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METEOKART GIS

METEOKARTGIS  ...ein Fachinformationssystem für Ausbreitungsklassenstatistiken und Kaltluft

Was ist METEOKARTGIS?

METEOKARTGIS ist ein Fachinformationssystem, welches modellierte meteorologische Daten flächendeckend vorhält und umfangreiche Darstellungswerkzeuge zur Verfügung stellt. Das System besteht aus zwei Modulen:

  • Windfeld-Modul
  • Kaltluft-Modul.

Im Modul Windfeld werden zu individuellen Kartengrundlagen bodennahe Wind- und Ausbreitungsklassenstatistiken (AKS) angezeigt. AKS beinhalten Angaben über die Häufigkeit verschiedener Ausbreitungsverhältnisse in den unteren Luftschichten, die durch Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Stabilität der Atmosphäre definiert sind.

Das Modul Kaltluft liefert flächendeckend berechnete Daten zu Kaltluftentstehung bei autochthonen Wetterlagen (windschwache, wolkenarme Wetterlagen mit hoher Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche in der Nacht). Kaltluftgeschwindigkeiten, die Strömungsrichtungen in Kaltluftsammelgebieten, die Schichtdicken über Grund sowie die Kaltluftvolumenströme können in METEOKARTGIS im geografischen Informationssystem (GIS) dargestellt werden.

Die Ergebnisdarstellung erfolgt mit ArcGIS®. Dies ermöglicht die Überlagerung von eigenem Kartenmaterial wie bspw. Lageplänen oder topografischen Karten. Die Kombination aus METEOKARTGIS und GIS verbindet die professionelle Funktionalität eines Geoinformationssystems mit modellierten meteorologischen Informationen.

METEOKARTGIS-Beispiel mit Toolbar in ArcGIS® (Abb. 1).

Beispiel Meteokart-GIS mit Toolbar in ArcGIS

Abb. 1: Screenshot von METEOKARTGIS in ArcGIS

Was sind die Anwendungsbereiche von METEOKARTGIS?

Meteorologische Daten werden in vielen Fachgebieten benötigt. Die Hauptanwendungsfachgebiete sind:

  • Luftreinhaltung bei Verkehrs- und Industrieanalgen
  • Geruch z. B. aus Viehwirtschaft
  • Klima z. B. für human biometeorologische Beurteilungen
  • Stadtplanung bzw. Bauleitplanung.

Die Prognose von Immissionskenngrößen (Luftschadstoffe, Gerüche) mit Ausbreitungsmodellen für die Mikro- und Mesoskala erfordert als Eingangsdaten zwingend eine für das jeweilige Untersuchungsgebiet repräsentative Wind- und Ausbreitungsklassenstatistik. Diese Daten stehen oft nicht zur Verfügung oder sie stammen von Stationen, die für den Standort nicht repräsentativ sind. METEOKARTGIS stellt diese AKS für Ausbreitungsrechnungen z. B. für AUSTAL2000 oder LASAT zur Verfügung.

In stark topografisch gegliederten Bereichen stellen sich bei autochthonen Wetterlagen häufig Kaltluftabflüsse ein. Je nach topografischer Ausprägung im gesamten Einzugsgebiet der Kaltluft und der dortigen Landnutzung ergeben sich daraus z. T. komplexe Kaltluftsysteme, welche bei der Beurteilung z. B. von Luftschadstoffen berücksichtigt werden müssen.

Neben den Wind- und Ausbreitungsklassenstatistiken können mit METEOKARTGIS auch Ausbreitungspfade von Luftschadstoffen unter Kaltluftbedingungen über eine Trajektorienanalyse visualisiert werden.

Bei lokalklimatischen Untersuchungen oder in der Stadtplanung vor allem in reliefierten Siedlungsbereichen können Kaltluftströmungen effektive Systeme zur Durchlüftung bei ansonsten austauscharmen Wetterlagen sein. Die flächendeckenden Kaltluftgeschwindigkeiten, die Schichtdicken und die Volumenstromdichten in METEOKARTGIS bieten gute Grundlagen zur Bewertung der lokalen Strömungen. Darin sind beispielsweise die Quell- und Sammelgebiete (klimawirksame Flächen) sowie die Strömungspfade z. B. mit Trajektorien (klimawirksame Leitbahnen) der Kaltluft abgebildet. Trajektorien verbinden Orte, die das Luftpaket während seiner Bewegung einmal berührt hat. Es gibt Vorwärtstrajektorien zur Analyse der Verfrachtung von Luftbeimengungen und Rückwärtstrajektorien für Aussagen nach Herkunft von Schadstoffen.

Die Kaltluft wird in verschiedenen Bildungsstadien dargestellt. Elementare Zeitschritte sind Kaltluftsituationen zu Beginn der Nacht, zu Mitternacht und bei voll ausgebildeter Kaltluft.

Für klimatische Analysen bieten die Wind- und Ausbreitungsklassen ebenfalls wichtige Informationen z. B. der Anteile der Ausbreitungsklassen oder Windverteilung niedriger Windgeschwindigkeiten.

METEOKARTGIS ist ein Instrument zur:

  • Ursachenanalyse z. B. bei Geruchsbelästigungen
  • Datenerhebung und Weitergabe/Verarbeitung von meteorologischen Daten
  • Kontrolle von Immissionsrechnungen
  • Entscheidungsfindung z. B. über die Relevanz von tiefergreifenden Untersuchungen.

