Mikrometeorologie

Arbeitsgruppe

Dr. Joachim Eichhorn

Anne Bittermann
Natalie Duszynski
Katharina Riffel

Entwicklung und Anwendung des Modells MISKAM

Das Modell

Simulationsbeispiele

Mit der Entwicklung von MISKAM (Mikroskaliges Klima- und Ausbreitungsmodell) wurde am Institut für Physik der Atmosphäre in den 1980er-Jahren im Rahmen der beiden BMFT-Projekte "Numerische Simulation klimatologischer und lufthygienischer Veränderungen der urbanen Biosphäre" und "Weiterentwicklung und Anwendung physikalisch anspruchsvoller dreidimensionaler Modelle zur Simulation des urbanen Klimas und der Schadstoffausbreitung" begonnen.

Angeregt durch Umweltbehörden und Gutachterbüros erfolgte die Portierung des Modells vom damaligen Großrechner der Universität Mainz auf PC. Dadurch konnte sich MISKAM als Gutachter-Werkzeug etablieren, mittlerweile wurde das Modell mehr als 100 mal in Deutschland und Nachbarländern implementiert. In Zusammenarbeit mit Gutachterbüros entstand eine Windows-Oberfläche für MISKAM sowie die Integration in das Softwarepaket SoundPLAN.

MISKAM besteht aus einem drei-dimensionalen, nicht-hydrostatischen Strömungsmodell, einem prognostischen 2-Gleichungs-Turbulenzmodell und einem Eulerschen Ausbreitungsmodell.

Das Strömungsmodell von MISKAM wurde anhand der VDI-Richtlinie 3873/9 "Umweltmeteorologie - Prognostische mikroskalige Windfeldmodelle - Evaluierung für Gebäude- und Hindernisumströmung" erfolgreich validiert.

Anwendungen

Am Institut für Physik der Atmosphäre durchgeführte Studien unter Verwendung von MISKAM behandelten u.a.:

  • Auswirkungen einer West-Erweiterung des Universitäts-Campus
  • Auswirkungen der Kisselberg-Bebauung
  • lufthygienische Beeinträchtigungen durch Abluft aus Chemie-Laboratorien
  • Geruchs-Immissionen in Nachbarschaft einer Kläranlage
  • kleinstskalige Strömungsverhältnisse in der Umgebung einer Holografie-Messapparatur
  • Immission von Feinstaub auf denkmalgeschützten Fassaden

Der letztgenannte Punkt ist Gegenstand zweier von der Bundesstiftung Umwelt geförderter interdisziplinärer Projekte. Das Pilotprojekt wurde 2011 abgeschlossen, seit Sommer 2012 läuft das Folgeprojekt "Gefährdung der Denkmalsubstanz durch verkehrsbedingte Immissionen". Beteiligte Institutionen sind, neben dem Institut für Physik der Atmosphäre, das Institut für Steinkonservierung in Mainz, die Technische Universität Darmstadt, das Bayerische Landesamt für Denkmalpflege in München und das Deutsche Bergbau-Museum in Bochum.


Umströmung von Einzelobjekten


Schadstoffausbreitung in Container-Array, Vergleich mit Windkanalmessungen


Ausbreitungsverhältnisse im Bereich einer Kläranlage


Strömung im Bereich der Christuskirche, Mainz

Publikationen (* peer reviewed)

* Auras, M., Beer, S., Bundschuh, P., Eichhorn, J., Mach, M., Scheuvens, D., Schorling, M., von Schumann, J., Snethlage, R., Weinbruch, S.; 2013: Traffic-related immissions and their impact on historic buildings: implications from a pilot study at two German cities. Environmental Earth Sciences, doi: 10.1007/s12665-013-2276-4

Eichhorn, J., von Schumann, J.; 2011: Numerische Modellierung der Ausbreitung und Deposition von Kfz-Emissionen. In: Wirkung verkehrsbedingter Immissionen auf Baudenkmäler - Eine Pilotstudie zu den Innenstädten von Mainz und München. IFS-Berichte, 37, ISSN 0945-4748, 79-86.

* Belalcazar, L.C., Clappier, A., Blond, N., Flassak, T., Eichhorn, J.; 2010: A critical evaluation to the estimation of road traffic emission factors from tracer studies. Atmosph. Environ., 44/31, 3814-3822.

* Eichhorn, J., Kniffka, A.; 2010: The Numerical Flow Model MISKAM: State of Development and Evaluation of the Basic Version. Meteorol. Zeitschrift, 19/1, 81-90.

Balczó, M., Eichhorn, J.; 2009: Refined MISKAM simulations of the Mock Urban Setting Test. Proceedings of the XXIII. MicroCAD International Scientific Conference, Miskolc / Hungary, pp. 7-12; ISBN 978-963-661-866-7.

Czáder, K., Balczó, M., Eichhorn, J.; 2009: Modelling of flow and dispersion in a street canyon by means of numerical simulation. Proceedings of the XXIII. MicroCAD International Scientific Conference, Miskolc / Hungary, pp. 47-52; ISBN 978-963-661-866-7.

* Ries, K., Eichhorn, J.; 2001: Simulation of effects of vegetation on the dispersion of pollutants in street canyons, Meteorol. Zeitschrift, 10/4, 229 - 233.

Eichhorn, J., Ries, R.; 1997: Einsatzmöglichkeiten numerischer Modelle zur Simulation der Geruchsstoffausbreitung, KTBL-Veröffentlichungen.

Eichhorn, J.; 1996: Validation of a microscale pollution dispersal model, In: Air pollution modeling and its application XI, 539-545. Plenum Press, New York, 708pp.

Eichhorn, J., Jaeschke, R., Ries, R., Beltz, N., Heil, O.; 1995: Naturmessungen verkehrsbedingter Immissionen als Grundlage zur Validierung des mikroskaligen Ausbreitungsmodells MISKAM, VDI-Berichte 1228, 473 - 494.

* Eichhorn, J., Schrodin, R., Zdunkowski, W.; 1988: Three-Dimensional Numerical Simulations of the Urban Climate, Beitr. Phys. Atmosph., 61, 187 - 203.

Dissertationen

Eichhorn, Joachim; 1989: Entwicklung und Anwendung eines dreidimensionalen mikroskaligen Stadtklimamodells

Diplomarbeiten

von Schumann, Jonas (2012): Simulation trockener Deposition in einem mikroskaligen Modell der Atmosphäre

Kniffka, Anke (2002): Implementierung eines diffusionsarmen Advektionsschemas in das numerische Modell MISKAM

Ries, Kai Uwe (2001): Numerische Simulation der Vegetationseinflüsse auf Strömungs- und Ausbreitungsvorgänge

Itzstein, Martina (1997): Verifikation des Stadtklima-Modells MISKAM anhand lufthygienischer Meßdaten

von Kuhlmann, Rolf (1997): Parametrisierung fahrzeuginduzierter Effekte im Stadtklimamodell MISKAM

Früh, Barbara (1996): Untersuchungen zum Nesting meso- und mikroskaliger Strömungsmodelle

Külzer, Stefan (1994): Erweiterung des dreidimensionalen Stadtklimamodells MISKAM auf Unterströmungseffekte

Döring, Torsten (1993): Vergleich verschiedener Advektionsverfahren und Sensitivitätsstudien im urbanen Bereich