institut der
Universitaet Hamburg in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener_institut fuer Polar-
und Meeresforschung, Bremerhaven, und dem Institut fuer Troposphaerenforschung, Leipzig,
entwickelt. Einzelheiten zu diesem nichthydrostatischen dreidimensionalen mesoskaligen
Chemie, Transport und Stroemungsmodell sind der Kurzbeschreibung des Modells zu entnehmen
(http://www.mi.uni-hamburg.de/data/Meso/metras/metras_short_description.html)
Hardware: Grossrechner und Workstations
Programmentwickler: PD Dr. K.H. Schluenzen et al.
Literatur siehe http://www.mi.uni-hamburg.de/data/Meso/metras/metras_publications.html
Preis: nicht kaeuflich, das Modell wird fuer Forschungszwecke weitergegeben.
Bezugsquelle: Auskunft bei Frau PD Dr Schluenzen, Meteorologisches Institut, Zentr. f.
Meeres- u.Klimaforschung,
Universitaet Hamburg, Bundesstr. 55, D-20146 Hamburg (Germany); e-mail: schluenzen@dkrz.de,
phone : +49-40-4123.5082, fax : +49-40-4117.3350.
b. METRAS PC (mesoskaliges Stroemungsmodell fuer PC)
METRAS PC wurde im Auftrage des Umweltbundesamtes
(FE 104 04 354) aufbauend auf dem Modell METRAS entwickelt. Einzelheiten zu diesem
nichthydrostatischen dreidimensionalen mesoskaligen Stroemungsmodell finden Sie unter: http://www.mi.uni-hamburg.de/data/Meso/metraspc/metraspc.html
Hardware: PC unter windows 95
Programmentwickler: K.H. Schluenzen, S. Dierer, H. Panskus (Meteorologisches Institut,
Universitaet Hamburg) und K. Bigalke (METCON Umweltmeteorologische Beratung, Pinneberg)
Literatur siehe http://www.mi.uni-hamburg.de/data/Meso/metraspc/metraspc.html
Preis: 100 DM
Bezugsquelle: Frau PD Dr Schluenzen, Meteorologisches Institut, Zentr. f. Meeres- u.
Klimaforschung, Universitaet Hamburg, Bundesstr. 55, D-20146 Hamburg (Germany); e-mail: schluenzen@dkrz.de,
phone : +49-40-4123.5082, fax : +49-40-4117.3350.
c. WinMETRAS (Windows95-Oberflaeche fuer METRAS PC)
Infos: METCON Umweltmeteorologische Beratung Dr. Klaus Bigalke, Jappopweg
9h, 25421 Pinneberg, Tel. (+)49(0)4101 693856, Fax (+)49(0)4101 693857,
Email: metcon@t-online.de
kostenlose Testversion im Internet erhaeltlich (http://home.t-online.de/home/metcon/)
MIMO (Mikroskaliges Modell)
MIMO is a prognostic microscale model which allows describing the air motion near complex building structures. Within MIMO, the conservation equations for mass, momentum, and scalar quantities as potential temperature, turbulent kinetic energy and specific humidity are solved. Non-equidistant grid spacing is allowed in all directions. The numerical solution is based on second-order discretization applied on a staggered grid. Conservation properties are fully preserved within the discrete model equations. The discrete pressure equations are solved with a fast elliptic solver in conjunction with a generalized conjugate gradient method. Advective terms are treated with an FCT scheme. Turbulent diffusion can be described with either a one- or two-equation turbulence model. At roughness height similarity theory is applied. At lateral boundaries and for scalar quantities Neumann or Dirichlet conditions are applied. generalized radiation conditions are also implemented for lateral boundaries.
The discretized equations are solved numerically on a staggered grid. Temporal discretization of the prognostic equations is based on the explicit second order Adams-Bashforth scheme, with the exception of the pressure. To ensure non-divergence of the flow field an elliptic equation is solved. The elliptic equation is derived from the continuity equation wherein velocity components are expressed in terms of the pressure. It should be noted that since the elliptic equation is derived from the discrete form of the continuity equation and the discrete form of the pressure gradient, conservativity is guaranteed. The discrete pressure equation is solved numerically with a fast elliptic solver in conjunction with a generalized conjugate gradient method. The fast elliptic solver is based on fast Fourier analysis in both horizontal directions and Gaussian elimination in the vertical direction. On principle, advective terms can be computed using any suitable advection scheme. In the present model version second-order flux-corrected-transport scheme (FCT, Wortmann-Vierthaler and Moussiopoulos 1995) is implemented. It achieves a fair reduction of numerical diffusion, the solution being independent of the magnitude of the scalar (i.e. preserving transportivity).