Wie wird METEOKARTGIS angewendet?

METEOKARTGIS ist unter den Geographischen Informationssystemen (GIS) ArcGIS® (Version 8, 9 und 10) der Firma ESRI® ansteuerbar. Die Kompatibilität auch zu anderen GIS-Systemen ist durch die Datenhaltung im Geo-Format "Shape" von ESRI®, welches von den meisten GIS-Systemen verarbeitet werden kann, gegeben. Es ist so konzipiert, dass es auch von nicht versierten GIS-Nutzern, z. B. in Immissionsschutzbehörden, eigenständig angewendet werden kann. Um diesen Standard ermöglichen zu können, wurden eine Reihe leicht bedienbarer Schnittstellen mit automatisierten Datenbankzugriffen geschaffen. Außerdem erfolgt eine grafische Aufbereitung der Ergebnisse innerhalb des Programmsystems, was die Analyse oder Veröffentlichung gewährleistet.

Mit der Aktivierung der Schaltfläche können die in Datenbanken abgelegten Daten flächenhaft an einer Kartenposition grafisch ausgegeben werden. Darunter sind:

  • Meteorologische Referenzstationen als Windrose
 
  • Synthetische Windstatistik als Windrose
    • Ausführlich in separatem Fenster mit Unterfunktionen (Export der Daten oder als Bild, Diagrammoptionen, Beschriftungen etc.)
    • Vereinfacht als Grafik direkt im GIS z. B. für flächendeckende Analysen mit mehreren AKS

Beispiel Ausbreitungsklassenstatistik AKS als Windrose, Verteilung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten

Beispiel Ausbreitungsklassenstatistik AKS als Windrose, Verteilung der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten in ArcGIS
  • Kaltluft für verschiedene Zeitschritte als Karte (Layer im GIS)
    • Geschwindigkeit
    • Volumenstrom
    • Schichtdicke
 

Beispiel Kaltluftgeschwindigkeit, Volumenstrom und Schichtdicken als Layer in ArcGIS

  • Kaltluft als Info-Tool
    • Lagedaten
      • Position (Koordinaten)
      • Stationshöhe über NN
    • Statistiken
      • Schichtdicke
      • mittlere Strömungsgeschwindigkeit und -richtung
      • Volumenstromdichte
    • Vertikalprofil mit Höhen über Grund mit jeweils
      • Geschwindigkeit in aktueller Höhe
      • Mittlere Geschwindigkeit vom Grund bis aktueller Höhe
      • Mittlere Volumenstromdichte vom Grund bis aktueller Höhe
Beispiel Kaltluftinformationstool in ArcGIS
  • Trajektorienanalyse
    • Richtung
      • Vorwärts (instationär)
      • Rückwärts (stationär)
      • Vor- und rückwärts
    • Simulationszeit
Beispiel Trajektorien von Luftverunreinigungen,  instationär oder stationär

 

Was sind die methodischen Grundlagen von METEOKARTGIS und wie ist das System aufgebaut?

Der modulare Aufbau zeigt bereits, dass hinter dem Werkzeug METEOKARTGIS zwei Modelle zur Anwendung kommen.

  • Wind- und Ausbreitungsklassenstatistik METRAS-PC (Im Auftrag des UBA: Meteorologisches Institut der Universität Hamburg und METCON Umweltmeteorologische Beratung)
  • Kaltluft KALM (Ing.-Büro Lohmeyer GmbH & Co. KG)

Wo wird METEOKARTGIS eingesetzt?

METEOKARTGIS ist seit 2004 im operationellen Einsatz und wird derzeit in drei Regionen verwendet:

  • Freistaat Sachsen mit 4 Untersuchungsgebieten und einer Gesamtgröße von ca. 7 352 km²
  • Region Stuttgart
  • Region Köln.

Unsere umfangreichen Erfahrungen mit METEOKARTGIS sind in diversen Veröffentlichungen und Vorträgen dargelegt. Prinzipiell können die Ergebnisse inklusive Funktionalitäten auch im Internet veröffentlicht werden. Ein Online-Dienst zur Anwendung in den beschriebenen Regionen gibt es derzeit nicht.

Was kostet METEOKARTGIS?

METEOKARTGIS wurde im Auftrag des sächsischen Landesamts für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) entwickelt. METEOKARTGIS wird entsprechend der Vorstellungen des Auftraggebers angepasst. Das System METEOKARTGIS ist für Verwaltungen kostenfrei. Lediglich Anpassungen, Einstellungen und die Modellierung der Daten sind in Rechnung zu stellen.

Steckbrief

Sie suchen eine Anwendung, die:

  • Winddaten flächendeckend für große Gebiete zur Verfügung stellt?
  • Kaltluftsituationen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien aufzeigt?
  • plausible und verlässliche Daten liefert?
  • eine gute Bedienbarkeit besitzt und von unterschiedlichen Nutzern und Nutzergruppen auch gleichzeitig angewendet werden kann?
  • sich in ArcGIS® oder anderen Geoinformationsdiensten leicht integrieren lässt?
  • auf individuelle Fragestellungen hin erweitert werden kann?
  • von einem kompetenten Team aus den Fachbereichen Meteorologie, Geowissenschaften, Informatik und Physik erstellt wurde?

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