Simulation der Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe Topographie, Geländemodelle, Koordinatensysteme W. Scheuermann Universität Stuttgart - Kontext der Ausbreitung - Mrz-17

Inhalte der Vorlesung Ziele und Kontext von Ausbreitungsrechnungen Ausbreitungsphänomene, Modellierung physikalischer Prozesse Freisetzung, Zerfall Topographie, Geländemodelle, Koordinatensysteme Windfeldmodelle Transportmodelle Dosisberechnung, chemische Prozesse in der Atmosphäre Simulationssysteme Softwareparadigmen / Frameworks Werkzeuge zur Modellierung (UML) Architektur von ABR_V2.0 Modelle in der ABR_V2.0 Benchmarks / Validierung W. Scheuermann Universität Stuttgart - Kontext der Ausbreitung - Mrz-17

Ich wünschte die Erde wäre eine Scheibe Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Koordinatensysteme Kartesisches Koordinatensystem x, y, z Koordinatensystem Konstante vertikale Maschen Geländefolgendes Koordinatensystem Berücksichtigt die Topographie Vertikale Maschenhöhe abhängig vom Ort Geografisches Koordinatensystem Georeferenzierung Zuordnung von Rechenergebnisse zu geographischen Orten Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Geografisches Koordinatensystem Geographisch: Bezug auf die Kugelform Ortsbestimmung durch Longitude (geograph. Länge) Latitude (geograph. Breite) Kurzform: Lat-Lon Angaben in Grad W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Geodätisches Koordinatensystem Ellipsoidisches Koordinatensystem Koordinaten eines Punktes P(B,L,H) B ellips. Breite Winkel zwischen Eliipsoidnormale in P und dem Äquator L ellips. Länge Winkel zwischen Nullmeridian und dem Meridian von P H ellips. Höhe Abstand von P von der Ellipsiodoberfläche Quelle: Koordinatensysteme, Wilfried Korth W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Geodätisches Koordinatensystem Bezugssystem, Referenzsystem Referenzellipsoid, das als Rechenfläche die Erdoberfläche im geophysikalischen Sinne annähert Bessel-Ellipsoid Bisher in Deutschland gebräuchlich WGS84: World Geodatic System 1984 Zunehmend von größerer Bedeutung Referenzellipsoid für GPS Bessel-Ellipsoid 1841 a = 6.377.397,155 b = 6.356.078,965 f = 1:299,15281 Erd-Ellipsoid WGS 84 a = 6.378.137,000 b = 6.356.752,315 f = 1:298,25722 Achsen a, b und der Abplattung f=(a-b)/a Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Projektionen Abbildung der Ellipsoids / der Kugel auf die Ebene a: zylindrisch b: konisch c: planar Quelle: A gentle Introduction to GIS W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Projektionen Für jede der Projektionsarten gilt: Jede so entstandene Karte weißt Verzerrungen auf Winkel Entfernung Fläche Robinson Projektion: Kompromiss hinsichtlich Winkel-, Entfernungs- und Flächentreue Quelle: Wikipedia Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Projektionen Winkeltreue Projektionen Entfernungstreue Projektionen Anwendung Navigation Meteorologie Mercator-Projektion Lambert-Projektion Entfernungstreue Projektionen Distanzmessung Seismische Untersuchungen Plate Carree Rektangularprojektion Flächentreue Projektion Bauplanung Albers gleichflächige Projektion Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Gauß-Krüger Koordinatensystem Das Gitternetz der geographischen Koordinaten wird in 3° breite Meridianstreifen aufgeteilt. Der Meridianstreifen wird auf einen Zylindermantel winkeltreu (konform) abgebildet. Seine Achse liegt in der Äquatorebene. Sein Radius ist gleich dem Meridiankrümmungsradius des Referenzellipsoids. Der Ursprung des Koordinatensystems ist der Schnittpunkt von Mittelmeridian und Äquator. Jeder Meridianstreifen geht vom Nord- bis zum Südpol parallel zu seinem so genannten Mittelmeridian. Referenzellipsoid: Bessel-Ellipsoid W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Gauß-Krüger Koordinatensystem Gauß-Krüger Meridiane In der Bundesrepublik Quelle: Wikipedia W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Gauß-Krüger Koordinatensystem Jeder Meridianstreifen erhält eine Kennziffer Sie leitet sich aus der Gradzahl des Mittelmeridians ab (0°, 3°, 6°,...) ab. Die eine Koordinate zählt vom Ursprung positiv nach Osten (Rechtswert), die andere Koordinate positiv nach Gitternord (Hochwert). Man liest die Rechts- und Hochwerte wie in jedem kartesischen Koordinatensystem ab, Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Gauß-Krüger Koordinatensystem Die Rechts- und Hochwerte werden in der SI-Einheit Meter angegeben. Der Hochwert gibt die Entfernung vom Äquator auf dem längentreu abgebildeten Mittelmeridian bis zum Ordinatenfußpunkt. Der Rechtswert die (verzerrte) Entfernung vom Mittelmeridian bis zum Punkt an. Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

