Dreidimensionale Vermessung von Strömungsfeldern in Glaziologie und Stadtklimatologie mittels Lichtfeldfotografie

  Lichtfeldaufnahme WSA 3D Geschwindigkeitsfeld aufgenommen mit einer Lichtfeldkamera (Raytrix R29):Vektoren visualisieren lokale Fluidgeschwindigkeiten.

Zur Beschreibung des Einflusses von Klimaveränderungen hat die energetische Untersuchung klimatologisch relevanter Systeme in den letzten Jahren massiv an Bedeutung gewonnen. In der klimatologischen Forschung an der RWTH betrifft dies unter anderem die Bilanzierung von Gletschereis, die vor allem wegen ihres Einflusses auf den globalen Meeresspiegel und die Trinkwasserversorgung von erheblicher Relevanz ist. Weiterhin ist die Stadtklimatologie ein unabdingbarer Faktor bei der Stadtplanung geworden, um beispielsweise unter sich ändernden klimatologischen Randbedingungen bioklimatische Belastungen zu vermeiden und die Einhaltung von Schadstoff-Grenzwerten gewährleisten zu können.

In beiden Bereichen – Glaziologie und Stadtklimatologie – ist die Auflösung der lokalen Energiebilanz ausschlaggebend. Erst durch eine geschlossene Energiebilanz ist eine umfassende Untersuchung und Modellierung von Abschmelzprozessen an Gletschern möglich, da diese Prozesse stark mit der Energiebilanz gekoppelt sind. In der Stadtklimatologie ist von starkem Interesse, wie moderne Baumaterialien das städtische Klima beeinflussen. Das Entstehen sogenannter Wärmeinseln im städtischen Bereich hat gesundheitliche Konsequenzen, vor allem für eine alternde Bevölkerung. Diese Problematik kann umso genauer vorhergesagt und somit durch planerische Maßnahmen vermieden werden, je genauer die Erwärmung der Luft durch eine möglichst geschlossene Energiebilanz an den entsprechenden Oberflächen beschrieben werden kann.

Der Schlüssel zur Schließung der Energiebilanz liegt in der Kenntnis des konvektiven Wärmeübergangs von der Oberfläche zur Umgebung beziehungsweise von der Umgebung zur Oberfläche. Die konvektive Wärmeübertragung hängt maßgeblich von den Strömungsbedingungen der Umgebungsluft ab, sodass die Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit unabdingbare Voraussetzung zur Schließung der Energiebilanz ist.

Das Ziel dieses Projektes ist, eine Messmethodik für klimatologische Feldmessungen zu entwickeln, die gestattet, dreidimensionale Luftströmungen innerhalb eines großen Messvolumens zu erfassen. Diese Messtechnik soll auf der konventionellen Particle Image Velocimetry (PIV) basieren, diese jedoch durch eine neuartige Kameratechnik für die Klimatologie anwendbar machen. Zum Einsatz kommt jedoch eine am Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung vorhandene Lichtfeldkamera (Raytrix R29), die es gestattet, die Position eines Partikels im dreidimensionalen Raum zu erfassen.

 

Projektdetails

Projektlaufzeit

9/2014 – 2/2015

Gefördert durch

Speed Project ERS

Kooperationspartner

  • Geographisches Institut der RWTH Aachen

Infrastruktur

  • Helium Bubble Generator
  • Lichtfeldkamera