Qualitätssicherung meteorologischer Daten für Ausbreitungsrechnungen nach TA Luft /GIRL W.-J. Kost CMet, FRMetS

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1 Qualitätssicherung meteorologischer Daten für Ausbreitungsrechnungen nach TA Luft /GIRL W.-J. Kost CMet, FRMetS ima Richter & Röckle GmbH & Co.KG Niederlassung Stuttgart Hauptstraße Gerlingen 1 Kost@ima-umwelt.de Tel.:

2 Warum??? Alles hängt von der Meteorologie ab Meteorologie 2

3 Regelwerke und Richtlinien: TA Luft inkl. GIRL, Anhang 2 (neu), 3 (alt), VDI 3783 Bl. 6 Atmosphärische Ausbreitungsmodelle; Bestimmung der Ausbreitungsklassen VDI 3783 Bl. 8 Messwertgestützte Turbulenzparametrisierung für Ausbreitungsmodelle VDI 3783 Bl. 13 Qualitätssicherung Ausbreitungsrechnung nach TA Luft und GIRL VDI 3783 Bl. 20 Übertragbarkeitsprüfung meteor. Daten VDI 3783 Bl. 21 Qualitätssicherung gemessener meteor. Daten f. Ausbreitungsrechnung VDI 3783 Bl. 22 Qualitätssicherung modellierter meteor. Daten f. Ausbreitungsrechnung (derzeit nur im genehmigten Antragsstadium) 3

4 Auszug aus Neue TA Luft, Anhang 2: Allgemeines: Meteorologisches Daten sind als Stundenmittel anzugeben, wobei die Windgeschwindigkeit vektoriell zu mitteln ist. Die Werte für Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Obhukov-Länge oder Ausbreitungsklasse sollen für einen mehrjährigen Zeitraum repräsentativ sein. Liegen keine geeigneten Messungen nach Richtlinie VDI 3783 Bl. 21 ausgerüsteten und betriebenen Messstation im Rechengebiet vor, sind andere geeignete Daten zu verwenden: a. Daten einer des Deutschen Wetterdienstes oder einer anderen nach VDI 3783 Bl. 21 ausgerüsteten und betriebenen Messstation, deren Übertragbarkeit auf den festgelegten Ort der meteorologischen Eingangsdaten entsprechend VDI 3783 Bl. 20 E geprüft wurde, oder b. Daten, die mit Hilfe von Modellen erzeugt wurden. Die Eignung und Qualität der eingesetzten Modellen sowie die Repräsentativität des Datensatzes*) für den festgelegten Ort der meteorologischen Eingangsdaten sind nachzuweisen. *) Nasse Deposition räumlich derzeit möglich aber für b. zeitlich???

5 Die Köpfe der Richtlinie Dipl.-Met. Wolfram Bahmann, argumet, Brühl Dr. Harald Brünger, VDI, Düsseldorf Dipl.-Met. Andreas Falb, BLfU, Augsburg Dipl.-Met. Hans-Jürgen Kirtzel, Metek, Elmshorn Dipl.-Met. Werner-Jürgen Kost, (Vorsitz) ima,gerlingen, Dipl.-Phys. Rainer Kunka, TLUG, Jena Dipl.-Met. Ralph Oestreicher, UTK, Zeitz Dipl.-Ing. Gerhard Puhlmann, TÜV Nord, Hamburg Dr. Andreas Walter, DWD, Offenbach 5

6 Anforderungen an gemessene meteorologische Einleitung: Die Richtlinie VDI 3783 Blatt 13 weist in ihrer Prüfliste im Anhang eine Reihe von Prüfkriterien in Bezug auf die eingesetzten meteorologischen Daten aus. 1. Anwendungsbereich: Die Richtlinie ist anzuwenden für die Durchführung von meteorologischen Messungen der Komponente Wind und der Turbulenz, sofern die erhobenen Daten später für Ausbreitungsrechnungen im Rahmen von Immissionsprognosen auf Basis der TA Luft oder der Geruchsimmissions-Richtlinie (GIRL) angewandt werden sollen. Ebenso soll diese Richtlinie im Rahmen von Genehmigungsverfahren die Prüfung der Anwendung der erhobenen Daten durch die Verwaltung erleichtern. 6

