Grenzschicht-Meteorologie

Der Energieaustausch zwischen Erdoberfläche und bodennaher Atmosphäre ist der entscheidende Motor für alle meteorologischen Prozesse in unserer Umwelt.

Der im Jahr 1989 gegründete Bereich Meteorologie, Klimatologie und Fernerkundung (MCR Lab) umfasst daher als einen Forschungsschwerpunkt die Grenzschichtmeteorologie, d.h. den Austausch von Energie, Masse und Impuls zwischen der Erdoberfläche und der bodennahen Atmosphäre, welcher durch die Struktur der Erdoberfläche räumlich und zeitlich stark modifiziert wird. Die Arbeiten der Forschungsgruppe legen einen besonderen Schwerpunkt auf den Bereich der Stadtklimatologie. Durch die vergleichsweise komplexen Randbedingungen einer städtischen Oberfläche werden auf engstem Raum sehr unterschiedliche Bedingungen für den Energiehaushalt und den turbulenten Austausch geschaffen. Zudem ist die Stadt mit ihrer Industrie und grossem Verkehrsaufkommen eine bedeutende Quelle für Schadstoffe und Treibhausgase wie Kohlendioxid, Stickstoffoxide oder Spurengase.

Fernerkundung

Mit Messstationen lassen sich punktuell und mit hoher zeitlicher Auflösung eine Vielzahl von Daten messen. Für flächendeckende Untersuchungen hingegen werden in zahlreichen Forschungsprojekten Daten von Satelliten oder bodengestützte Thermalkameras eingesetzt. Die räumlichen Gitterweiten dieser Daten reichen von wenigen Dezimetern bis zu  mehreren Kilometern. Dabei erfassen Satellitendaten gleichzeitig verschiedene Spektralbereiche des Lichtes und ermöglichen dadurch unter Zuhilfenahme der digitalen Bildverarbeitung und Geographischen Informationssystemen (GIS) sehr genaue und vielfältige Analysen. Hierdurch lassen sich die Punktmessungen aus der Grenzschichtmeteorologie mit räumlich verteilten Daten der Satellitenfernerkundung und der numerischen Modellierung kombinieren um so ein umfassendes Bild unserer Umwelt zu gewährleisten.

Numerische Modellierung

Neben der Messung von meteorologischen Elementen wie Lufttemperatur, kurz- sowie langwelliger Strahlung etc. umfasst das MCR Lab ebenfalls die Modellierung und Prognose des Wetters, inklusive der Strömungsbedingungen und der Ausbreitung von Luftschadstoffen. Dabei stehen insbesondere städtische Gebiete im Fokus. Die Wetterprognose betreibt eine Spin-off-Firma des MCR Lab mittels eines aufwendigen numerisches Vorhersagemodell, welches für verschiedenste Regionen der Erde und in variablen räumlichen Gitterweiten die Wettersituation für einen mehrtägigen Zeitraum vorausberechnet. Diese Informationen sind der Öffentlichkeit zugänglich unter der Adresse von meteoblue.

Spezielle Fragestellungen der Stadtklimatologie wie Temperaturverteilung, Wärmebelastung des Menschen, Strömungsbedingungen oder Ausbreitung von Emissionen unter sehr komplexen Randbedingungen (Einzelgebäude-Topologie, Strassenschluchten etc.) werden mit extrem hochauflösenden CFD-Modellen (Computational Fluid Dynamic) bzw. mit ENVImet™ betrieben und erfassen so kleinste Skalen.