Hardware:
Developer: Institut für Technische Thermodynamik (ITT),
Universität Karlsruhe,
Laboratory of Heat Transfer and Environmental Engineering (LHTEE), Aristotle University
Thessaloniki
References
Winkler, Ch. (1995) Mathematische Modellierung der quellnahen
Ausbreitung von Emissionen, Fortschr.-Ber, VDI, Reihe 7, Nr. 268, pp. 142.
Wortmann-Vierthaler, M. and Moussiopoulos, N. (1995) Numerical test of a refined flux
corrected transport (FCT) advection scheme, Environmental Software, 10, 157-175.
Götting, J., Winkler, Ch., Rau, M., Moussiopoulos, N. and Ernst, G. (1995) Plume
dispersion over built-up areas: a comparison of numerical results and wind tunnel studies,
in: Air Pollution III, 1, (Eds.: Power, h., Moussiopoulos, N. and Brebbia, C.),
Computational Mechanics Publications, 413-420.
Götting, J., Winkler, Ch., Rau, M., Moussiopoulos, N. and Ernst, G. (1997) Dispersion of
a passive pollutant in the vicinity of a U-shaped building, Int. J. Env. Poll., 8,
No. 3-6, 718-726.
Martinuzzi, R. (1992) Experimentelle Untersuchung der Umströmung wandgebundener,
rechteckiger, prismatischer Hindernisse, Dissertation Universität
Erlangen-Nürnberg.
Klein, P., Rau, M., Wang, Z. and Plate, E. (1995) Concentrations and flow field in the
neighbourhood of buildings and building complexes (wind tunnel experiments), Research
Programme for Air Pollution Prevention Measures, Annual Report, Forschungszentrum
Karlsruhe.
Price: ?
Contact person (providing all necessary technical support):
Dr.-Ing. R. Kunz Contact address Institut für Technische Thermodynamik,
Fakultät für Maschinenbau, Universität Karlsruhe, Kaiserstr.12, D-76128 Karlsruhe,
Germany,
Phone number +49 721 608-4370, Fax number +49 721 608-3931, E-mail address rainer.kunz@mach.uni-karlsruhe.de,
URL http://itt17.mach.uni-karlsruhe.de/
MISKAM (Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell)
Das Programm MISKAM ist vom physikalischen Inhalt her eines der anspruchvollsten Vertreter einer ganzen Reihe mikroskaliger Modelle. Es wird am Institut für Physik der Atmosphäre der Universität Mainz (vormals Institut für Meteorologie) entwickelt ebenso wie KLIMM (ein mesoskaliges Modell).
MISKAM ist ein dreidimensionales nicht-hydrostatisches Strömungs- und Ausbreitungsnodell zur kleinsträumigen Prognose von Windverteilungen und Immissionskonzentrationen in Straßen bis hin zu Stadtteilen. Es wurde ursprünglich zur Behandlung von mikroklimatischen konzipiert (EICHHORN, 1989) und später in einer PC-fähigen Version für Immissionsprognosen entwickelt.
MISKAM gestattet die explizite Behandlung von Bebäuden in Form von rechtwinkligen Blockstrukturen, so daß die Besonderheiten des Strömungsgeschehens in der Umgebung von Gebäuden realististisch modelliert werden können. MISKAM hat einen hohen physikalischen Anspruch und benutzt daher als Grundlage die vollständigen dreidimensionalen Bewegungsgleichungen zur Simulation der Stömungsverhältnisse sowie die Advektions-Diffussions-Gleichung dichteneutraler Substanzen zur Ausbreitungsrechung, wobei Sedimentation und Deposition berücksichtigt werden können. Schadstoffquellen als Punkt- oder Linienquellen können beliebig im Modellgebiet verteilt sein.
Der Aufgabenbereich von MISKAM liegt im Bereich kleinräumiger Ausbreitungsprozesse mit Ausdehnungen von einigen 100 m. Miskam ist somit speziell für Fragen im Straßen- und Stadtplanung geeignet. Neben der DOS Version von MISKAM gibt es seit kurzem die Windows Version WINMISKAM.
Für das Programm wird der Quellcode der Ein- und Ausgaberoutinen mitgeliefert, was den Einbau in andere Programme erleichtert.
