Methodik
- Höchste Präzision: Die wissenschaftliche Verifikation unseres einzigartigen Stadtklimamodells, die über einen Zeitraum von 3 Jahren durchgeführt wurde, zeigt einen Modellfehler von unter 1°C für die zwischen Wetterstationen berechneten Temperaturen. Unsere 24-Stunden-Lufttemperaturvorhersage hat eine Genauigkeit von 1,2 K und bietet damit effektiv die präziseste Vorhersage für jeden Punkt in einer Stadt.
- Künstliche Intelligenz: Das städtische Klimaüberwachungssystem von meteoblue verwendet eigene künstliche Intelligenz, um meteorologische In-situ-Messungen mit Satellitendaten und numerischen Vorhersagemodellen zu kombinieren, um präzise Daten mit einem Minimum an Sensoren auf die wirtschaftlichste Art und Weise zu erhalten.
- Nahtlos von der Historie zur Prognose: Wir bieten historische Daten, Echtzeit-Updates und eine 7-Tage-Vorhersage für jeden Ort innerhalb einer Stadt. Zusätzlich verwenden wir Klimaprojektionen, um die Lufttemperatur und den Niederschlag für verschiedene Zeithorizonte (z. B. bis 2050) unter Berücksichtigung verschiedener Emissionsszenarien zu schätzen.
- Hohe Auflösung: Unsere Stadtklimamodelle haben eine horizontale Auflösung von 10 m und lösen die gesamte mikroskalige Variabilität der Lufttemperatur- und Windgeschwindigkeitsfelder auf, wodurch Wetterinformationen bis vor jede Tür gebracht werden.
- Mehrere meteorologische Variablen: Wir bieten Messungen verschiedener meteorologischer Variablen (Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag) an und stellen modellierte Windgeschwindigkeit und -richtung mit hoher räumlicher Auflösung für eine Vielzahl von Anwendungen zur Verfügung.
- Mehrere Schnittstellen: Unsere Produkte sind über API, FTP-Server, Web, und App, und bieten Ihnen einfachen Plug & Play-Zugang zu allen möglichen Anwendungen.
Variablen und Anwendungsfälle
- Städtische Wärmeinseln und ihre Auswirkungen auf Menschen mit gesundheitlichen Problemen
- Temperaturschätzungen und ihre Anwendung in der Stadtplanung
- Hochwasserüberwachung und Planung der Wintersaison
- Bedeutung von Windströmungen bei der Stadtplanung
- Luftqualitätsvorhersage und Anwendungen
Temperatur
Die modellierte Lufttemperatur kann zur Überwachung städtischer Wärmeinseln, zur Bestimmung ihrer Ausdehnung und zur Warnung der Bevölkerung vor großem Hitzestress in bestimmten Stadtgebieten dienen. Diese Warnungen sind besonders für gesundheitlich gefährdete Personen, ältere Menschen oder Schwangere von Bedeutung.
Schätzungen der Lufttemperatur können außerdem von Stadtplanungsämtern und Architekturbüros für eine klimafreundliche Gestaltung von neuen Flächen, Umgestaltungen von Parks, Plätzen und Gebäuden eingesetzt werden, um optimale Lösungen für die Stadtbewohner zu schaffen.
Windgeschwindigkeit und -richtung
Um das Stadtgebiet im Sommer abzukühlen, ist es von entscheidender Bedeutung, Kaltluftkorridore zu erhalten, die frei von Gebäuden sind, die den Luftstrom blockieren würden. Um die Kaltluftkorridore zu ermitteln, werden Windströme und Windfelder anhand von modellierten Winddaten geschätzt.
Die Daten können auch zur Verfolgung von Feinstaub und Luftverschmutzung im Allgemeinen sowie zur Unterscheidung von Entlastungs- und Problemgebieten verwendet werden. Genaue Daten zu den Windströmungen sind auch für die Ausgabe präziserer Warnungen bei Bränden und Rauch nützlich.
Im Frühjahr und Sommer ist es wichtig, den Pollenflug in komplexen städtischen Gebieten genau vorherzusagen, um Allergiker zu informieren.
Niederschlag
Die Niederschlagsmenge kann auch in kleinen Gebieten stark variieren. Die Überwachung ist daher wichtig. Für Hochwasserschätzungen und die folgliche Planung und Evakuierung ist es wichtig, den genauen Ort des Starkniederschlags zu bestimmen. Anhand modellierter Niederschlagsdaten können Planer und Versicherungen wetterbedingte Schadensmeldungen leicht überprüfen.
Im Winter ist es nützlich zu wissen, wo und wie viel Schnee zu erwarten ist. Kommunale Einrichtungen können so auf der Grundlage der bereitgestellten Daten die Streusalzvorräte für die Wintersaison besser planen.
