Das von uns entwickelte und betriebene PALM Modellsystem stellt das Hauptwerkzeug unserer Arbeit dar. PALM ist ein hocheffizientes und parallelisiertes Strömungsmodell für die mikroskalige Simulation der atmosphärischen Grenzschicht.
PALM wird seit mehr als 20 Jahren am Institut für Meteorologie und Klimatologie der Leibniz Universität Hannover entwickelt und wird weltweit von diversen Forschungseinrichtungen und Dienstleistungsunternehmen erfolgreich eingesetzt.
Überblick
Seit 2018 verfügt PALM über die Möglichkeit alle relevaten Prozesse inurbanen Umgebungen abzubilden. Das Modell arbeitet dabei gebäudeauflösend und berechnet neben der atmosphärischen Strömung auch die Temperatur- und Feuchteverteilung, bei Bedarf auch Luftbeimenungen wie Stickoxide und Feinstaub. Auch der Austausch mit städtischen Oberflächen wird berechnet, so dass Verdunstung und Transpiration von Pflanzen genauso berücksichtigt wird, wie der Strahlungstransfer in den Straßenschluchten und die Wärmespeicherung in Gebäuden und versiegelten Flächen. Ein besonderes Merkmal von PALM ist hierbei, dass es grundsätzlich turbulenzauflösend arbeitet. Das heisst, dass auch kleinste Luftwirbel aufgelöst werden, die in herkömmlichen "Stadtklimamodellen" nur parametrisiert werden. PALM setzt damit neue Maßstäbe bei der Modellgenauigkeit und ist gleichzeitig skalierbar, so dass selbst ganze Großstädte simuliert werden können. Die neuen Komponenten für städtische Anwendungen bezeichneten wir mit PALM-4U (for urban applications). Man trifft daher auch oft auf die Modellbezeichnung PALM-4U.
Stadtklima vs. Stadtwetter
Unter Stadtklima (oder auch urbanem Klima) versteht man das gegenüber dem Umland durch die Bebauung und anthropogene Emissionen (wie z.B. Luftschadstoffe oder Abwärme) modifizierte Mesoklima und Mikroklima von Städten und Ballungsräumen (Quelle: DWD). Das Wort "Klima" ist hierbei nicht zu verwechseln mit dem Klimabegriff, wie in Bezug auf Klimawandel und das globale Klima genutzt wird. Dahinter steckt immer ein Mittel über 30 Jahre bzw. ein Vergleich zu einem dreißigjährigen Bezugszeitraum. Da sich Städte rasant verändern, ist dieser zeitliche Bezug nicht sinnvoll. Der Begriff Stadtklima hat sich dennoch eingebürgert und beschreibt dabei die sich vom ländlichen Hintergrund unterscheidenen Bedingungen in der Stadt. Dies kann auf zeitlichen Skalen wie Stunden, Tage, Wochen und Monaten der Fall sein. Seit Jahrzehnten existieren sogenannte Stadtklimamodelle, die versuchen die Realität in städten mikroskalig abzubilden, d.h. die Luftströmungen um einzelne Gebäude und Straßen werden explizit berechnet. Solche Modelle wie PALM rechnen aber kein echte "Klima" aus, sondern agieren meist auf einer Zeitskala von einigen Stunden bis zu einer Woche. Wir sprechen daher bewusst von einem Stadtwettermodell.
Stadtwettermodell im Detail
Das PALM Modellsystem verfügt über eine Vielzahl von Komponenten, die für die Anwendung in Stadtgebieten benötigt werden:
- Explizite Behandlung von Gebäuden und komplexen Geländeformen auf einem kartesischen Modellgitter
- Kopplung an das operationelle Wettervorhersagemodell ICON vom Deutschen Wetterdienst
- Selbstnesting. Damit können unterschiedlich große Gebiete mit unterschiedlicher Maschenweite in einem Modelllauf simuliert werden
- Landoberflächenmodell zur Berechnung der Wärmespeicherung im Boden, Verdunstung und Transpiration von Pflanzen sowie Wärmeeintrag in die Atmosphäre von verschiedenen Stadtoberflächen wie Straßen, Grünflächen, Parks, etc.
- Oberflächenmodell für Gebäudestrukturen und Innenraumklimamodell mit Möglichkeiten wie Dachbegrünung und Klimatisierung von Gebäuden
- Luftchemie und Feinstaubtransport
- Strahlungstransfer in der städtischen Grenzschicht
- Biometeorologische Ausgaben wie gefühlte Temperatur und UTCI
- Agentenmodell zur Simulation von menschlichen Bewegungsmustern und Vulnerabilitätsanalyse
Eine detailierte Beschreibung von PALM und Literaturhinweise findet man unter http://palm-model.org. Weitere Forschungsthemen, die wir mit PALM bearbeiten finden Sie auf der Homepage der Arbeitsgruppe.
