Erläuterungen zur Windfeldberechnung für den Raum Stuttgart
Allgemeines:
Die Windverteilung in einem Raum ist abhängig von vielerlei Faktoren. Neben der großräumigen Anströmung sind hier vor allem Topographie und Landnutzung zu nennen.
Mit „Diagnostischen Strömungsmodellen“ ist es möglich auf der Basis von Windgeschwindigkeit und Windrichtung an mehreren Messstationen und unter Berücksichtigung von Topographie und Landnutzung die dreidimensionale Windverteilung in einem größeren Raum zu berechnen.
Für den Raum Stuttgart stützt sich die Berechnung auf Messwerte von den Stationen Stuttgart-Zentrum, Geschwister-Scholl-Gymnasium (und Branddirektion), die als Mittelwerte über eine ½ Stunde ermittelt werden.
Darstellung:
Alle ½ Stunde wird die Berechnung der Windfelder mit dem Diagnostischen Windfeldmodell „DiWiMo2“ für ein Gebiet von 20 x 20 km durchgeführt und das Windfeld für die bodennahe Schicht (5 m über Grund) dargestellt.
Die Darstellung erfolgt durch Vektorpfeile. Die Vektorpfeile zeigen in die Richtung, in die der Wind weht. Die Länge der Pfeile ist ein Maß für die Windgeschwindigkeit.
Es stehen zwei verschiedene Grundkarten für die Windfelddarstellung zur Verfügung. Die Stadtkarte ermöglicht einem eine schnelle Orientierung im Stadtgebiet von Stuttgart. Die Reliefkarte lässt den Einfluss der Topographie auf das Windfeld im Raum Stuttgart gut erkennen.
Berechnung des Windfeldes mit dem Diagnostischen Windfeldmodell „DiWiMo2“:
„DiWiMo2“ ist ein Diagnostisches Windfeldmodell und basiert auf Moussiopoulos N., Flassak Th. und Knittel G. (1988). Ein Diagnostisches Windfeldmodell ist ein Rechenmodell, mit dem ein Strömungsfeld in topographisch gegliedertem Gelände auf der Basis von Windmessungen berechnet werden kann. Hindernisse wie Gebäude, Bäume und Wälle werden nicht direkt aufgelöst, sondern werden als Rauhigkeiten betrachtet. Diagnostische Modelle sind sehr ökonomisch bezüglich Speicherplatz und Rechenzeit und eignen sich daher sehr gut für eine online-Berechnung und -Darstellung.
„DiWiMo2“ erhält von vier Stationen Messwerte der Windgeschwindigkeit und Windrichtung, berechnet ein vertikales Windprofil und inter- und extrapoliert zwischen diesen Messwerten, um ein dreidimensionales Initialwindfeld zu erhalten. Im zweiten Schritt wird das dreidimensionale Initialwindfeld derart korrigiert, dass die Massenerhaltung im Rechengebiet erfüllt wird. Dies wird erreicht durch die Lösung einer elliptischen Differentialgleichung.
Literatur
Moussiopoulos N., Flassak Th. und Knittel G. (1988), A refined diagnostic wind model, Environmental Software 3, 85-94.
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| © Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz, Abt. Stadtklimatologie |