Was ist eine lokale Klimazone?
meteoblue bietet lokale Klimazonenkarten für jede Stadt der Welt. Eine Klimazonenkarte wird aus Satellitenbildern mit einer horizontalen Auflösung von 10 m erstellt, wobei proprietäre Algorithmen zur Erfassung der Bodenverhältnisse verwendet werden. Die Informationen über lokale Klimazonen (LCZ) bilden die Grundlage für die Positionierung von Sensoren, für statistische Analysen und für die Validierung und Verbesserung von Modellen.
Lokale Klimazonen sind ein Mittel zur Klassifizierung von Oberflächentypen, die das lokale Klima unterschiedlich beeinflussen. 10 LCZ-Typen (1-10) beschreiben bebaute Gebiete in Bezug auf Gebäudetypen und räumliche Anordnung, Materialien, menschliche Aktivitäten, Pflanzen, Bodeneigenschaften usw.
7 weitere Typen (A-G) beschreiben die Landbedeckung im Hinblick auf Pflanzenbedeckung und Bodenoberflächeneigenschaften. Die Definitionen von LCZ wurden in Stewart, I.D. eingeführt. und Oke, T.R. 2012. Lokale Klimazonen für städtische Temperaturstudien.
— Bulletin of the American Meteorological Society, 93: 1879-1900.
- Kompakte, hohe Bebauung: ist gekennzeichnet durch eine dichte Mischung von hohen Gebäuden (mehr als 10 Stockwerke) aus Beton, Stahl, Stein und Glasbaustoffen. Es gibt wenig oder gar keine Vegetation und die Oberfläche ist grösstenteils gepflastert.
- Kompakte, mittelhohe Bebauung: LCZ 2 ist durch eine dichte Mischung von Gebäuden mittlerer Höhe (3-9 Stockwerke) aus Beton, Stahl, Stein und Glas gekennzeichnet. Es gibt wenig oder gar keine Vegetation und die Oberfläche ist grösstenteils gepflastert
- Kompakte, niedrige Bebauung: LCZ 3 ist durch eine dichte Mischung von Gebäuden niedriger Höhe (1-3 Stockwerke) aus Beton, Stahl, Stein und Glas gekennzeichnet. Es gibt wenig oder gar keine Vegetation und die Oberfläche ist grösstenteils gepflastert.
- Offene, hohe Bebauung: LCZ 4 charakterisiert sich durch eine offene Anordnung von hohen Gebäuden (mehr als 10 Stockwerke) mit Beton, Stahl-, Stein- und Glasbaustoffen. Niedrige Pflanzen und vereinzelte Bäume schaffen eine durchlässige Bodenbedeckung.
- Offene, mittelhohe Bebauung: LCZ 5 charakterisiert sich durch eine offene Anordnung mittelhoher Gebäude (3-9 Stockwerke) mit Beton, Stahl-, Stein- und Glasbaustoffen. Niedrige Pflanzen und vereinzelte Bäume schaffen eine durchlässige Bodenbedeckung.
- Offene, niedrige Bebauung: LCZ 6 charakterisiert sich durch eine offene Anordnung niedriger Gebäude (1-3 Stockwerke) mit Beton, Stahl-, Stein- und Glasbaustoffen. Niedrige Pflanzen und vereinzelte Bäume schaffen eine durchlässige Bodenbedeckung.
- Leichte, niedrige Bebauung: LCZ 7 zeichnet sich durch eine dichte Mischung aus eingeschossigen Gebäuden mit leichten Baumaterialien wie Holz, Stroh und Wellblech. Es gibt wenig oder gar keine Vegetation, und die Oberfläche ist meist hart geteert.
- Grosse, niedrige Bebauung: LCZ 8 ist durch eine offene Anordnung von grossen Flachbauten (1-3 Stockwerke) aus Beton, Stahl-, Stein- und Metallkonstruktionen gekennzeichnet. Es gibt wenig oder gar keine Vegetation und die Oberfläche ist meist gepflastert.
- Spärliche Bebauung: LCZ 9 ist durch eine spärliche Anordnung von kleinen oder mittelgrossen Gebäuden in einer natürlichen Umgebung gekennzeichnet. Niedrige Pflanzen und vereinzelte Bäume schaffen eine durchlässige Bodenbedeckung.
- Schwerindustrie: Die LCZ B ist durch laubabwerfende und/oder immergrüne Bäume gekennzeichnet. Es handelt sich um eine leicht bewaldete Landschaft und die Bodenbedeckung ist meist durchlässig. Die Zone fungiert als Naturwald, Baumzucht oder Stadtpark.