Hardware: Pentium-PC mit 16 MB RAM
Programmentwickler: Dr.J. Eichhorn, Arbeitsgruppe Stadtklima, Institut für Physik der Atmosphäre, Johannes Gutenberg-Universität, D-55099 Mainz
Bezugsquelle: giese-eichhorn * umweltmeteorologische software, Am Spielplatz 2, 55263 Wackernheim
Tel 06132-62947, Fax 06132-62961
Preis: auf Anfrage
(selbstentpackende exe-Datei): D_MISKAM ( 351 KB ) Version 3.0, 3/94
MLuS-96P ( Ausbreitung an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung)
Die Software MLuS-96P, basierend auf dem "Merkblatt ueber Luftverunreinigungen an Strassen (MLuS - 92) (ergänzt 1996) Teil: Strassen ohne oder mit lockerer Randbebauung" der Forschungsgesellschaft fuer Strassen- und Verkehrswesen (5000 Koeln 21, Alfred-Schuette-Allee 10, Tel.0221/883033, erlaubt es relativ schnell, die Schadstoffbelastung an einer Strasse zu berechnen. Dabei bietet das Rechenprogramm MLuS-96P ueber die MLuS-92 hinausgehende Rechenmoeglichkeiten an. So z.B. die direkte Einbindung von vorgebenen Vorbelastungen, sowie die Berechnung der Gesamtbelastung. Auch erlaubt das Programm einen direkten Vergleich der Ergebnisse mit Grenz- und Richtwerten nach verschiedenen Regelwerken.
Das Programm MLuS-96P ist weitgehendst Menue-gefuehrt und erlaubt eine sofortige Anzeige der Rechenergebnisse (auch bei Aenderungen der Eingangsgroessen) in einem Arbeitsblatt (Tabellenkalkulation) auf dem Bildschirm.
Das Programm gestattet die rechnerische Abschaetzung der zur Beurteilung der Immissionssituationen relevanten Jahresmittelwerte und 98-Perzentile folgender Schadstoffkomponenten:
Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (KW), Benzol (C6H6), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Blei (Pb), Schwefeldioxid (SO2), Russpartikel (PM)
Wie das Merkblatt MLus-92/96 ist das Programm MLuS-96P nur unter folgenden Vorraussetzungen anwendbar:
Um das Rechenmodell anwenden zu koennen muessen die folgenden Verkehrsdaten und meteorologische Daten bekannt sein:
Hardware: Lauffaehig ist das Programm MLuS-96P auf allen IBM kompatiblen Personalcomputern und allen gaengigen Grafikkarten.
Programmentwickler: Klaus Dudek, 1992/96; Prof. Dr. J. Baumüller
Preis: 500.- DM
Bezugsquelle: Klaus Dudek, Phys.-Techn. Berechnungsbuero, 7000 Stuttgart 1, Silberburgstr. 26
(selbstentpackende exe-Datei): D_MluS96 (107 KB) Version 96
MLuS-92 (Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen, Stand 2000)
MLuS-92, Stand 2000 ist ein PC-basiertes
Berechnungsverfahren zur Abschätzung von verkehrsbedingten
Schadstoffimmissionen nach dem Merkblatt über Luftverunreinigungen an Straßen.
Die Aktualisierung von MLuS-92, Stand 1998 auf MLuS-92, Stand 2000 ist bekannt
gemacht worden durch das Allgemeine
Rundschreiben Straßenbau Nr. 24/2000 vom 31. Oktober 2000 des
Bundesministeriums für Verkehr-, Bau- und Wohnungswesen.
