Eine stadtweite Analyse der mittleren Strahlungstemperatur und mögliche Anwendungen am Beispiel Berlins

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1 Eine stadtweite Analyse der mittleren Strahlungstemperatur und mögliche Anwendungen am Beispiel Berlins Fred Meier 1), Britta Jänicke 1), Fredrik Lindberg 2), Dieter Scherer 1), Sebastian Schubert 3) 1) Technische Universität Berlin, Institut für Ökologie, Fachgebiet Klimatologie 2) University of Gothenburg, Department of Earth Sciences, Urban Climate Group 3) Potsdam-Institute for Climate Impact Research

2 Einleitung: Mittlere Strahlungstemperatur (Tmrt) 6 S SSS = W i i=1 a k K i + a l L i T mmm = 4 S SSS ε p σ

3 Einleitung: Mittlere Strahlungstemperatur (Tmrt) Jendritzky (1991): Selected questions of topical interest in human bioclimatology. International Journal of Biometeorology, 35,

4 Ziel: Stadtweite Modellierung und Analyse der Tmrt Atmosphäre (Mesoskala) 3D Stadtoberfläche mit Vegetation (Mikroskala) Räumliche und zeitliche Variabilität der Tmrt in der Stadt

5 Ziel: Stadtweite Modellierung und Analyse der Tmrt Atmosphäre (Mesoskala) 3D Stadtoberfläche mit Vegetation (Mikroskala) Räumliche und zeitliche Variabilität der Tmrt in der Stadt

6 Methode: SOLWEIG 2013a (Lindberg und Grimmond 2011) SOlar and LongWave Environmental Irradiance Geometry model (SOLWEIG) - Digitale Oberflächenmodelle: Gelände und Bebauung, Vegetation mit Stamm - Albedo und Emissivität sind für alle Oberflächen identisch - Homogene meteorologische Randbedingungen (Lufttemperatur, Relative Luftfeuchtigkeit, Globalstrahlung ggf. diffuse und direkte kurzwellige Strahlung)

7 Methode: Erweiterung SOLWEIG 2013a DEMDIR DEM_0000_0000.asc DSMDIR DSM_0000_0000.asc WD VEGDIR METDIR VEG_0000_0000.asc MET_0000_0000\ MET_0000_0000.asc LWdown_0000_0000_2010_7_10_0.asc RH_0000_0000_2010_7_10_0.asc SWdiffuse_0000_0000_2010_7_0.asc SWdirect_0000_0000_2010_7_0.asc SWdown_0000_0000_2010_7_0.asc Ta_0000_0000_2010_7_0.asc SVFDIR SVF_0000_0000\ def_00000_000_svf.asc veg_0000_0000_svf.asc... SHDIR SH_0000_0000\ Shadow_7_10_.mat... OUTDIR OUTPUT_0000_0000\ SOLWEIG_Main_function.exe SOLWEIG_input_0000_0000.txt

8 Methode: Räumliche Interpolation der Atmosphärenzustände Atmosphäre COSMO-CLM mit DCEP (Urban Canopy Modell) 1 km Auflösung (Schubert et al. 2012, Schubert und Grosman-Clarke 2013) Ta RH SWdown SWdirect SWdiffuse LWdown Berechnung der Tmrt mit SOLWEIG für 10 x 10 km Domain mit 5 m Gitterweite Vegetationshöhen > 2 m Albedo = 0.16 Testperiode 24 Stunden

9 Methode: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG Experiment Ta (degc) RH (%) SWdown (Wm-2) SWdirect (Wm-2) SWdiffuse (Wm-2) LWdown (Wm-2) 0 (Referenz) Domain AVG Domain AVG Domain AVG Domain AVG Domain AVG - Domain AVG Domain AVG - 2 Grid Grid Domain AVG Grid Grid Grid Grid Grid - Grid Grid - 5 Grid Grid - Grid Grid Grid 28.5 C 540 Wm C 523 Wm C 496 Wm-2

10 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG Exp. 0, 2, 3: direkte und diffuse Strahlung SOLWEIG, Reindl et al Exp. 3, 4, 5: direkte und diffuse Strahlung COSMO-CLM-DCEP

