MOSAIK: Mission

Das zentrale Ziel von MOSAIK ist die Entwicklung eines neuen, modernen, benutzerfreundlichen, hocheffizienten und hochauflösenden Stadtklimatmodells (engl. urban climate model, UCM), welches die gebäudeauflösende Simulation von Stadtgebieten von bis zu 2.000 km² erlaubt. Das Modell soll sowohl auf Massivparallelrechnern, wie auch auf lokalen PCs und Arbeitsplatzrechnern mit begrenzten Ressourcen lauffähig sein. Um dieses Ziel zu erreichen wird das neue Modell auf dem modernen und hoch-parallelisierten Large-eddy Simulationsmodell (LES) PALM basieren, anstatt eines der bereits existierenden UCMs zu verwenden, die zwar seit mehr als zwei Dekaden verwendet werden und sich etabliert haben, jedoch schwierig auf moderne Parallelrechnerarchitekturen anzupassen sind. Das neue Modell wird PALM-4U genannt.

Übersicht: Modellentwicklung in MOSAIK

Das neue Modell PALM-4U wird in der Lage sein, Simulationsläufe für Klimaszenarien für gesamte Städte bei moderater Auflösung (ca. 100 m Gitterweite) sowie kürzere Episoden wie z.B. Tagesgänge bei gebäudeauflösender Gitterweite (1-10 m) auf Massivparallelrechnern durchzuführen. Zudem wird es möglich sein, das Modell auf lokalen Arbeitsplatzrechnern für verschiedene Anwendungsszenarien zu verwenden, z.B. für stadtplanerische Szenarien einzelner Stadtteile. Das Ziel des MOSAIK Konsortiums wird sein, ein neues UCM abzuliefern, welches auf Rechnern nach Stand der Technik eine Größenordnung schneller läuft (wall-clock Zeit) als bereits existierende UCMs.

PALM-4U wird durch ein striktes Nachhaltigkeitskonzept bestimmt sein und die folgenden Eigenschaften haben:

• Skalenabhängige Parametrisierungen und Gebäudeparametrisierungen um das Modell mit unterschiedlicher Gitterweise zu betreiben.
• Einen LES Modus, der es zum ersten Mal ermöglicht turbulente Fluktuationen (z.B. Spitzenkonzentrationen von Schadstoffen oder Windböen) explizit mit einem UCM aufzulösen.
• Lupenfunktion welche es z.B. Stadtplanern erlaubt, hochaufgelöste Studien für kleinere Gebiete von besonderem Interesse (Quartiere, einzelne Gebäudeumgebungen) durchzuführen.
• Eine Nesting-Funktion um das Modell durch großskalige Modelle antreiben zu können.
• Graphische Benutzeroberfläche für Endnutzer wie z.B. Stadtplaner, die es ermöglicht das Modell zu konfigurieren, Planungsszenarien zu erstellen, Simulationen durchzuführen und die Modellergebnisse zu visualisieren.
• NetCDF als I/O Datenstandard.
• Ausgabe von biometeorologischen Größen, wie z.B. der physiologischen Äquivalenttemperatur (PET) or des universellen thermischen Klimaindexes (UTCI). Zudem wird ein Multiagentenmodell verfügbar sein, welches die Identifikation von kritischen Hotspots in der Stadt basierend auf menschlichen Verhaltensmustern bewerkstelligt.
• Einen Standardeingangsdatenkatalog für typische Wetter und Klimaszenarien (z.B. Hitzewelle im Sommer).

Verbreitung des neuen Modells über die Leibniz Universität Hannover als Open Source Software.

Das neue hocheffiziente Modell PALM-4U, welches im Rahmen von MOSAIK entwickelt wird, wird es nicht nur ermöglichen Effekte des Klimawandels auf Stadtgebiete zu analysieren, sondern auch erlauben, Stadtplanungsstrategien zu testen um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Stadtbevölkerung zu reduzieren, z.B. durch grüne Korridore und Dachbegrünungsmaßnahmen). Der Open Source Charakter des Modells wird es ebenfalls ermöglichen, andere mikro- und mesoskalige Modell zu verbessern. Ein besonderer Augenmerk wird die Benutzerfreundlichkeit und Nachhaltigkeit darstellen. Zu diesem Zweck wird eine selbsterklärende graphische Benutzeroberfläche entwickelt. Der Multiagentenansatz stellt zudem eine innovative Technik dar, mit deren Hilfe sozio-ökonomische Daten direkt in das Modell einfliessen können.