MLus-92,Stand 2000 enthält eine graphische
Bedienoberfläche für WINDOWS (Bearbeitung: Ingenieurbüro
Lohmeyer GmbH & Co. KG ,An der Roßweid 3, 76229 Karlsruhe, Tel.: 0721-62510-0, Fax:
0721-62510-30, E-Mail: info.ka@lohmeyer.de
, Internet: www.lohmeyer.de),
unter der die folgenden Teilmodule integriert sind:
Hardware: PC mit WINDOWS 9x, NT oder 2000
Preis: Eine Einzelplatzlizenz des PC-Programms© kostet € 127,82 (zzgl. gesetzl. MWSt). Inhaber des bisherigen MLuS-PC-Version (MLus-92, Stand 1998) zahlen € 76,69 (zzgl. gesetzl. MWSt)
Der Lieferumfang umfasst je bestellter Einzelplatzlizenz eine CD und ein Handbuch. Im Kaufpreis enthalten ist eine 6-monatige Programmbetreuung per Fax-Hotline.Bezugsquelle: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, An der Roßweid 3, 76229 Karlsruhe, Tel.: +49(0)721 62510 40, Fax: +49(0)721 62510 30, Internet: www.lohmeyer.de, Email: info.ka@lohmeyer.de
MUKLIMO (Mikroskaliges Urbanes KLIma-MOdell)
Das numerische Modell MUKLIMO (Mikroskaliges Urbanes KLIma-MOdell) ist ein zweidimensionales, prognostisches Gitterpunktsmodell zur Berechnung atmosphärischer Verhältnisse im Bereich blockförmiger Strukturen. Es wurde in der Zeit von 1980 bis 1983 im Rahmen des vom Umweltbundesamt geförderten Projekts "Numerische Simulation des Stadtklimas" entwickelt und ist in dem Aufsatz "A microscale urban climate model" (SIEVERS und ZDUNKOWSKI, 1986) beschrieben. Die vorliegende PC-Version ist speziell für die Ausbreitung von Kfz-Abgasen konzipiert. Sie beschränkt sich deshalb gegenüber der Urfassung auf die Berechnung des Windfeldes und der turbulenten Austauschkoeffizienten sowie der Schadstoffausbreitung. Andererseits sind Programmteile hinzugefügt, die die Modellierung von teildurchlässiger Bebauung sowie von Baumbestand gestatten (SIEVERS, 1990).
Die "Zweidimensionalität" des Modells ist eine Idealisierung tatsächlicher Verhältnisse. Sie bedeutet, daß eine horizontale Richtung existiert, längs der sowohl die Modellstrukturen als auch die atmosphärischen Verhältnisse unveränderlich sind. Diese Richtung soll als y-Achse bezeichnet werden. Die Variablen hängen somit nur von der zweiten Horizontalkoordinate x und der vertikalen Koordinate z ab. Die Annahme der Zweidimensionalität ist bei längeren Straßen mit gleichförmiger Berandung auf beidenSeiten eine gute Näherung, insbesondere dann, wenn die atmosphärische Anströmung der Straße in nicht zu spitzem Winkel erfolgt. Bei nahezu straßenparaller Windrichtung sind zweidimensionale Modellresultate dagegen mit etwas Vorsicht zu betrachten, da dann z. B. der Einfluß der nächsten Kreuzung, der vom Modellprinzipiell nicht erfaßt werden kann, zunehmend wichtig wird.
Die Festlegung der Modellabmessungen, des Gitteraufbaus, Höhe und Abmessungen der Hindernisse, Lage und Stärke der Quellen, der Windgeschwindigkeit und weiterer erfolgt durch den Benutzer, der hierfür eine "Eingabedatei" zu erstellen hat.
Es können bis zu 10 (senkrecht zur Modellebene unendlich ausgedehnte) Linienquellen eines inerten Schadstoffes wie z. B. CO modelliert werden.
Literatur
SIEVERS, U. und W.ZDUNKOWSKI (1986): A microscale urban climate model.
Beitr. Phys. Atmosph. 59, S. 13-40.
SIEVERS, U. (1990): Dreidimensionale Simulationen in Stadtgebieten.
Umweltmeteorologie: Sitzung des Hauptausschusses II am 7. und 8. Juni 1990 inLahnstein.
Schriftenreihe Band 15, Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN. Düsseldorf. S.
36-43.
Hardware : Das Programm MUKLIMO.EXE läuft auf einem IBM-PC oder Kompatiblen mit einem Prozessor ab 386 unter MS-DOS (ab 5.0). Ein mathematischer Koprozessor sollte vorhanden sein. Das Programm hat einen Umfang von ca. 210 kB.
Programmentwickler: Dr. U. Sievers
Preis: ca. 300.- DM
Bezugsquelle: Dr. Uwe Sievers, Ulmenstraße 7, D-55270 Essenheim, Tel. 06136/8372
Die Modellversion MUKLIMO-3 (SIEVERS, 1990) ist die Erweiterung des ursprünglichen Modells MUKLIMO von zwei auf drei Dimensionen. Von Bedeutung sind auch die folgenden Neuerungen:
Die für den Stadt von MUKLIMO-3 benötigten Anfangsbedingungen für die Windgeschwindigkeit, die Temperatur und die Feuchte werden mit Hilfe eines eindimensionalen Vorschaltmodells erzeugt, bei dem die atmosphärischen Variablen nur in vertikaler Richtung veränderlich, in der Horizontalen aber konstant sind. Dieses Vorschaltmodell reicht mit etwa 3 km Vertikalerstreckung in größere Höhen als MUKLIMO-3. Es wird für mehrere Stunden betrieben, bevor die dann "eingeschwungenen" Vertikalprofile der atmosphärischen Variablen, wie auch der Bodentemperatur und -feuchte, als Anfangswerte für die für die eigentliche Simulation auf das Modellgitter von MUKLIMO-3 übertragen werden.
