Footprint-Modellierung über rauen städtischen Oberflächen

Für die Interpretation von Messungen von Luftschadstoffen (Konzentrationen oder turbulente Flüsse), aber auch Wasserdampf oder gar Wärme, ist es oft äußerst relevant zu wissen welcher Teil der Oberfläche im Aufwindbereich in welchem Maß zu dieser Messung beigetragen hat. Diese Einflussfläche wird Footprint genannt und ihre Ausdehnung hängt von der Messstation selbst (Mess-Höhe, Bodenbeschaffenheit in der unmittelbaren Umgebung) und den atmosphärischen Bedingungen (Stabilität) ab. Footprints (die Fläche) und die so genannte Footprint-Funktion, also der relative Beitrag, der von jedem Punkt innerhalb des Footprints zu erwarten ist, werden mit Methoden der Luftschadstoff- modellierung ermittelt. Trotz der offensichtlichen Notwendigkeit für Messungen und Interpretation von Luftschadstoffen gerade in städtischen Gebieten, gibt es bis heute kein Footprint-Modell, das spezifisch die Ausbreitungscharakteristik über städtischen Oberflächen berücksichtigen würde. Das vorliegende Projekt möchte dies ändern. In den untersten Dekametern über einer städtischen Oberfläche sind die Turbulenzstruktur und damit die Ausbreitungsbedingungen von Luftschadstoffen stark von Gebäuden (rigide Rauhigkeitselemente) und anderen Strukturen sowie deren Verteilung, Dichte, und Höhe bestimmt. Im vorliegenden Projekt werden Kenntnisse über diese Turbulenzstruktur über städtischen Oberflächen sowie Erfahrung mit Luftschadstoffausbreitung in dieser Umgebung genutzt um ein städtisches Footprintmodell zu entwickeln. Dieses wird anhand von städtischen Tracer Experimenten getestet (validiert) und zusätzlich anhand von neuartigen Messungen von Luftbeimengungen (und deren turbulenten Flüssen) auf einem Gebäude der Universität Innsbruck in Mitten der Stadt. Schließlich wird das Footprintmodell für städtische Oberflächen auf generell raue Oberflächen generalisiert, das heißt es sollen auch Footprints über anderen Oberflächen mit großen Rauhigkeitselementen (z.B. über Wald) bestimmt werden können.

In der Stadt besteht einerseits das Problem, dass es viele Schadstoffquellen gibt und entsprechend hohe Luftbelastung. Andererseits sind sind viele der Annahmen, die wir in Schadstoffausbreitungsmodellen treffen, insbesondere in einer städtischen Umgebung nicht erfüllt. Deshalb stellt die so-genannte 'Footprint Modellierung ein besonderes Problem dar: wenn wir wissen wollen 'woher' eine besondere Schadstoffbelastung kommt (also: welche der vielen möglichen Quellen dafür verantwortlich ist) muss ein Ausbreitungsmodell benutzt werden. In diesem Projekt geht es darum, die wichtigsten dieser obigen Annahmen, die in Ausbreitungsmodellen getroffen werden müssen, zu entschärfen, bzw. dafür alternative Ansätze zu finden. Das Resultat ist ein städtisches Footprint Modell, das auch tatsächlich an den Anforderungen der Schadstoffausbreitung über städtischen Oberflächen angepasst und getestet ist.