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Angepasste Methoden in verschiedenen Skalenebenen
Je nach Problemstellung, Zielsetzung, räumlicher Ausdehnung und Datenverfügbarkeit werden einfache statistische Modelle oder physikalisch sehr anspruchsvolle Modelle eingesetzt. Entsprechend der Anwendung bzw. den Anforderungen benötigen die Modelle sehr unterschiedliche Rechenzeiten. In Verbindung mit dem Modelltyp variiert zudem der Datenbedarf und die räumliche und zeitliche Auflösung der Daten:
  • Im Mesoscale liegt die zu bearbeitende Gitterweite im Bereich von mehreren Dekametern bis hin zu einigen Kilometern
  • Für die Behandlung kleinräumiger Fragestellungen wird im mikroskaligen Bereich bis zu einer Auflösung von wenigen Metern gearbeitet.
Das in diesem Lehrbaustein verwendete, auf dem Merkblatt für Luftverunreinigungen an Straßen (MLuS) (FORSCHUNGSGESELLSCHAFT FÜR STRASSEN- UND VERKEHRSWESEN (FGSV) (HRSG.) 2002) basierende Modell ist als Screenigmodell einzustufen. Für genauere Abschätzungen, d.h. bei höheren zeitlichen und/oder räumlichen Auflösungen, werden wesentliche aufwendigere Modelle eingesetzt (siehe dazu HELBIG et al 1999, ZENGER 1998). Damit ist vom Screeningmodell auf der Basis der MLuS ein Skalensprung zur meso- oder mikroskaligen Immissionmodellierung notwendig. Neben den bei MLuS genannten Daten gehen dann weitere wesentliche Einflussfaktoren und Modellkomponenten in die Berechnung ein. So werden in einigen Modellen z.B. die folgenden Datenebenen berücksichtigt:
  • der Kaltstartanteil der Fahrzeuge
  • die aktuelle Witterung
  • das aktuelle räumlich differenzierte Windfeld
  • die Gebäudestruktur und
  • eine nach Tagesgang, Jahresgang und Wochengang differenzierte Verkehrszusammensetzung
Die Modelle unterscheiden sich somit in Bezug auf das Rechenprinzip und die Datenanforderungen. Eine Einordung in eine auf Maßstabsebenen basierende Modellhierarchie ist in Tabelle 1 dargestellt.
Als Beispiel für eine Berechnung im mikroskaligen Bereich ist in Abbildung 9 (vorhergehende Seite) eine Berechnung mit dem numerischen Modells MISKAM (Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell) dargestellt. MISKAM ist ein dreidimensionales, nicht-hydrostatisches Strömungs- und Ausbreitungsmodell. In der Abbildung sind die Gebäude als Blockmodelle dargestellt. Der Farbverlauf zeigt deutlich die Lage der stark befahrenen und daher stark emittierenden Haupverkehrsstraßen.
Tab. 1 Angepasste Methoden in verschiedenen Skalenebenen
© 2003 Müller
SkalenebeneModelleModellhierarchie
Nationale EbeneRäumliche Interpolation von Messdaten (z.B. über Kriging) oder statistische Modelle (z.B. Regressionsanalyse).
Regionale EbeneEinfache Ausbreitungsmodelle (Screening, grobe Abschätzung), einfache Verwendung / Einsatz mit geringen Anforderungen an die Eingabedaten und die Rechenkapazität (MLuS).
Mittlere EbeneEmpirische Modelle, z.B. Ausbreitungsrechnungen auf der Basis des Gaußmodells (PROKAS).
Lokale EbeneNumerische and pyhsikalische Modelle, mit hohen Anforderungen bezüglich der Eingangsdaten und der Rechenkapazitäten, zusätzlich mit Modulen zur Berechnung chemischer Umwandlung etc. (MISKAM, LASAT) oder Daten aus dem Windkanal und Messungen.
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