Hardware: Großrechner:
Programmentwickler: Sievers U.
Literatur:
GROSS, G.:
Numerical simulation of the nocturnal flow systems in the Freiburg area for different
topographies. Beitr. Phys. Atmosph. 62 (1989), S. 57 - 72.
SIEBERT, J.; SIEVERS; U.; ZDUNKOWSKI, W.:
A one-dimensional simulation of the interaction between land surface processes and the
atmosphere. Boundary-Layer Meteorology 59, S. 1 - 34, 1992
SIEVERS, U.:
Dreidimensionale Simulationen in Stadtgebieten. In: Umweltmeteorologie, Sitzung des
Hauptausschusses II am 7. und 8. Juni in Lahnstein. Schriftenreihe Band 15, Kommission
Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, Düsseldorf, 1990
SIEVERS, U; ZDUNKOWSKI, W.:
A microscale urban climate model. Beitr. Phys.- Atmosph. 59, 13- 40, 1986
Preis : nicht verkäuflich, doch Dienstleistungen möglich
Bezugsquelle: Deutscher Wetterdienst, Geschäftsfeld
Klima- und Umweltberatung,
Postfach 10 04 65, D-63004 Offenbach, Tel.: +49(0)69 8062 2968, Fax:+49(0)69 8062 2993
PROKAS (Verkehrsbedingte Immissionsberechnung)
PROKAS besteht aus den Modulen PROKAS_V und PROKAS_B.
PROKAS_V ist konform mit dem Gründruck der Richtlinie VDI 3782 Blatt 8. PROKAS_V wird
eingesetzt für die Bestimmung der verkehrsbedingten Vorbelastung durch Straßennetze und
der Zusatzbelastung in unbebautem oder locker bebautem Gelände. PROKAS kann beliebig
viele Straßensegmente im Straßennetz verarbeiten.
PROKAS verwendet den Gaußansatz entsprechend dem "Ausbreitungsmodell für
Luftreinhaltepläne", VDI-Richtlinie 3783 Blatt 1
mit speziellen Modifikationen für den Kfz-Verkehr. Für die Bestimmung der
Zusatzbelastung in dicht bebautem Gelände (teilweise oder ganz geschlossene Randbebauung,
Straßenschluchten) steht das Ergänzungsmodul
PROKAS_B zur Verfügung. PROKAS_B basiert auf Ergebnissen von
Ausbreitungsrechnungen mit dem mikroskaligen Ausbreitungsmodell MISKAM für typisierte
Bebauungsstrukturen.
PROKAS_V und PROKAS_B berechnen auf Grundlage einer örtlichen
Ausbreitungsklassenstatistik Luftschadstoffkonzentrationswerte (Jahresmittelwert,
Perzentilwert, z.B. 98%) in einer mit den Beurteilungswerten zum Schutz der menschlichen
Gesundheit der 22. und 23. BImSchV vergleichbaren Form.
Importschnittstelle zu MOBILEV verfügbar, zu ARCINFO, IMMI und VISUM in Vorbereitung.
PROKAS_B
Im Falle von teilweise oder ganz geschlossener Randbebauung (Straßenschlucht) wird die
Vorbelastung mit PROKAS_V berechnet. Für die Berechnung der Zusatzbelastung steht das
ergänzende Bebauungsmodul PROKAS_B zur Verfügung. Es basiert auf Ergebnissen von
Ausbreitungsrechnungen mit dem mikroskaligen Ausbreitungsmodell MISKAM für typisierte
Bebauungsstrukturen. Es berechnet z.B. für den Anwendungsfall 23. BImSchV die
Jahresmittelwerte und 98-Perzentilwerte der Autoabgaskonzentrationen in 1.5 m Höhe und 1
m Abstand zum nächsten Gebäude. Die Überlagerung der Vorbelastung des umliegenden
Straßennetzes mit der Zusatzbelastung wird korrekt zeitlich korreliert betrieben und muß
nicht parametrisiert werden.
