ausbreitung Brechung - Refraktion - Leiser Verkehr
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Schall<strong>ausbreitung</strong> unter<br />
meteorologischen und topografischen<br />
Gegebenheiten<br />
Dietrich Heimann<br />
DLR - Institut für Physik der Atmosphäre<br />
Weßling - Oberpfaffenhofen
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
mal laut, mal leise - je nach Wetter ?
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Ungestörte Schall<strong>ausbreitung</strong> im Raum
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Schall<strong>ausbreitung</strong> in der Atmosphäre<br />
Temperatur<br />
Wind<br />
Turbulenz<br />
Feuchte<br />
Energie<br />
Impuls<br />
Masse<br />
Topographie<br />
Absorption<br />
<strong>Refraktion</strong><br />
Streuung<br />
Schallfeld<br />
Reflexion<br />
Diffraktion<br />
Abschattung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Luftdämpfung - Absorption<br />
5 kHz<br />
4 kHz<br />
3,15 kHz<br />
2,5 kHz<br />
2.0 kHz<br />
1 kHz<br />
0,5 kHz<br />
Quelle: B.Buna: „Verminderung des <strong>Verkehr</strong>slärms“ Springer Verlag, Berlin 1988
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Höhe<br />
<strong>Brechung</strong> - <strong>Refraktion</strong><br />
Schallgeschwindigkeit ist temperaturabhängig<br />
warm<br />
kalt<br />
kalt<br />
warm
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Höhe<br />
Gegenwind<strong>ausbreitung</strong><br />
<strong>Brechung</strong> - <strong>Refraktion</strong><br />
Schallwellen werden mit Wind verfrachtet<br />
Mitwind<strong>ausbreitung</strong>
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
<strong>Brechung</strong> - <strong>Refraktion</strong><br />
Aufwärtsbrechung<br />
Bildung einer<br />
Schattenzone<br />
Abwärtsbrechung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Streuung<br />
an Turbulenz<br />
Beugung/Diffraktion<br />
<strong>Refraktion</strong>sbedingte Schattenzone
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Quelle: V.Mellert, A.Sill (Hsgb.) : „Meteorologische Einflüsse auf die Schall<strong>ausbreitung</strong>“<br />
Schriftenreihe der Universität Oldenburg, 1988
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Impedanzverhältnis Boden:Luft<br />
bestimmt ...<br />
• Anteil der reflektierten<br />
Schallenergie<br />
• Phasenverschiebung<br />
der reflektierten Schallwellen<br />
schallharter/schallweicher Boden<br />
Bodeneffekte - Reflexion
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Reflexion<br />
an Orografie<br />
Mehrfachreflexion<br />
bei Abwärtsbrechung<br />
Bodeneffekte - Reflexion
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Atmosphäre abhängig von der Wetterlage
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
height<br />
1500 m<br />
100 m<br />
inversion<br />
Atmosphäre abhängig von der Tageszeit<br />
-1K/100m<br />
neutral: bedeckt, starker Wind<br />
stabil: wolkenarm, Nacht<br />
instabil: wolkenarm, Tag<br />
stable<br />
neutral<br />
unstable<br />
geostrophic wind speed<br />
LLJ<br />
stable<br />
neutral<br />
unstable<br />
temperature wind speed<br />
stable<br />
neutral<br />
unstable<br />
turbulence
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Meteorologischer<br />
Messmast<br />
der LMU München<br />
in Garching<br />
1 Jahr<br />
1452 Zeitpunkte
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
sound level in dB(A)<br />
Anwendung auf PE-Simulationen<br />
(E.Salomons, TNO)<br />
1 Simulation je Profil = 1452 Simulationen<br />
(= 1 Jahr, alle 6 Stunden)<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
20 m<br />
200 m<br />
