Oktober 2010, Nr. 19
CAMPUS
Die Freie und Hansestadt Hamburg als Modell im Windkanal des KlimaCampus Universität Hamburg, Foto: KlimaCampus
Kontakt:
Prof. Dr. Bernd Leitl
Universität Hamburg
MIN-Fakultät
Meteorologisches Institut
EWTL Environmental Wind Tunnel Laboratory
Bundesstraße 55
20146 Hamburg
t. 040.42838-5093
e. bernd.leitl-at-zmaw.de
Schauplatz Windkanal: Simulation von Gas-Ausbreitung in Hamburg
Seit September 2010 testen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des KlimaCampus Gasausbreitungen am Modell der Hamburger Innenstadt im Maßstab 1:350. Die Messdaten des Windkanals bilden die Grundlage für eine neue Prognose-Software. „Das Programm soll Polizei und Feuerwehr helfen, zum Beispiel bei Chlor- und Schwefelfreisetzungen durch Zugunglücke oder Schiffsbrände schnell eingreifen zu können“, erklärt Professor Bernd Leitl, Leiter des Windkanallabors der Fachabteilung Technische Meteorologie. „Einsatzkräfte müssen wissen, wo die Gase hinziehen und wo mögliche Fluchtwege sind.“
Der KlimaCampus der Universität Hamburg, das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe und die Behörde für Inneres der Freien und Hansestadt Hamburg fördern das Projekt. Die Forschungsarbeiten werden voraussichtlich Ende 2011 abgeschlossen sein. Neben Gas-Störfällen möchten die Windkanal-Forscher am Hamburger Modell zusätzlich die Auswirkungen des Klimawandels in Großstädten untersuchen. Unter anderem wird erforscht, wie der lokale Luftaustausch im Stadtgebiet auch bei sommerlichen Extremwetterlagen gewährleistet werden kann.
Modell der atmosphärischen Grenzschicht
Das Team um Professor Leitl modelliert im Windkanal die atmosphärische Grenzschicht – das sind die ersten 100 Meter über der Erde. Ein Ventilator, mit einem Durchmesser von über drei Metern, Turbulenzgeneratoren und Strömungshindernissen am Boden der Messstrecke erzeugen naturgetreue und turbulente Windverhältnisse im Windkanal „Wotan“. Forscher und Forscherinnen prüfen, bewerten und verbessern durch Windkanal-Experimente vorhandene Computermodelle.
„Die Prognosen von Computermodellen für Gasausbreitungen in Städten sind als Folge räumlicher und zeitlicher Mittelwertbildung nur begrenzt zuverlässig“, so Professor Leitl. „Windkanäle haben dagegen klare Vorteile – sie bilden detailgetreu räumliche und zeitliche Realität ab und liefern keine Durchschnittswerte.“ Vor sieben Jahren analysierte er bereits Gas-Störfälle am Beispiel der US-Stadt Oklahoma-City.
Windkanal-Forschungen
In den vergangenen zehn Jahren untersuchte der KlimaCampus-Forscher verschiedene Fragestellungen im Windkanal, zum Beispiel zur Ausbreitung von Geruchsstoffen und Autogasen in Städten und zu Extremwind an Bauwerken. Ende 2010 startet ein weiteres Stadtklima-Projekt zur Analyse, wie sich die Stadtdurchlüftung durch neue Bebauung verändert. Beispiel ist das Modell des Hamburger Stadtteils Wilhelmsburg.
Einzigartig: Technische Meteorologie in Hamburg
„Der Windkanal kommt ursprünglich aus den Ingenieurswissenschaften“, sagt Professor Leitl, der selbst Strömungsmechanik und Thermodynamik studierte. Auch der Gründer der Abteilung Technische Meteorologie in Hamburg, Professor Michael Schatzmann, ist von Hause aus Ingenieurwissenschaftler – heute ist er stellvertretender Direktor des Meteorologischen Instituts. Die Technische Meteorologie am KlimaCampus nimmt weltweit eine Vorreiter-Rolle in der Zusammenführung von ingenieurswissenschaftlichem und naturwissenschaftlichem Know-how ein.
Der KlimaCampus der Universität Hamburg, das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe und die Behörde für Inneres der Freien und Hansestadt Hamburg fördern das Projekt. Die Forschungsarbeiten werden voraussichtlich Ende 2011 abgeschlossen sein. Neben Gas-Störfällen möchten die Windkanal-Forscher am Hamburger Modell zusätzlich die Auswirkungen des Klimawandels in Großstädten untersuchen. Unter anderem wird erforscht, wie der lokale Luftaustausch im Stadtgebiet auch bei sommerlichen Extremwetterlagen gewährleistet werden kann.
Modell der atmosphärischen Grenzschicht
Das Team um Professor Leitl modelliert im Windkanal die atmosphärische Grenzschicht – das sind die ersten 100 Meter über der Erde. Ein Ventilator, mit einem Durchmesser von über drei Metern, Turbulenzgeneratoren und Strömungshindernissen am Boden der Messstrecke erzeugen naturgetreue und turbulente Windverhältnisse im Windkanal „Wotan“. Forscher und Forscherinnen prüfen, bewerten und verbessern durch Windkanal-Experimente vorhandene Computermodelle.
„Die Prognosen von Computermodellen für Gasausbreitungen in Städten sind als Folge räumlicher und zeitlicher Mittelwertbildung nur begrenzt zuverlässig“, so Professor Leitl. „Windkanäle haben dagegen klare Vorteile – sie bilden detailgetreu räumliche und zeitliche Realität ab und liefern keine Durchschnittswerte.“ Vor sieben Jahren analysierte er bereits Gas-Störfälle am Beispiel der US-Stadt Oklahoma-City.
Windkanal-Forschungen
In den vergangenen zehn Jahren untersuchte der KlimaCampus-Forscher verschiedene Fragestellungen im Windkanal, zum Beispiel zur Ausbreitung von Geruchsstoffen und Autogasen in Städten und zu Extremwind an Bauwerken. Ende 2010 startet ein weiteres Stadtklima-Projekt zur Analyse, wie sich die Stadtdurchlüftung durch neue Bebauung verändert. Beispiel ist das Modell des Hamburger Stadtteils Wilhelmsburg.
Einzigartig: Technische Meteorologie in Hamburg
„Der Windkanal kommt ursprünglich aus den Ingenieurswissenschaften“, sagt Professor Leitl, der selbst Strömungsmechanik und Thermodynamik studierte. Auch der Gründer der Abteilung Technische Meteorologie in Hamburg, Professor Michael Schatzmann, ist von Hause aus Ingenieurwissenschaftler – heute ist er stellvertretender Direktor des Meteorologischen Instituts. Die Technische Meteorologie am KlimaCampus nimmt weltweit eine Vorreiter-Rolle in der Zusammenführung von ingenieurswissenschaftlichem und naturwissenschaftlichem Know-how ein.
A. Hansen