7 Anforderungen an gemessene meteorologische 2. Normative Hinweise: VDI 3783 Bl.8: Umweltmeteorologie Messwertgestützte Turbulenzparametrisierung für Ausbreitungsmodelle. VDI 3783 Blatt 13: Umweltmeteorologie Qualitätssicherung in der Immissionsprognose Anlagenbezogener Immissionsschutz Ausbreitungsrechnung gemäß TA Luft und GIRL VDI 3786 Blatt 2 : Umweltmeteorologie Meteor. Messungen Wind 3. Begriffsbestimmungen: 4. Formelzeichen und Abkürzungen: 7

8 . Anforderungen an gemessene meteorologische Aufgabenstellung, meteor. Eingangsgrößen: 1. Entsprechend der Anforderung der TA Luft sind nach Möglichkeit Messdaten zu bevorzugen. Werden gemessene meteorologische Daten von einem anderen Standort übertragen, so sind die Vorgaben der Richtlinie VDI 3783 Bl. 20 zu beachten und zu dokumentieren. 2. Ob gemessene (aktuelle oder historische) oder auch modellierte Daten geeignet sind oder nicht, hängt vom Einzelfall des Standorts und der zu betrachtenden Emissionsquelle ab. Daher ist die räumliche und zeitliche Repräsentativität des meteor. Datensatzes auf das zu erwartende Beurteilungsgebiet oder den EAP (Ersatzanemometerstandort) (s. VDI 3783 Blatt 16) zu prüfen. 8

9 Anforderungen an gemessene meteorologische Meteorologische Daten nicht mehr zwingend am Anlagenstandort!! 9

10 Anforderungen an gemessene meteorologische Messtechnik Ultraschallanemometer Sonics Klassische Windgeber: Schalenkreuz und Windfahne - Turbulenz Bedeckungsgrad Strahlungsbilanz Windprofil etc. - Kalibrierung (!) Doppler Sodar/Lidar Anforderungen an die Messsensoren Regelmäßige Wartung und Kalibrierung Beschreibung der Messstation, Messeinrichtung und der Datenerfassung 10

11 Anforderungen an gemessene meteorologische Anforderungen an den Messstandort Solche Messstellen sind leider keine Seltenheit und werden z.t. von Einwendern oder sogar von Behörden empfohlen bzw. berechtigt in Frage gestellt!! 11

12 Anforderungen an den Messstandort (eher so!!) 12

13 Anforderungen an gemessene meteorologische Theorie: 1. Bei hohen und schmalen Hindernissen (H >> B) sollte das Messgerät folgenden Abstand A vom Hindernis haben: A 0,5 H 10 B für B H 10 B A 15 B für H 10 B 2. Bei Hindernissen mit H B wird folgender Abstand empfohlen: A 5 ( H B) (2) (1) 3. Für flache, langgestreckte Hindernisse (H << B) gilt: 13 A 0,5 B 10 H für H B 10 H A 15 H für B 10 H (3) 4. Bei ringförmig einen Aufstellungsort umgebenden Hindernissen (z. B. von Häusern umgebene Plätze, Waldlichtungen) wird für B der Umfang 2 r gesetzt: A r 10 H für H r 5 A 15 H für H r 5 (4) Kann der Mindestabstand A im Fall flacher, langgestreckter oder ringförmiger Hindernisse (siehe Gleichung (2) bis Gleichung (4)) aus praktischen Gründen nicht eingehalten werden, so ist der Mast für das Windmessgerät um den Betrag h' zu erhöhen (siehe Gleichung (5)). Hierin ist A der nach Gleichungen (2), (3) oder (4) berechnete Abstand und A D der Abstand zwischen Hindernis und tatsächlichem Messplatz. H h ( A AD ) (5) A