11 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG

12 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG Exp. 5: atmosphärische Gegenstrahlung (LWdown) COSMO-CLM-DCEP

13 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG

14 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung Analyse der Tmrt für 634 Spiel- und Sportplätze

15 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung 12:00 15:00

16 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung 12:00 15:00

17 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung Mittelwert Median

18 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung Wie weit muss ich gehen, um einen Bereich mit Tmrt < Grenzwert zu erreichen? (Analyse der Topologie, Nachbarschaftsbeziehungen)

19 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung

20 Ergebnisse: Räumliche Analysen für die Stadtplanung

21 Schlussfolgerungen und Ausblick Stadtweite Quantifizierung und Analyse der Tmrt unter Berücksichtigung der mikroskaligen Stadtstrukturen und mesoskaligen Atmosphärenzustände Modellkopplung COSMO-CLM DCEP und SOLWEIG Sensitivität bzgl. direkte und diffuse kurzwellige Strahlung Urbane Wärmeinsel wird berücksichtigt Räumliche Analysen der Tmrt als Grundlage für die Konzeption und Planung von Anpassungsmaßnahmen

22 Schlussfolgerungen und Ausblick SOLWEIG 2D SOLWEIG 1D

23 Schlussfolgerungen und Ausblick Human-biometeorologische Messungen Evaluierung der simulierten mittleren Strahlungstemperatur

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Literatur Lindberg F, Grimmond CSB (2011): The influence of vegetation and building morphology on shadow patterns and mean radiant temperature in urban areas: model developement and evaluation. Theoretical and Applied Climatology. doi: /s S. Schubert, S. Grossman-Clarke, A. Martilli (2012): A Double-Canyon Radiation Scheme for Multi-Layer Urban Canopy Models; Boundary Layer Meteorology, 2012, doi: /s S. Schubert, S. Grossman-Clarke (2013): The Influence of Green Areas and Roof Albedos on Air Temperatures during Extreme Heat Events in Berlin, Germany; Meteorologische Zeitschrift, 2013, doi: / /2013/0393

25

26 Gliederung Einleitung: Bedeutung der mittleren Strahlungstemperatur (Tmrt) für die humanbiometeorologische Bewertung des Stadtklimas Ziel: Stadtweite Quantifizierung und Analyse der Tmrt unter Berücksichtigung der mikroskaligen Stadtstrukturen und mesoskaligen Atmosphärenzustände Methode Erweiterung des SOLWEIG Modells für gegitterte meteorologische Eingangsdaten und automatisierter Workflow Ergebnisse und Diskussion - Sensitivitätsanalyse hinsichtlich atmosphärischer Randbedingungen - Räumliche Analysen für die Stadtplanung (Spiel- und Sportplätze, Distanzanalysen) Schlussfolgerungen und Ausblick

27 Methode: Untersuchungsbiet Berlin 10 x 10 km Bebauung Stadtgrün Flughafen Agrarflächen Wald Wasser

28 Methode: SOLWEIG 2013a (Lindberg und Grimmond 2011)

29 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG

30 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG

31 Ergebnisse: Sensitivitätsstudie DCEP-SOLWEIG

32 Adaptation and Mitigation In fact, it's so warm and I feel so good that I'm actually going to take off my jacket, and anybody else who wants to, feel free to. (Barack Obama vor dem Brandenburger Tor am ) 406/2-format35.jpg (Foto: afp) hpdb.jpg (Foto: DPA)

33 Ideales Stadtklima ist ein räumlich und zeitlich variabler Zustand der Atmosphäre in urbanen Bereichen, bei dem sich möglichst keine anthropogen erzeugten Schadstoffe in der Luft befinden und dem Stadtbewohner in Gehnähe (charakteristische Länge 150 m) eine möglichst große Vielfalt an Atmosphärenzustanden (Vielfalt der urbanen Mikroklimate) unter Vermeidung von Extremen geboten wird Mayer, H., 1989: Workshop Ideales Stadtklima am 26.Oktober 1988 in München. DMG Mitteilungen 3/89,

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