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Authors: Simon, Helge
Title: Modeling urban microclimate : development, implementation and evaluation of new and improved calculation methods for the urban microclimate model ENVI-met
Online publication date: 2-Jun-2016
Language: english
Abstract: In this dissertation, major developments of the scientifically well-established microclimate model ENVI-met are presented. The new developments are evaluated based on proof-of-concept scenarios as well as by comparisons against measurements. Improvements in the modeling of plants have been undertaken that allow the simulation of the microclimatic benefits and the vitality of plants as an organism. Proof-of-concept simulations and a comparison with measured data showed that due to the improvements of the vegetation model ENVI-met is now capable to accurately model plant-based parameters such as transpiration and leaf area temperatures. Based on the implementation of an isoprene emission model ENVI-met's chemistry model has been extended by isoprene-induced reactions, which lead to changes in the concentration of tropospheric ozone. Proof-of-concept simulations have confirmed the validity of the model. ENVI-met's wall and roof model has been extended by multiple computation nodes, which enable the construction of more complex walls and roofs consisting of different materials. This allows a more accurate calculation of the interior temperature as well as the facade temperatures. Proof-of-concept simulations as well as a comparison of modeled facade temperatures with measurement data from the Fraunhofer Institute for Building Physics Holzkirchen showed very high agreement. The coupling of the larger scale climate model MUKLIMO_3 of the German Meteorological Service with the microscale model ENVI-met has been improved. Simulation results of coupled model runs in simplified model areas showed very promising results. In more complex model areas, however, the discrepancies in the near-ground surface temperatures do not seem to be fully resolved yet.
In der Dissertation werden entscheidende Neuerungen des im wissenschaftlichen Bereich etablierten Mikroklimamodells ENVI-met vorgestellt und anhand von Proof-of-Concept-Szenarien sowie mittels von Vergleichen zwischen Messungen und Modellergebnissen evaluiert. Es wurden Verbesserungen bei der Modellierung von Pflanzen vorgenommen, die es erlauben Aussagen über den mikroklimatischen Nutzen sowie die Vitalität von Pflanzen als Organismus zu treffen. Evaluationen im Rahmen von Proof-of-Concept-Simulationen und Vergleiche zu Messdaten konnten zeigen, dass ENVI-met durch die Weiterentwicklungen des Vegetationsmodells im Stande ist pflanzenbasierte Parameter wie Transpirationsraten sowie Blattflächentemperaturen genau zu modellieren. Auf Basis eines neu implementieren Isoprenemissionsmodells wurde ENVI-mets Chemiemodell um isopren-induzierte Reaktionen erweitert, die zu einer Veränderung der Konzentration von troposphärischem Ozon führen. Proof-of-Concept-Simulationen bestätigten die Validität des Modells. ENVI-mets Gebäudemodell wurde um weitere Berechnungsknoten erweitert, die es erlauben, Wände und Dächer aus einer Abfolge verschiedener Materialen zu erstellen. Dies ermöglicht eine exaktere Berechnung der Innenraumtemperatur sowie der Fassadentemperaturen. Proof-of-Concept-Simulationen sowie ein Vergleich mit Messdaten des Fraunhofer Instituts für Bauphysik Holzkirchen zeigten sehr hohe Übereinstimmung. Die Kopplung des größerskaligen Klimamodells MUKLIMO_3 des Deutschen Wetterdienstes mit dem mikroskaligen ENVI-met wurde verbessert. Simulationsergebnisse von gekoppelten Modellläufen in einfachen Modellgebieten zeigten sehr viel versprechende Ergebnisse. In komplexeren Modellgebieten hingegen scheint die Diskrepanz in den bodennahen Temperaturfeldern noch nicht vollends behoben.
DDC: 550 Geowissenschaften
550 Earth sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-4042
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000005076
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 218 S.
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