Die Bebauungstypen werden unterschieden in Straßenschluchten mit beidseitiger und
einseitiger Randbebauung mit verschiedenen
Gebäudehöhe/Straßenschluchtbreite-Verhältnissen und Anteilen von Randbebauungslücken.
Die verwendeten c*-Werte wurden mit Ergebnissen von Windkanaluntersuchungen der
Ausbreitungsvorgänge in idealisierten Straßenschluchten verglichen. Weiterhin wurden zur
Validierung Naturmessungen in Hannover, Karlsruhe und Dresden herangezogen. Die
Übereinstimmung der mit dem Bebauungsmodul errechneten Konzentrationswerte mit den oben
genannten Daten kann als gut bezeichnet werden.
Hardware: PROKAS_V und PROKAS_B sind lieferbar für WINDOWS 3.11, WINDOWS 95 und WINDOWS NT.
Programmentwickler: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG
Preis:
Bezugsquelle: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, An der Roßweid 3, D-76229 Karlsruhe, Tel. (+)49(0)721 625100, Fax: (+)49(0)721 6251030, email: info.ka@lohmeyer.de
P&K_xxxx (Ausbreitungsprogramme gemäß TA Luft 2002 und VDI-Richtlinien)
P&K 2714, Ausbreitungsrechnungen für Lärm nach den Richtlinien ISO 9613-2, VDI 2571, VDI 2720, VDI 2714, RLS-90 und SCHALL 03.
P&K 3781, Berechnung der Schornsteinhöhe nach TA Luft 1986 und 2002 einschließlich Korrektur für unebene Geländeformen nach VDI 3781 Blatt 2 auf der Grundlage digitalisierter Nomogramme.
P&K 3782, Ausbreitungsrechnung nach VDI 3782 Blatt 1 (1992/2001) und TA Luft 86 für Gutachten und Luftreinhaltepläne. Das Programm erlaubt die Berücksichtigung von Sedimentation, Auswaschung, chemischem Abbau, Sperrschichtreflexion und Stoffstromerhaltung in der Abgasfahne. Das Überhöhungsmodell berücksichtigt auch rein mechanischen Auftrieb (kalte Quellen). Sehr viele Punkt-, Linien- und Flächenquellen sowie Aufpunkte und Beurteilungsflächen mit Vorbelastungen in großer Anzahl können berücksichtigt werden. Es sind die Optionen KÜHLTURM und EXPERTE erhältlich. Mit der Option Experte können Kenngrößen über verschiedene Statistiken (Betriebszeiten, Tages- oder Jahresgang, I2-Staub) und Quellen mit abweichenden Streuparametern (Anfangsturbulenz, Bebauung) berechnet werden. Bei mehreren Quellen ist die quellenbezogene Auswertung der Immissionen in Form von Tabellen und Histogrammen möglich.
P&K odor, Ausbreitungsrechnung für Geruchsstoffe nach VDI 3782 Blatt 4 und Faktor-10-Methode mit Isoliniendarstellung.
P&K_3783 , Ausbreitungsrechnung für störfallbedingte Freisetzungen nach VDI 3783 Blatt 1 und Blatt 2 in einer integrierten Realisierung beider Richtlinien.
P&K MET, Programm zur Analyse und Konvertierung von meteorologischen Daten und der Erzeugung von Ausbreitungsklassenstatistiken gemäß VDI 3782 Blatt 1.
P&K TAL2K, Ausbreitungsrechnung nach der Richtlinie VDI 3945 Blatt 3 (Umweltmeteorologie - Atmosphärische Ausbreitungsmodelle - Partikelmodell) gemäß TA Luft 2002. P&K TAL2K ist ein intuitives, ergonomisches und leistungsstarkes Benutzer-Interface für das in der deutschen TA Luft vorgeschriebene Ausbreitungsmodel (AUSTAL2000)
Hardware: PC, MS Windows 95, 98, ME, NT, 2000 oder XP
Programm Entwicklung: B. Petersen, R. Kade
Preise: www.petersen-kade.com/de/preise.html
Kontakt: Broder Petersen, Rowald Kade, PC-Software für Ingenieure, Stellinger Weg 16, D-20 255 Hamburg, Tel.: +49 40 494549, Fax: +49 40 499540
Weiteres: www.Petersen-Kade.com
REWIMET (Simulation des Windfeldes, mesoskalig, VDI 3783 Blatt 6 1992)
Das Modell REWIMET-A ist ein hydrostatisches Dreischichten-Mesoskalenmodell für Anwendungen in Gebieten mit einer horizontalen Ausdehnung zwischen 20 und 200 km bei einer horizontalen Auflösung von 2 bis 10 km. Das Modell berechnet die horizontalen Windkomponenten und die potentielle Temperatur zeitabhängig als Schichtmittelwert über jede Gittermasche. Die Mischungsschichthöhe wird prognostisch, die vertikale Windgeschwindigkeit und die Exner-Funktion werden diagnostisch über jedem Gitterareal bestimmt.
