Synthetische Winddaten 2011 bis 2020

Die Kenntnis der lokal repräsentativen Windverhältnisse ist für viele Fragestellungen im Bereich des Umweltschutzes von großer Bedeutung. Insbesondere in Baden-Württemberg mit großen regionalen Unterschieden in der Geländestruktur sind aufgrund der beschränkten Anzahl betriebener Messnetze nicht immer Windmessungen vorhanden, um eine für einen Anlagenstandort oder ein Untersuchungsgebiet repräsentative Wind- oder Ausbreitungsklassenstatistik bzw. Ausbreitungsklassenzeitreihe direkt durch Messung am Standort oder durch Übertragung der Messung eines benachbarten Standortes zu erhalten. Diese sind jedoch Voraussetzung für eine sachgerechte Immissionsprognose.

Die zunehmende Nutzung synthetischer Daten und deren Akzeptanz durch die Genehmigungsbehörden haben u.a. dazu geführt, dass in der TA Luft (2021) neben meteorologischen Messdaten auch die Verwendung modellierter Daten nun explizit zugelassen ist.

Im Auftrag der LUBW Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg hat die metsoft GbR für Baden-Württemberg flächendeckend in einem Raster von 500 Meter × 500 Meter synthetische Wind- und Ausbreitungsklassenstatistiken (SynAKS) bzw. Ausbreitungsklassenzeitreihen (SynAKTerm) erstellt und nun aktualisiert. Mit diesen synthetischen Winddaten stehen für das Land Baden-Württemberg standortrepräsentative meteorologische Datensätze (als Eingangsdaten) zur Verfügung, deren mögliche Anwendungen sein können:

  • Anlagenbezogene Immissionsprognosen im Rahmen von Genehmigungsverfahren nach TA Luft,
  • Überprüfung der Angaben in einem Gutachten auf Plausibilität,
  • Fragen der Standortfindung,
  • die schnelle Einordnung von Nachbarschaftsbeschwerden durch Gerüche, Kleinfeuerungsanlagen oder Lärm,
  • Verwendung in Ausbreitungsrechnungen (AUSTAL, GERDA),
  • Berechnung von Verkehrsimmissionen.

Die synthetischen Winddaten werden ohne Messungen vor Ort durch Zusammenführung von topographischen und meteorologisch-statistischen Informationen sowie aus den Ergebnissen von Modellrechnungen künstlich („synthetisch“) hergestellt. Sie repräsentieren die für den nun aktualisierten Antriebszeitraum 2011 bis 2020 mittleren Verhältnisse über Bezugsflächen von 500 Meter x 500 Meter, die der räumlichen Auflösung der zugrundeliegenden Modellrechnungen entsprechen. Die synthetischen Winddaten beziehen sich auf eine Anemometerhöhe von 10 Meter über Grund bzw. über Bebauungs- oder Bewuchsniveau.

Eine synthetische Wind- bzw. Ausbreitungsklassenstatistik (SynWS  bzw. SynAKS) ist eine aus Berechnung abgeleitete zwei- bzw. drei-parametrige Häufigkeitsverteilung der Parameter Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Ausbreitungsklasse, die in den Klassen der TA Luft bzw. nach Klug/Manier bestimmt werden. Für den 10-jährigen Bezugszeitraum (2011 bis 2020) repräsentiert sie die Statistik.

Eine drei-parametrige Ausbreitungsklassenstatistik (AKS) kann auf eine zwei-parametrige Windstatistik (WS) zurückgeführt werden, indem die Häufigkeiten der Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten für die einzelnen AK-Klassen zusammengefasst werden.

Eine synthetische Wind- bzw. Ausbreitungsklassenzeitreihe (SynAKTerm) ist eine aus Berechnungen abgeleitete Zeitreihe mit Stundenwerten der drei Parameter Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Ausbreitungsklasse. Aus dem 10-jährigen Bezugszeitraum (2011 bis 2020) wird ein (repräsentatives) Einzeljahr bestimmt/ausgewählt (VDI 3783 Blatt 20 Anhang 3).

Eine drei-parametrige Ausbreitungsklassenzeitreihe (AKTerm) kann auf eine drei-parametrige Ausbreitungsklassenstatistik (AKS) zurückgeführt werden, indem die Stundenwerte der Windrichtungen und Windgeschwindigkeitsklassen für die einzelnen AK-Klassen zusammengefasst werden.

