Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
3.2.6 Bestimmung Windpotenzial mit Mesoskala-Modellen und
Reanalysedaten
Neben den im vorherigen Kapitel behandelten einfachen linearen Modellen werden zuneh-
mend auch komplexe Mesoskala-Modelle für die Bestimmung des Windpotenzials eingesetzt.
Der Begriff Mesoskala bezieht sich auf atmosphärische Phänomene mit horizontalen Ska-
len von einigen wenigen bis zu mehreren hundert Kilometern. Typische Phänomene sind
die Land-See-Zirkulation, Berg- und Talwindsysteme und größere Gewitterzellen. Mesoskala-
Modelle lösen die Erhaltungsgleichungen für Impuls (Bewegungsgleichungen), innere Energie
(Thermodynamik und Wasserdampf ) und Masse (Kontinuitätsgleichung) numerisch. Die
Prozesse, die nicht explizit aufgelöst werden können (Turbulenz, Konvektion, Grenzschicht)
werden parametrisiert. Einen guten Überblick findet man in Pielke (1984). Mesoskala-Modelle
beschreiben zeitabhängige Phänomene und können den Tagesgang und Jahresgang des at-
mosphärischen Zustands simulieren (das ist ein Gegensatz zu dem Programm WAsP, das nur
langjährige mittlere Verhältnisse berechnet).
In der Windenergie werden Mesoskala-Modelle vorwiegend für die Simulation einer Karte
der mittleren Windgeschwindigkeit (Windmapping) und zur Berechnung des zeitabhängigen,
dreidimensionalen Zustands der Atmosphäre eingesetzt (Windatlas: Zeitreihen von Wind-
geschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Druck usw.). Komplexe atmosphärische Strö-
mungen, z. B. an Bergrücken, steilen Kliffs oder in Tälern, werden oftmals mit mesoskaligen
Simulationen einer detaillierten Analyse zugänglich gemacht.
Mesoskala-Modelle simulieren einen Ausschnitt der Atmosphäre für eine bestimmte Zeitpe-
riode. Insofern benötigen sie Anfangs- und Randbedingungen. Diese werden üblicherweise
durch Reanalysedaten vorgegeben. Am unteren Rand der Atmosphäre beschreiben die Oro-
grafie und die Landnutzung den Charakter der Erdoberfläche.
3.2.6.1 Reanalysedaten
Bild 3.7
Knotenpunkte der NCEP/NCAR
Reanalysedaten über Europa
Bei der Reanalyse werden Beobachtungsdaten aus der Vergangenheit mit einem atmosphä-
rischen Simulationsmodell aufbereitet und auf ein dreidimensionales Gitter interpoliert. Die
wohl bekanntesten und in der Windenergie sehr häufig verwendeten Reanalysedaten sind die