Das Modell wird angetrieben aufgrund der Vorgabe der großräumigen (supraskaligen) Temperaturschichtung, des großräumigen (supraskaligen) horizontalen Druckgradienten (geostrophischer Wind) und der Oberflächentemperatur. Geostrophischer Wind und Oberflächentemperatur können zeitabhängig vorgegeben werden. Der geostrophische Wind kann von der Höhe abhängen.
Das Modell berücksichtigt die Topographie (Orographie und Landnutzung) als inhomogene Geländehöhe, Rauigkeit und Oberflächentemperatur. Die Topographie kann über ein Topographiekataster (DHM) eingelesen werden.
Typische Anwendungen sind:
Hardware: PC
Programmentwickler: Heimann 1985
Preis:
Bezugsquelle: Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) im VDI und DIN, Robert-Stolz-Str. 5, Postfach 10 11 39, D-40002 Düsseldorf,Tel.: +49(0)211 6214 0, email: ?, Homepage:http://www.vdi.de
Das Rechenmodell SHADOW ist speziell für die Berechnung der Verteilung der kurzwelligen Strahlung (Sonnenstrahlung) in einem Modellgebiet ausgelegt. Es ist sowohl für Untersuchungen in Stadtgebieten verwendbar, als auch bei geländeklimatologischen oder agrarmeteorologischen Fragestellungen, da neben der Konstellation abschattender Objekte auch der Verlauf der Geländetopographie berücksichtigt wird.
Die menügesteuerte Oberfläche ermöglicht einen schnellen und sicheren Zugriff auf die implementierten Berechnungsroutinen. Die erstellten Endresultate können entweder mit den eingebauten Graphikroutinen direkt auf dem Bildschirm angezeigt werden, oder in Textdateien umgewandelt und damit in andere Programme exportiert werden. Das Programm bietet:
Hardware: PC, Windows ab 3.11,
Programmentwickler: Michael Bruse in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Klimaforschung, Leitung Prof. Dr. H. Fleer am Geographischen Institut der Ruhr-Universität Bochum
Preis:
Bezugsquelle: Michael Bruse, Ruhr-Universität Bochum, Geographische Institut, Universitätsstraße 150, D-44780 Bochum, Tel.: +49(0) 234 700 4244, Fax: +49(0) 234 7094 469, email: Michael Bruse@rz.ruhr-uni-bochum,de
(selbstentpackende exe-Datei): D_SHADOW.EXE ( 470 KB )
STREET (Schadstoffbelastung in Strassenraeumen)
Hardware: PC
Programmentwickler: TÜV Energie und Umwelt GmbH
Preis: Street Version 1.2 xxx.- DM, Street 2.0 (Jumbo) xxxx.- DM
Bezugsquelle: TÜV Energie und Umwelt
GmbH, Raiffeisenstrasse 30, D-70794 Filderstadt
Tel.: +49(0)711 7706 216, Fax: +49(0)711 7706 506
VDI 3782 Bl.1 ( Gaußsches Ausbreitungsmodell für Luftreinhaltepläne)
Das Gaußsche Ausbreitungsmodell simuliert den Prozeß der Verdünnung und den Transport von emitierten Stoffen (Transmission). Für die Anwendung des Modells müssen die Emissionsdaten und die meteorologischen Einflußgrößen bekannt sein. Die Gaußsche Ausbreitungsgleichung ergibt sich aus der statistischen Theorie der Turbulenz unter einer Reihe von einschränkenden Randbedingungen. Der Vorteil des Gaußschen Ausbreitungsmodell gegenüber komplexeren Modellen besteht vor allem darin, daß die Streuungen aus experimentellen Ausbreitungsuntersuchungen gewonnen wurden. Das Modell stellt somit ein empirisches Ausbreitungsmodell dar, mit relativ kurzen Rechenzeiten.
