M E R K B L A T T. Bestimmung der in AUSTAL2000 anzugebenden Anemometerhöhe. Autor: Dipl.-Met. Joachim Namyslo
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1 M E R K B L A T T Bestimmng der in AUSTAL2000 anzgebenden Anemometerhöhe Ator: Dipl.-Met. Joachim Namyslo Detscher Wetterdienst Abteig Klima- nd Umweltberatng Offenbach, Stand:
2 Bestimmng der in AUSTAL2000 anzgebenden Anemometerhöhe Seite: -2-1 Motivation Es ist ein möglichst einfaches Verfahren zr Bestimmng der Anemometerhöhe in Abhängigkeit vom für die Asbreitngsrechnng z verwendenden 0 -Wert z finden. Die "Umrechnng" af andere 0 -Werte als dem der gemessenen eitreihe der Windgeschwindigkeit zgeordneten "mittleren mesoskaligen 0 " ( ) soll nabhängig von der Asgangsreihe erfolgen können. 2 Die Bedetng der verwendeten Größen h as d h ref h red f red Anemometerhöhe über Grnd an der Windmessstation mesoskaliges 0 für einen 30 -Sektor an der Windmessstation (Sektormittel) Verdrängngshöhe an der Windmessstation mit Hilfe der mittleren jährlichen Häfigkeit (Hdd) der Windrichtngssektoren "dd" berechnetes mittleres mesoskaliges 0 an der Windmessstation Referenzhöhe zr mesoskaligen Übertragng von Windgeschwindigkeiten über ebenem Gelände nach WIERINGA (1976) Redktionshöhe Redktionsfaktor (zr Redktion der Windgeschwindigkeit) Windgeschwindigkeit ( = Schbspannngsgeschwindigkeit) h a Anemometerhöhe über Grnd am Ort der Asbreitngsrechnng (TAL *), Tab. 15) 0 Raigkeitslänge am Ort der Asbreitngsrechnng (TAL, Tab. 14 nd Tab. 15) d 0 Verdrängngshöhe am Ort der Asbreitngsrechnng (TAL, Tab. 15 nd Kap. 8.6) *) Technische Anleitng (TA) Lft (2002) 3 Vorbemerkngen r Übertragng gemessener eitreihen der Windgeschwindigkeit von einer Stationsmesshöhe über Grnd af die im Asbreitngsmodell z verwendende Anemometerhöhe "h a " wird das "Regionalwind-Konzept" von WIERINGA ( ) angewandt. Diesem Übertragngsverfahren liegt zm einen das theoretische Konzept der "internen Grenzschichten" nd zm anderen die empirische Erkenntnis zgrnde, daß sich ein Bezgsnivea finden läßt, in welchem der Wind - bezogen af eine Fläche von ca. 5 km 5 km - nicht mehr von der lokalen, sondern von einer regionalen Raigkeit bestimmt wird (Regionalwind U m ("Mesowind")). Dies Bezgsnivea wrde as Wind- nd Trblenzmessngen in einer Höhe von etwa 60 m bestimmt; je nach regionaler Sitation ach zwischen 50 bis 100 m. Der Regionalwind wird in dieser Höhe drch Hindernisse beeinflsst, die sich - bezogen af den Messort - innerhalb eines "Entfernngsstrahls" von etwa 1 bis 3 km stromaf befinden. Das Bezgsnivea von 60 m liegt oberhalb der zweifachen maximalen Hindernishöhe in ländlichen Regionen (etwa 25 m hohe Wälder) nd spiegelt die Höhe des Übergangs von der boden- in die grenzschichtbeeinflsste Tagesgangcharakteristik der mittleren Windgeschwindigkeit wider. Af Stadtgebiete ist dieses Verfahren daher zmindest nicht ohne die Anwendng einer höheren Bezgshöhe übertragbar. Entsprechend Anhang A der Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 (VDI, 2009) ist das Bezgsnivea als Referenznivea h r (= h ref, siehe nächste Seite) af 100 m gesetzt. Detscher Wetterdienst 2014
3 Bestimmng der in AUSTAL2000 anzgebenden Anemometerhöhe Seite: -3-4 Das Übertragngsverfahren Das Verfahren setzt somit voras, dass eine Referenzhöhe h ref gefnden werden kann, in welcher die mittleren Windprofile (mit der von-kármán-konstanten ) über einer gegebenen Messstation ( h ) as h d s as (1) nd über einem ielort ("Ort der Asbreitngsrechnng") ( h ) a h d0 a 0 (2) in einem strktrell vergleichbaren "Übertragngsram" af den gleichen Wert der Windgeschwindigkeit - den "Regionalwind" - konvergieren. Dieses Konzept ist geeignet, m einen gemessenen Windgeschwindigkeitswert (h as) af einen Wert (h red) in andere Umgebngsbedingngen mit Hilfe eines Redktionsfaktors mzrechnen ("Redktion"): ( h ) f ( h ). (3) red red as Der Redktionsfaktor, der das "Hochrechnen" von der Mess- af die Referenzhöhe am Messort nd das "Hernterrechnen" von der Referenz- af die Redktionshöhe (h ref bzw. h red ) am ielort beschreibt, ist mit gegeben. h d h d ref a 0 0 f red (4) h d h d as ref 0 0 Bei der Übertragng der Windgeschwindigkeiten vom Messort af den Ort der Asbreitngsrechnng ist nter den wählbaren Redktionshöhen diejenige von besonderem Interesse, in welcher angenommen werden darf, dass über dem ielort die gleiche Geschwindigkeit gemessen werden würde wie an der Messstation. Für die geschte spezielle Höhe die "physikalische" Anemometerhöhe h a - ergibt sich mit der Bedingng (h red) = (h a) = (h as) nd nter Annahme mittlerer Windprofile nach Gleichng (1) bzw. (2) nd as den Gleichngen (3) nd (4) folgende Bestimmngsgleichng: h a p s h d ref 0 d. 0 0 (5) 0 Die vorstehende Gleichng stellt die geschte Anemometerhöhe über Grnd dar. Der "Stationsexponent p s " ergibt sich z Detscher Wetterdienst 2014
4 Bestimmng der in AUSTAL2000 anzgebenden Anemometerhöhe Seite: -4- h d as p s. (6) h d ref 5 Hinweise - Im Dateikopf der AKTerm-eitreihe werden als Anemometerhöhen h a die skzessiv für die 9 Raigkeitswerte der Tabelle 14 (TA Lft 2002, Anhang 3) nach Gleichng (5) berechneten Werte angegeben, wobei d 0 = 6 z 0 z setzten ist (vgl. TA Lft 2002, Anh. 3, Kap. 8.6). Werden die 0 -Werte des Messortes nicht as Trblenzmessngen, sondern as einer topografischen Karte bestimmt, ist die flächenntzngstypische ordnng tabellarisch vorznehmen (s. Anlage 1) nd das Sektormittel mittels einer messhöhen- nd entfernngslängenabhängigen Wichtng z bestimmen. - Als minimaler Wert wird zr eit h a,min = 4 m gesetzt. 6 Literatr VDI (Verein Detscher Ingeniere), 2009: Umweltmeteorologie Atmosphärische Asbreitngsmodelle Gaß`sches Fahnenmodell zr Bestimmng von Immissionsgrößen. Stand Agst WIERINGA, J., 1976: An objective exposre correction method for average wind speeds measred at a sheltered location, Qart.Jorn.Roy.Met.Soc. 102, WIERINGA, J., 1986: Roghness-dependent geographical interpolation of srface wind speed averages. Qart.Jorn.Roy.Met.Soc. 111, Ansprechpartner: Dipl.-Met. Joachim Namyslo c/o Detscher Wetterdienst Abteig Klima- nd Umweltberatng Sachgebiet "Angewandte Grenzschichtklimatologie nd Lftreinhaltng" Frankfrter Str. 135 D Offenbach am Main Postanschrift: Postfach , D Offenbach am Main Tel.: ++49(0) Fax.: joachim.namyslo@dwd.de Detscher Wetterdienst 2014
5 Bestimmng der in AUSTAL2000 anzgebenden Anemometerhöhe / Anlage 1 Einschätzng der Umgebngsraigkeit von DWD-Stationen für AKTerm-/LMTerm-eitreihen ordnng typischer, effektiver z 0 -Werte z Flächenntzngstypen z 0,eff Flächenntzngstyp (Mittel über Sektorsegment) m Wasserflächen m barer Boden m asphaltierte Verkehrsflächen m Flghäfen (Rasenflächen mit einigen zerstreten Hindernissen) m landwirtschaftliches Gelände (sehr wenige Gebäde nd Bäme) m landwirtschaftliches Gelände (offenes Erscheinngsbild) m landwirtschaftliches Gelände (geschlossenes Erscheinngsbild) m offene Parklandschaft (Viele Bäme nd /oder Büsche) m locker bebates Gelände (offene Siedgen mit Gärten) m locker bebates Wohngebiet (Ein- nd Mehrfamilienhäser) m dicht bebates Wohngebiet (Mehrfamilien- nd Reihenhäser) m Vorstädte, geschlossener Nadelwald m Stadt, geschlossener Labwald 0.1 H G spezielle Hindernisse mittlerer Höhe H G (z.b. Fabrikhallen,...) Anmerkngen: - effektive z 0 -Werte für Regionalwindverfahren nach WIERINGA (1976) - Festlegng der flächenntzngsabhängigen z 0 -Werte innerhalb eines Windrichtngssektors erfolgt allein nach aerodynamischen Gesichtspnkten zr Raigkeitsbewertng von, in der Regel messdatenbasierten, Winddaten z.b. einer Asbreitngsklassenzeitreihe (die Tabelle 14 (TA Lft 2002, Anh. 3) ist nr im Rahmen von Asbreitngsrechnngen nach TA Lft z beachten) - für z 0 -Werte 0.2 m stimmen die Raigkeitswerte z.b. mit denen einer "rds-datei" (Modell WAsP) überein; für größere Werte ist dies in der Regel nicht der Fall! Detscher Wetterdienst 2014
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