UTM Koordinatensystem Universal Transverse Mercator Globales Koordinatensystem Abbildungsvorschrift wie bei Gauß-Krüger Referenzellipsoid: WGS84 Es teilt die Erdoberfläche (von 80° Süd bis 84° Nord) streifenförmig in 6° breite vertikale Zonen auf Jeder Streifen wird einzeln mit der jeweils günstigsten transversalen Mercator-Projektion verebnet und mit einem kartesischen Koordinatensystem überzogen werden. W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

UTM Koordinatensystem UTM Meridiane Westliche Europa Quelle: Geodätische Koordinatensysteme, Iwan Berger W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Georeferenzierung von Ausbreitungsergebnissen Generell: Numerische Lösung von Differenzialgleichungen Finite Differenzen Finite Elemente Bei Ausbreitungsmodellen: meist finite Differenzen auf Basis eines kartesischen Koordinatensystems Abbildung auf eine geeignete Koordinatensysteme Lat-Lon Gauß-Krüger UTM Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

Georeferenzierung von Ausbreitungsergebnissen Lat-Lon: Kein kartesisches Gitter Komplexe Umrechnung auf Lat-Lon Gauß-Krüger und UTM Beides sind kartesische Gitter Problematisch: Modellgebiet erstreckt sich über mehrere Streifen Streifenwechsel: Entfernungsberechnung auf Basis des Ausgangsstreifens starke Verzerrungen beim Übergang ABR: Umrechnung der Position von Messdaten in Lat-Lon W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Topographie und Geländemodelle Einfluss der Topographie: auf die Ausbildung des Windfeldes und die Konzentrationsverteilung W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Topographie und Geländemodell Basisdaten Fernerkundungsdaten der Erdoberfläche Vom Februar 2000 Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) Abdeckung: Landmasse Zwischen dem 60. nördlichen und 58. südlichen Breitengrad Auflösung: 3 Bogensekunden = ca. 90 m Koordinatensystem: Lat-Lon Kachelgröße: 1 Grad Benennung: N53E009“ für 53° Nord geographische Breite und 9° Ost W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Topographie und Geländemodell Ausschnitt von SRTM-Daten W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17

Topographie und Geländemodell Umwandlung von Lat-Lon in UTM WGS84 Speichern als Digitales Höhenmodell (DEM) Umrechnung auf die Maschen des Modellgebiet ABR: je Standort 20 x 10 km 50 x 50 km 200 x 200 km Streifenwechsel bei den Standorten Fessenheim Cattenom Name Universität Stuttgart - 1XX-123 – Modulthema - Mrz-17

ABR - Topographie W. Scheuermann Universität Stuttgart - Ziel und Rahmenbedingungen - Mrz-17