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project/subproj/wpm5_de
v2 v3 1 = [=#wpm5] Work package M5: Urban radiation and building parameterization=1 = [=#wpm5]Arbeitspaket M5: Städtische Strahlung und Gebäudeparametrisierung = 2 2 \\ 3 == Contactinformation ==4 '''Pr incipal investigators:'''3 == Kontaktinformation == 4 '''Projektleiter:''' 5 5 [[https://www.geographie.hu-berlin.de/de/Members/schubert_sebastian|Dr. Sebastian Schubert]] [[Image(htdocs:other_images/mail.gif,title=Send email, link=mailto:sebastian.schubert@geo.hu-berlin.de)]], 6 6 [[https://www.geographie.hu-berlin.de/de/Members/schneider_christoph|Prof. Dr. Christoph Schneider]] [[Image(htdocs:other_images/mail.gif,title=Send email, link=mailto:christoph.schneider@geo.hu-berlin.de)]] 7 7 8 ''' Staff:'''8 '''Mitarbeiter:''' 9 9 [[https://www.geographie.hu-berlin.de/de/Members/1689640|Dr. Mohamed Salim]] [[Image(htdocs:other_images/mail.gif,title=Send email, link=mailto:mohamed.salim@geo.hu-berlin.de)]] 10 10 11 '''Institution:''' Humboldt-Universität zu Berlin, Geograph y Department (https://www.geographie.hu-berlin.de/en/professorships/climate_geography/)11 '''Institution:''' Humboldt-Universität zu Berlin, Geographisches Institut (https://www.geographie.hu-berlin.de/en/professorships/climate_geography/) 12 12 \\ 13 == Goals ofWP-M5 ==13 == Zielsetzung des Teilprojekts WP-M5 == 14 14 {{{#!table align=left style="border: none; text-align:left;" 15 15 {{{#!tr 16 16 {{{#!td style="border: none; width:50%" 17 This subproject provides a parametrization of radiative fluxes at urban surfaces and between the buildings for the entire range of resolutions. These fluxes are used in the energy balance of the building surfaces, in air chemistry, and to determine the direct human radiative exposure. Furthermore, we will implement an effective building/street representation in form of urban street canyons for non-building-resolving resolutions. These street canyons are characterized by their building and street width, their orientation as well as their building height distribution.17 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. 18 18 }}} 19 19 … … 21 21 {{{#!tr 22 22 {{{#!td align=left style="border: none; vertical-align:top; width: 50%" 23 [[Image(WPM5_ fig1_en.png, 100%, left, border=1, color=black)]]\\24 Fig. 1: Input and output ofDCEP23 [[Image(WPM5_abb1_de.png, 100%, left, border=1, color=black)]]\\ 24 Abb. 1: Ein- und Ausgabegrößen von DCEP 25 25 }}} 26 26 {{{#!td align=left style="border: none; vertical-align:top; width: 50%" 27 27 [[Image(WPM5_fig2_en.png, 100%, left, border=1, color=black)]]\\ 28 Fig. 2: Simple depiction of shortwave and longwave radiation fluxes28 Abb. 2: Einfache Abbildung der kurz- und langwelligen Strahlungsflüsse. 29 29 }}} 30 30 }}} … … 32 32 }}} 33 33 \\ 34 == Work program ==35 ''WP-M5.1: Radiation fluxes at building-resolving resolution''34 == Arbeitsprogramm == 35 ''WP-M5.1: Strahlungsflüsse für gebäudeauflösende Auflösungen'' 36 36 37 This work package deals with the calculation of the diffuse longwave as well as the diffuse and direct shortwave radiation fluxes. Thus, this calculation provides crucial components to the energy balance of each urban surface. Our approach will include the casting of shadows and radiation exchange within the urban canopy. View factors for diffuse radiation exchange will be calculated via view factor algebra or via Monte Carlo ray tracing, respectively. Multiple reflections within the urban canopy are accounted for. The calculation of the direct shortwave radiation will be done via ray tracing. Both processes of the radiation exchange will optionally consider the effect of vegetation in the urban canopy.37 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. 38 38 39 ''WP-M5.2: Building concept for coarse resolution runs''39 ''WP-M5.2: Gebäudekonzept für grobe Auflösungen'' 40 40 41 In order to simulate large areas of a city with a lower resolution (~ 100m) with which single buildings are not resolved, we will implement an urban canopy parametrization (UCP) representing buildings as street canyons. In the UCP Double Canyon Effect Parametrization (DCEP), street canyons are characterized by its building and street width, its orientation as well as its building height distribution. The DCEP considers the energetic exchange between buildings and atmosphere on several vertical layers.41 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. 42 42 43 ''WP-M5.3: Radiation for non-building-resolving resolution''43 ''WP-M5.3: Strahlung für nicht-gebäudeauflösende Auflösungen'' 44 44 45 In addition to the general street canyon concept of DCEP described in work package M5.2, we will provide the radiation fluxes of DCEP at each urban surface element non-building resolving resolutions. Compared to work package M5.1, the computational complexity is much lower due to the effective representation of buildings.45 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. 46 46 47 47 48 48 49 49 50