 

Die für Baden-Württemberg verfügbaren synthetischen Winddaten (SynAKS und SynAKTerm) sind somit

  • nicht gemessen,
  • nicht aus gemessenen Windstatistiken interpoliert oder anders abgeleitet,
  • enthalten keine direkten Informationen aus bodennahen Messungen,
  • frei von lokalen mikroskaligen Einflüssen, und
  • anders als bei Messungen, nicht als punktbezogene Informationen zu verstehen, sondern eher als Volumenmittel.

Die wesentlichen Unterschiede zwischen gemessenen und synthetischen Winddaten können somit wie folgt zusammengefasst werden:

  Gemessene Daten Synthetische Daten
Raumbezug Punktmessung Volumenmittel
Gültigkeitshöhe variabel, teilweise innerhalb der Rauigkeit ca. 10 m über Verdrängungshöhe
horizontale Repräsentativität variabel und abhängig von Standortumgebung konstant und abhängig von Modellgitter; für Baden-Württemberg 500 m x 500 m
Fehlerquellen (nicht quantifizierbar)
  • Gerätefehler
  • Aufstellung, Justierung
  • Wartung
  • Störelemente (z.B. Bebauung, Bewuchs)
  • Eingangsdaten (Meteorologie, Topographie)
  • Modellphysik und Modellrealisierung

 

Mit den nun verfügbaren synthetischen Daten für den Bezugszeitraum 2011 bis 2020 erfolgten folgende Änderungen gegenüber den Daten mit dem Bezugszeitraum 2001 bis 2010:

  • Aktualisierung des Bezugszeitraums: 2011 bis 2020,
  • Aktualisierung auf einheitliches räumliches Bezugssystem: 500 m Raster im UTM-Koordinatensystem in der Zone 32,
  • meteorologischer Antrieb mit neueren und höher aufgelösten Reanalysedaten („Höhendaten“): japanische JRA55 (räumliche Auflösung von 1,25° x 1,25°, entsprich ca. 140 km in Nord-Süd- und 90-km in West-Ost-Richtung),
  • Bessere Bedeckungsdaten zur Berechnung/Bestimmung der Ausbreitungsklassen: räumlich und zeitlich differenzierte Aufbereitung von Messdaten statt Verwendung statistischer Mittel,
  • aktualisierte Landnutzungsdaten und höher aufgelöste Höhendaten,
  • verbesserte Berechnungsverfahren,
  • einheitliche Berechnung für SynAKTerm und SynAKS.

 Beispiel eines Steckbriefes einer SynAKS

Über den interaktiven Dienst UDO (Umwelt-Daten und -Karten Online) der LUBW werden für die gesamte Landesfläche Baden-Württemberg die für den 10-Jahreszeitraum gemittelten Windrosen dargestellt. Die Windrosen umfassen jeweils zwölf Windrichtungssektoren mit 30°-Schritten und neun Geschwindigkeitsklassen nach TA Luft. Hier steht auch für jede SynAKS öffentlich zugänglich ein Steckbrief zum Herunterladen zur Verfügung. Der Steckbrief enthält die Windrose eingeteilt in zwölf Windrichtungssektoren mit 30°-Schritten und neun Geschwindigkeitsklassen nach TA Luft, die Häufigkeitsverteilungen der Windgeschwindigkeitsklassen nach TA Luft und Ausbreitungsklassen nach Klug/Manier in tabellarischer und grafischer Form sowie Angaben zur mittleren Windgeschwindigkeit und Schwachwindhäufigkeit (< 1 m/s). Die vollständigen synthetischen Wind- und Ausbreitungsklassenstatistiken bzw. Ausbreitungsklassenzeitreihen stehen ausschließlich den Landesbehörden von Baden-Württemberg über das Landesintranet zur internen Verwendung zur Verfügung; eine Weitergabe an Dritte außerhalb der Landesbehörden ist nicht gestattet. In diesem Fall können Anfragen zu den synthetischen Winddaten an die metSoft GbR gestellt werden.


Eine umfangreiche Dokumentation des gesamten Verfahrens einschließlich der Qualitätssicherung kann bei Bedarf bei der LUBW kostenfrei angefordert werden.