1000 m<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400<br />
profile number<br />
1 dB<br />
6 dB<br />
30 dB<br />
20 m<br />
200 m<br />
1000 m
sound level in dB(A)<br />
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
Anwendung auf PE-Simulationen (E.Salomons, TNO)<br />
1 Simulation je Profil = 1452 Simulationen<br />
20 m, corr = −0.95<br />
200 m, corr = 0.76<br />
1000 m, corr = 0.68<br />
−1 −0.5 0 0.5 1<br />
a (m/s)<br />
0<br />
sound level in dB(A)<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
20 m, corr = −0.45<br />
200 m, corr = 0.9<br />
1000 m, corr = 0.87<br />
−0.2 −0.1 0 0.1 0.2<br />
a (1/s)<br />
1<br />
Logarithmischer Anteil Linearer Anteil
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
46<br />
L eq<br />
dB(A)<br />
40<br />
34<br />
West<br />
0° 90° 180° 270° 0°<br />
270°<br />
Nord<br />
0°<br />
180°<br />
Süd<br />
25 Klassen<br />
1000 m Entfernung<br />
Ausbreitungsrichtung<br />
90°<br />
Ost<br />
49 Klassen<br />
121 Klassen<br />
9 Klassen<br />
4 Klassen<br />
6 dB(A)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Direkte Messungen vertikaler Wind- und Temperaturprofile ...<br />
... sind teuer und selten
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Ausweg:<br />
Bodenmessnetz + TA Luft<br />
BRD:<br />
mittlerer Stationsabstand:<br />
ca. 50 km
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Mesoskala: Windsysteme über unebenem Gelände<br />
mountains<br />
15 km<br />
plain<br />
T a u n u s<br />
Nächtliche Kaltluftabflüsse<br />
in der Main-Taunus-Region<br />
Quelle: Regionale Planungsgemeinschaft Untermain: „Lufthygienisch-meteorologische Modelluntersuchung<br />
in der Region Untermain“, Abschlussbericht, Frankfurt 1977<br />
Frankfurt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Möglicher Ausweg:<br />
modellbasierte Regionalklimatologie � hoher Rechenaufwand<br />
Quelle: Heimann (1986)<br />
Frankfurt Airport Kl.Feldberg<br />
Darmstadt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Atmosphärenmodell<br />
Schall<strong>ausbreitung</strong>ssimulation<br />
Atmosphäre<br />
Orografie<br />
Hindernisse<br />
Boden<br />
Schallfeld<br />
Schall<strong>ausbreitung</strong>smodell<br />
Schallquelle
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Höhe über Straßenniveau (m)<br />
Optimierung<br />
von Lärmschutzwänden<br />
bei Windeinfluss<br />
leise laut<br />
Abstand in m
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Auswahl einer geeigneten<br />
Autobahntrasse<br />
geringe Nebelbildung<br />
auf der Trasse<br />
geringe Behinderung der<br />
Frischluftströme<br />
geringe Lärmbelastung<br />
im Wohngebiet<br />
Umweltoptimierte <strong>Verkehr</strong>s-Trassen<br />
geringe Schadstoffbelastung<br />
im Bannwald<br />
Variante A<br />
Variante B
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Wetterabhängige Lärmschutzmaßnahmen<br />
60<br />
50 dBA 50 dBA
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.<br />
Zusammenfassung:<br />
� meteorologische Einflüsse auf die Schallimmission:<br />
200 m 1000 m<br />
Einzelsituationen: ca. 6 dB ca. 30 dB<br />
Langzeitmittel (Klima): ca. 1 dB ca. 6 dB<br />
angestrebte Genauigkeit: 2 dB 2 dB<br />
� Berücksichtigung bei Mittelungspegeln:<br />
- meteorologische Klassen<br />
- lokale klimatologische Häufigkeiten<br />
� Schwierigkeiten in gegliedertem Gelände (= Großteil Europas)<br />
- Datenrepräsentanz<br />
- entfernungsabhängige Meteorologie<br />
� Anwendungsmöglichkeiten gekoppelter meteorologisch-akustischer Modelle<br />
- Genehmigung<br />
- Planung<br />
- Regulierung
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