Emissionsmodul für regionale Ausbreitungsrechnungen (ECM)
Auftraggeber  Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Bearbeiter R Friedrich (Ansprechpartner)
Abteilung Technikfolgenabschätzung und Umwelt
Laufzeit von 01.08.1996 bis 30.06.1999
Aufgabenstellung des Projekts
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines EDV-Modulsystems zur Bereitstellung von Emissionsdaten für atmosphärische Ausbreitungs- und Luftchemiemodelle, das direkt an diese Modelle gekoppelt werden kann. Das Modulsystem soll sowohl anthropogene als auch biogene Emissionen in der erforderlichen räumlichen, zeitlichen und stofflichen Auflösung berechnen bzw. bereitstellen und für verschiedene Chemie-Transport-Modelle, variable Untersuchungsgebiete und beliebige Episoden eines Jahres einsetzbar sein.
Kurzbeschreibung des Projekts

Die von meteorologischen Einflüssen abhängigen Emissionen werden unter Verwendung von Ergebnissen der Meteorologiemodelle berechnet, die übrigen Emissionen werden durch Auswertung einer Emissions-Cachedatenbank ermittelt, deren Eingangsdaten von den im TFS-Projekt "Emissionsdaten für Deutschland und Europa" (TFS, Leitthema 2, Projekt A.1) vorgesehenen Emissionsmodellen und -berechnungen geliefert werden. Mit dem Modulsystem können Emissionsdaten quasi zeitgleich mit der numerischen Simulation des Transports und der Umwandlung von Luftverunreinigungen berechnet und als Eingabedaten für das jeweils verwendete Chemiemodell bereitgestellt werden. Dadurch entfällt zum einen die bisherige besonders zeit- und speicherintensive Übertragung von räumlich, zeitlich und stofflich hochaufgelösten Emissionsdaten aus Emissionsmodellen, zum anderen wird die redundante Speicherung von meteorologischen Daten vermieden.

Ein derart gekoppeltes System aus Emissions- und Atmosphärenmodellen kann sowohl zur Erstellung von kurzfristigen Ozonprognosen für Sommersmogepisoden dienen, als auch zur Simulation der Auswirkungen von Emissionsszenarien in zukünftigen Jahren verwendet werden.

Für erste Testanwendungen werden Emissionsdatensätze für das Jahr 1994 erstellt. Im weiteren Projektverlauf werden Emissionsdaten für das Jahr 1998 zur Verfügung gestellt.

Die in Leitthema 1 entwickelten bzw. weiterentwickelten atmosphärischen Modelle benötigen als Eingangsdaten u. a. Emissionen. Da sich die bisherigen Methoden zur Erstellung, Übertragung und Eingabe von Emissionsdaten angesichts der großen Datenmengen als sehr langfristig und zeitintensiv erwiesen haben, sollen durch die direkte Kopplung erstmals Modellnetzwerke entstehen, mit denen eine Ozonprognose ausreichend schnell und kurzfristig erfolgen kann. Das zu erstellende Modul ist daher ein wesentlicher und unverzichtbarer Bestandteil eines Modellsystems zur kurzfristigen Ozonprognose mit atmosphärischen Modellen.

Das zu entwickelnde Emissionsmodul (CAREAIR/ECM) wurde zunächst in Zusammenarbeit mit drei weiteren Partnern (Prof. Ebel, Universität Köln; Prof. Fiedler, Universität Karlsruhe; Dr. Jacob, DWD) konzipiert und als TFS-Projekt vorgeschlagen. Im Zuge der Koordinierung der Projekte für das Leitthema 1 des TFS wurde die Aufgabenstellung dieses Projekts dahingehend erweitert, dass ein entsprechendes Emissionsmodul auch für die anderen im TFS verwendeten Modellsysteme entwickelt wird.

Zum Aufbau einer ständig verfügbaren Emissionsdatenbank am IER wurden Grundlagendaten zur Berechnung hochaufgelöster Emissionen für die Jahre 1990 bis 1994 von Projekt "Emissionsdaten für Deutschland und Europa" (TFS, Leitthema 2, Projekt A.1) bereitgestellt. Die Emissionsdatenbank soll an eine plattformunabhängige Datenschnittstelle - die Cachedatenbank - angebunden werden. Dazu wurde ein Cachedatenbankgenerator entwickelt, der die zur Emissionsberechnung notwendigen Daten in die Cachedatenbank importiert (siehe Abbildung).

Die Erstellung einer Cachedatenbank ist auf Anfrage für beliebige Episoden von 1990 bis 1994 in stündlicher oder täglicher Auflösung und für beliebige Untersuchungsgebiete in Deutschland und Europa mit einer räumlichen Auflösung ab 5 km x 5 km möglich. Die geographischen Daten umfassen verschiedene Projektionsgitter. Zur Zeit sind 10 Gitter verfügbar. Außerdem besteht zur Optimierung der Performance die Möglichkeit, beim Klienten eine Extraktdatenbank für spezielle Szenarien zu erstellen. Die Funktionalität des Cache- und Extraktdatenbankgenerartors umfaßt:

  • Import unterschiedlicher Quelldatenformate (ORACLE, ASCII, HDF,GRIB) in die Cachedatenbank,
  • Erzeugung von Cachedatenbank-Tabellen in ASCII- und HDF-Format,
  • flexible Auswahl von Grunddaten über Skripte in der für dieses Projekt entwickelten SQL-ähnlichen Interpretersprache TPL (Table ProcessingLanguage)

Das Emissionsberechnungsmodul ist in ANSI-C++ implementiert und sollte auf allen Plattformen laufen, für die ein entsprechender Compiler zur Verfügung steht. Die Implementierungsphase ist noch nicht abgeschlossen. Ein Prototyp für Plattformen mit GNU-C++-Compiler, der nur retrospektive Emissionsberechnungen durchführen kann und nur ausgewählte Quellgruppen berücksichtigt, konnte jedoch bereits getestet werden.