Das Modell wird insbesondere zur Bestimmung von Immissionsklimatologien, d.h. von statistischen Kenngrößen (Mittelwerte, Perzentile) eingesetzt. Das Modell setzt konstante Emissions- und Ausbreitungsbedingungen bei ebenem Gelände voraus. Der Berücksichtigung von Gelände und Bebauung wird in den VDI Richtlinien 3783 Bl. 6 bzw. 3781 Bl. 6 beschrieben.
Hardware: PC
Programmentwickler: ?
Preis: ?
Bezugsquelle: Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, Postfach 10 11 39, D-40 Düsseldorf, Tel.: +49(0)211 6214 0
VDI 3945 Bl.1 ( Gaußsches Wolkenmodell (Puffmodell))
Das Gauß Wolkenmodell ist im Gegensatz zum Gaußfahnenmodel (VDI 3782) ein Episodenmodell , das den zeitlichen Verlauf der Konzentrationsverteilung beschreibt. Das Modell geht von der Vorstellung aus, daß die von einer Punktquelle ausgehende Luftverunreinigung eine kleine Wolke bildet, die sich mit der Zeit vergrößert und dabei vom Wind weitertransportiert wird. Der Vorteil dieser Betrachtungsweise ist, daß die Emission an der Quelle nicht konstant sein muß.
Eine gängige Software Umsetzung ist nicht bekannt.
Hardware:
Programmentwickler:
Preis:
Bezugsquelle: Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, Postfach 10 11 39, D-40 Düsseldorf, Tel.: +49(0)211 6214 0
WINMISKAM (Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell fuer Windows)
Der Kern von WinMISKAM ist das Modell MISKAM (Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell) MISKAM ist ein dreidimensionales nicht-hydrostatisches Strömungs- und Ausbreitungsmodell für die kleinräumige Prognose von Windverteilung und Konzentrationen in der Umgebung von Einzelgebäuden, sowie in Straßen bis hin zu Stadtteilen. MISKAM wurde von Dr. J. Eichhorn am Institut für Physik der Atmosphäre der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz entwickelt und wird ständig erweitert und anhand neuester Meßergebnisse validiert.
Gebäude werden explizit behandelt in Form von Blockstrukturen, so daß die Besonderheiten des Strömungsgeschehens in der Umgebung von Gebäuden realistisch modelliert werden können.
Die physikalische Grundlage von MISKAM bilden die vollständigen dreidimensionalen Bewegungsgleichungen zur Simulation der Strömungsverhältnisse, sowie die Advektions-Diffusionsgleichung dichteneutraler Substanzen für die Ausbreitungsrechnung.
MISKAM-Version 4.2 ist von Herrn Dr. Eichhorn umfangreich validiert worden.
WinMiskam enthält das Modul PROKAS_S, mit dem aus den MISKAM-Ergebnisdateien für einzelne Anströmrichtungen und Vorbelastungswerten (z.B. mit PROKAS berechnet) statistische Kennwerte (Jahresmittelwert und Perzentilwert) berechnet werden können.
Hardware: PC mit WINDOWS 9x, NT oder 2000
Preis: Eine Einzelplatzlizenz der Basisversion von WinMISKAM kostet € 6 600,- (zzgl. gesetzl. MWSt). Erweiterungsmodule auf Anfrage.
Der Lieferumfang umfasst je bestellter Einzelplatzlizenz eine CD und ein Handbuch. Im ersten halben Jahr ist die Wartung im Kaufpreis enthalten.Bezugsquelle: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, An der Roßweid 3, 76229 Karlsruhe, Tel.: +49(0)721 62510 40, Fax: +49(0)721 62510 30, Internet: www.lohmeyer.de Email: info.ka@lohmeyer.de
Demoversion: (selbstentpackende EXE-Datei): winmi32d.exe (1.2 MB)
Bieten Sie eine Software an oder kennen sie eine Software, die hier
noch nicht aufgeführt ist oder aktualisiert werden sollte, senden Sie bitte Ihre
Unterlagen (möglichst als Textdatei) an:
PD PD Dr. Andreas Matzarakis
Universität Freiburg, Meteorologisches Institut, Hebelstr. 27, 79085 Freiburg, Germany
Tel.: +49 (0)761/ 203 6921; Fax: +49 (0)761/ 203 6922; email: andreas.matzarakis@meteo.uni-freiburg.de