14 Anforderungen an gemessene meteorologische Sowie auch ein Beispiel: Die Aussagekraft einer Windmessung ist vor dem Hintergrund der Einflüsse am Messort zu bewerten. Daher sind folgende Einflüsse bei der Wahl des Messstandorts zu berücksichtigen: Topografie Charakterisierung des Messstandorts im Gelände (Tal-, Kuppenlage) Auftreten lokaler Windsysteme Einfluss von Hindernissen in Bezug auf freie Anströmung 14

15 Anforderungen an gemessene meteorologische Räumliche Repräsentativität: Lang-jährige Messung 1-jährige Messung 15

16 Anforderungen an gemessene meteorologische Zeitliche Repräsentativität: 16 Langjährige Häufigkeitsverteilung der Windrichtungsmessungen (10-jähriger Messzeitraum) an einer Flughafenmessstation. Schwarz ist der Mittelwert aus dem Messzeitraum dargestellt. Gestrichelt markiert die Einhüllende berechnet aus der Standardabweichung +/ Faktor 2, bezogen auf die Monatsmittelwerte. Die Ergebnisse der aktuellen Messungen sind gepunktet dargestellt.

17 Anforderungen an gemessene meteorologische Zeitliche Repräsentativität: Häufigkeitsverteilung von vier Windgeschwindigkeitsklassen im Messzeitraum im Vergleich zur Standardabweichung +/ Faktor 2 bezogen auf die Monatsmittelwerte der langjährigen Messzeitreihe (Referenzstation). 17

18 Anforderungen an gemessene meteorologische Beschreibung der topographischen Verhältnisse: Aktuelles(!) Fotomaterial (z.b. Panoramabild) Naturräumliche Beschreibung Datentechnische Beschreibung: 18

19 Anforderungen an gemessene meteorologische Datentechnische Beschreibung: 19

20 Anforderungen an gemessene meteorologische Datenverfügbarkeit: TA Luft: 90 % Datenverfügbarkeit Datenlücken durch Interpolation schließbar, wenn < 2h (TA Luft) VDI 3783 Bl. 21: Längere Datenlücken können in begründeten Einzelfällen geschlossen werden: für den Zeitraum der Datenlücke kann eine stationäre Wettersituation angenommen werden (fehlende Datensätze werden auf Basis einer Zeitreihe einer benachbarten sinnvoll nutzbaren Wetterstation ergänzt oder die Strömungsverhältnisse werden mithilfe eines qualifizierten und verifizierten Modells simuliert. Die Stabilitätsklassen können auch einzeln ergänzt werden), Es dürfen keine systematischen Datenlücken vorliegen und die Datenlücken im Messdatensatz dürfen nicht mehr als 20 % der Jahresstunden betragen. 20

21 Darüber hinausgehenden Anforderungen Entwicklung modellierter AKS/AKT: Mit modellierten Daten sind hier Daten gemeint, die mit diagnostischen oder prognostischen, nicht hydrostatischen Simulationsmodellen unter Berücksichtigung der realen Gebietsverhältnisse (Relief, Landnutzungen) berechnet werden und eine räumliche Repräsentativität (in Abhängigkeit vom Rechengitter) aufweisen. Sie sind als über das Volumen einer Rechengitterzelle gemittelte Werte zu verstehen und berücksichtigen keine subskaligen Einflüsse innerhalb der Rechenzellen (Einzelgebäude, Vegetationsgruppen, kleineres Tal/Kuppe, lokale Windsysteme). Ein Nesting ist kann u.u. diesen Umstand retten. 21

22 Verantwortlichkeiten Die Verantwortlichkeit für die Qualität von gemessenen Daten im Sinne dieser Richtlinie liegt bei der messenden Institution. Die Verantwortlichkeit für die Qualität von modellierten Daten im Sinne dieser Richtlinie liegt beim Anbieter der Daten. Die Verantwortlichkeit für eine sachgerechte Nutzung der Daten im Sinne der TA Luft liegt beim Anwender der Daten. 22

23 Das QS-Prüfblatt bzw. der Behördenhelfer 23

24 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und herzlichen Dank Dir Rainer für Deinen Einsatz und Deine Unterstützung für unser Fachgebiet Umweltmeteorologie 24 Werner-Jürgen Kost CMet, RMetS ima Richter & Röckle GmbH & Co.KG Tel.: