Arbeitspaket M5: Städtische Strahlung und Gebäudeparametrisierung

Kontaktinformation

Projektleiter: ​Dr. Sebastian Schubert , ​Prof. Dr. Christoph Schneider

Mitarbeiter: ​Dr. Mohamed Salim

Institution: Humboldt-Universität zu Berlin, Geographisches Institut (​https://www.geographie.hu-berlin.de/en/professorships/climate_geography/)

Zielsetzung des Teilprojekts WP-M5

Dieses Teilprojekt stellt die Parametrisierung der Strahlungsflüsse an den städtischen Oberflächen und zwischen den Gebäuden für alle Auflösungen bereit. Diese Flüsse gehen in die Energiebilanz der Gebäudeoberflächen und in die Luftchemie ein, und werden zur Bestimmung der Strahlungsexposition eines Menschen benötigt. Außerdem werden wir eine effektive Parametrisierung von Gebäuden und Straßen in Form von Häuserschluchten für Auflösungen, welche einzelne Gebäude nicht auflösen, implementieren. Diese Häuserschluchten werden durch ihre Gebäude- und Straßenbreite, ihre Orientierung und ihre Gebäudehöhenverteilung charakterisiert.

Abb. 1: Ein- und Ausgabegrößen von DCEP

Abb. 2: Einfache Abbildung der kurz- und langwelligen Strahlungsflüsse.

Arbeitsprogramm

WP-M5.1: Strahlungsflüsse für gebäudeauflösende Auflösungen

Dieses Arbeitspaket beinhaltet die Berechnung der diffusen langwelligen sowie der diffusen und direkten kurzwelligen Strahlungsflüsse. Die Flüsse sind wichtiger Bestandteil in der Energiebilanz der städtischen Oberflächen. Unser Ansatz berücksichtigt Schattenbildung und den Strahlungsaustausch zwischen Gebäuden inklusive Mehrfachreflexionen. Sichtfaktoren für diffusen Strahlungsaustausch werden mit Hilfe der Strahlungsfaktoralgebra und Monte Carlo Raytracing berechnet. Die Berechnung der kurzwelligen Strahlung wird mittels Raytracing durchgeführt. Beide Prozesse berücksichtigen optional den Einfluss der Vegetation zwischen den Gebäuden.

WP-M5.2: Gebäudekonzept für grobe Auflösungen

Um große Gebiete einer Stadt mit niedriger Auflösung (~ 100m) zu simulieren, welche einzelne Gebäude nicht abbilden kann, werden wir das Stadtschema DCEP (engl. Double Canyon Effect Parametrization) implementieren. In diesem Schema werden Gebäude in Form von Häuserschluchten repräsentiert, welche durch ihre Gebäude- und Straßenbreite, ihre Orientierung und ihre Gebäudehöhenverteilung charakterisiert werden. DCEP berücksichtigt den energetischen Austausch zwischen Gebäuden und Atmosphäre auf mehreren vertikalen Schichten.

WP-M5.3: Strahlung für nicht-gebäudeauflösende Auflösungen

Zusätzlich zum Gebäudekonzept aus Arbeitspaket M5.2 werden wir die Strahlungsflüsse an den städtischen Oberflächen bei nicht-gebäudeauflösenden Auflösungen mit DCEP berechnen. Verglichen mit den Ansätzen in Arbeitspaket M5.1 ist der rechentechnische Aufwand durch die effektive Darstellung der Gebäude in DCEP deutlich geringer.