- Dichte Bäume: LCZ A ist durch laubabwerfende und/oder immergrüne Bäume gekennzeichnet. Es handelt sich um eine stark bewaldete Landschaft und die Bodenbedeckung ist meist durchlässig. Die Zone fungiert als Naturwald, Baumzucht oder Stadtpark.
- Vereinzelte Bäume: Die LCZ B ist durch laubabwerfende und/oder immergrüne Bäume gekennzeichnet. Es handelt sich um eine leicht bewaldete Landschaft und die Bodenbedeckung ist meist durchlässig. Die Zone fungiert als Naturwald, Baumzucht oder Stadtpark.
- Büsche, Sträucher: LCZ C ist durch eine offene Anordnung von Büschen, Sträuchern und kurzen, holzigen Bäumen gekennzeichnet. Die Bodenbedeckung ist meist durchlässig und besteht aus nacktem Boden oder Sand. Die Zone funktioniert als natürliches Buschland oder Landwirtschaft.
- Niedrige Bepflanzung: Die LCZ D ist durch eine strukturlose Landschaft mit Gras- oder Staudenpflanzen oder Feldfrüchten gekennzeichnet. Es gibt wenig oder keine Bäume. Die Zone funktioniert als natürliches Grünland, Landwirtschaft oder Stadtpark
- Blanker Fels, Versiegelung: LCZ E ist durch eine strukturlose Landschaft mit Felsen oder Pflasterung gekennzeichnet. Es gibt wenig oder keine Vegetation. Die Zone fungiert als natürliche Wüste (Fels) oder als städtischer Verkehrsraum.
- Blanker Boden, Sand: LCZ F ist durch eine strukturlose Landschaft mit Boden- oder Sandbedeckung gekennzeichnet. Oft gibt es wenig oder keine Vegetation. Die Zone funktioniert als natürliche Wüste oder Landwirtschaft.
- Wasser: LCZ G ist gekennzeichnet durch grosse, offene Gewässer wie Meere und Seen oder kleine Gewässer wie Flüsse, Stauseen und Lagunen.
Wissenschaftliche Dokumentation
Kleinräumige Modellierung von meteorologischen Variablen
meteoblue berechnet kleinräumige meteorologische Variablenfelder für Städte mit einer horizontalen Auflösung von 10 m für jeden Messzeitschritt von 15 Minuten. Die meteoblue Stadtklimamodelle interpolieren Standorte zwischen den Sensorstandorten mit speziellen Techniken, die Daten von Satelliten sowie digitale Oberflächen- und Höhenmodelle berücksichtigen.
Lufttemperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und Windrichtung werden für jeden beliebigen Ort in der Stadt ermittelt und bringen Wetterinformationen bis vor jede Haustür. Auf Grundlage des kleinräumigen Lufttemperaturfeldes werden städtische Wärmeinseln ebenso wie Kaltluftflüsse erfasst.
Darüber hinaus können auf Basis hochauflösender Niederschlagsdaten Hochwasser- und Hagelwarnungen für die Stadt erstellt werden. Die Luftverschmutzung wird automatisch bewertet, indem lokale Datenquellen zur Luftverschmutzung mit einer dreidimensionalen Windfeldberechnung kombiniert werden.
Hohe Rechenleistung des Clusters
meteoblue verwendet Stadtklimamodelle mit einer sehr genauen horizontalen Auflösung von bis zu 0,5 m (siehe Sky View Factor in der linken Abbildung). Der Sky View Factor drückt den Anteil des Himmels aus, der von einem Punkt auf einer Oberfläche sichtbar ist. Straßenschluchten oder von Bäumen bedeckte Gebiete haben einen niedrigen Sky View Factor im Gegensatz zum hohen Sky View Factor von offenen Plätzen und Gebäudedächern.
Die Modellberechnungen erfordern erhebliche Rechenleistung. Historische Daten, Nowcast, eine 7-Tage-Vorhersage sowie Klimaprojektionen werden für jeden beliebigen Punkt in der Stadt berechnet und sind in der meteoblue Datenbank verfügbar.
Hohe Genauigkeit der Stadtklimamodelle
Die meteoblue Stadtklimamodelle erreichen mit der räumlichen Interpolationstechnik eine einzigartige Genauigkeit mit Fehlern unter 1°C (stündlicher MAE), wobei der Fehler mit zunehmender Stationszahl abnimmt.
Wir können die Anzahl der benötigten Stationen berechnen, um die gewünschte Genauigkeit der modellierten Daten zu erreichen. Basierend auf unseren bestehenden Verifikationsstudien kann für unsere 24-Stunden-Vorhersage eine Genauigkeit von 1,2 °C stündlicher MAE für die Lufttemperatur erwartet werden.
