Frequently asked questions in the context of LASAT

• (14) What meaning has a concentration time series in the context of a dispersion class statistics (AKS)?
  
  No direct one, because the concentration values contain the statistical weight and cannot be directly interpreted (see also FAQ 11). Therefore, for calculations with an AKS, flag MNT in param.def should not be used..
  

• (13) Why is Rate=8 (equivalent to AUSTAL2000 quality level 2) in some situations not sufficient to faithfully calculate the frequency of odor hours?
  
  A sufficiently large number of simulation particles is required to avoid systematic effects in the calculation of odor hour frequencies (see the discussion in the annex of the program manuals of AUSTAL2000 and LASAT). Usually (one or several sources near ground and close together) Rate=8 (AUSTAL2000 quality level 2) is sufficient for time series calculations. However, if the sources are far apart or if a source, which is dominant with respect to the emission, has almost no contribution to the total concentration near ground due to its construction height and/or plume rise (but nevertheless takes most of particles, which are assigned to the sources according to their emissions), a considerably larger rate may be required. Once the systematic effect is avoided, the listed (absolute) statistical uncertainty is a faithful measure also for odor hours.
  
  
  
• (12) Why are some non AUSTAL2000 substances not evaluated by the LTool Lopxtr?
  
  Avoid using a minus sign ("-") in the name of the substance. It is interpreted by LTools as the marker for a subsequent diameter fraction according to TA Luft. Use an underscore ("_") instead.
  

• (11) What is the meaning of the total emission that is written out by LASAT (since 3.1) to lasat.log in a calculation for a dispersion class statistics (AKS)?
  
  The total emission has no direct meaning as such a calculation refers to a weighted average over stationary situations without time reference (an assignment of one hour to a single meteorological situation and of one year to the statistics in total is a matter of interpretation).
  
  In the calculation, each meteorological situation is formally run over one day (in a way that yields a result corresponding to a stationary situation). At the beginning of the day, the emission takes place over a time interval proportional to the statistical weight of the situation. The sum of emission times over all situations is one day. In addition, the constant emission rate q provided by the user is multiplied with the number of situations N, so that the average over all N days corresponds to the average over all stationary situations.
  
  The formal total emission is therefore q*24h*N. For comparison: The total emission in a true time series calculation over one year is (for constant q) is q*24h*365. The total emission in a calculation for a dispersion class statistics is thus by a factor N/365 heigher than the total emission of a corresponding time series calculation, where N is the number of situations that is provided in file param.def as parameter Average.
  
  Note that parameter Emisfac in file emissions.def must be declared as time-dependent. The time series is set by Lprtaks in file variable.def. It controls the turn on and off of the emission and the multiplication by N.
  
  
  
• (10)  Which precausions must be considered on applying  DEF files from the temporary AUSTAL2000 directory WORK for a calculation with LASAT?
  
  This must be done, if at all, with special care because  the DEF files do not necessarily obey the LASAT conventions. For example, for rated odorants the Flag RATEDODOR must be inserted by hand in param.def (before AUSTAL2000 2.5).  
  
  Also files meteo.def and metlib.def require care: The value of the roughness length and the version of the boundary layer model may not be modified as this would result in incorrect values of the Monin-Obukhov length listed in these files (the value depends on the roughness length and the boundary layer model - 2.1 and 2.6 apply different classifications).
  
  
  
• (9)  Why are the values Ua and Ra specified in meteo.def for more than one anemometer height  (Ha = { ... }) not used?
  
  Specification of more than one anemometer height is not allowed with the TA Luft profile version 2.6. Use the default version 2.1 instead. 
  

• (8)  What must be considered when applying external wind fields?
  
  
  • The wind fields must be defined on the Arakawa-C net.
    
    
  • Before the actual dispersion calculation, any divergence in the provided wind field is internally removed by a simple adjustment of the z-components. To keep this modification at a minimum, the provided wind fields should be already sufficiently free of divergence.
    
    
  • For an application of the wind fields without scaling, file meteo.def must still contain an explicit value for Ua and the stability class (or Monin-Obukhov length) as these values are required by LASAT to determine the friction velocity and the (plain) turbulence profiles. The stability class (or Monin-Obukhov length) is also required internally to set the plume rise according to VDI 3782/3 or VDI 3784/2. Without plume rise and with provision of all wind and turbulence fields, a formal stability class (or Monin-Obukhov length) is required to mark the time interval as valid.
    
    
  • The meteorological fields actually applied by LASAT can be inspected with the help of the program Lprprf. It writes out for a specified time to file prfa0li.dmna the model fields as they are applied in the actual disperrsion calculation. This is an important tool to check whether the fields have been created as required by LASAT. Before carring out the dispersion calculation, the files prfa0li.dmna should be deleted, otherwise Lasat takes the fields directly from these files and changes in meteo.def or the external wind fields would not be accounted for.
    
  • Buildings: Buildings are resolved on the calculation grid. A cell is interpreted as building cell if the vertical component Vs of the wind vector at the bottom of the cell is less or equal -99 m/s. Below a building cell there may be no free cell (this would result either in an error message or in incorrect concentration values).  
    
    
  • Terrain profile and nested grids: LASAT adjusts the z-values specified in files srfa0li.dmna for the two boundary stripes of inner grids at hand of the values of the next coarser grid. This "tuning" guarantees a smooth transition between the grids. The resulting values are written to the wind fields generated by LASAT. If external fields are provided, they must contain these tuned z-values. In default mode (index Wind not set), LASAT checks the z-values of the wind field files with the internally created ones and aborts with an according error message if they do not agree.
    
  

• (7) In stark gegliedertem Gelände erhalte ich Konzentrationsverteilungen, die ich so nicht erwarten würde (z.B. Ansammlung von Schadstoffen in einer Talebene).

  Prüfen Sie, ob die Restdivergenz des Windfeldes hinreichend klein ist. Bei starken Geländeunebenheiten (Steigungen von mehr als 1/4) konvergiert das Iterationsverfahren bei der Beseitigung der Divergenz nur langsam, 100 Iterationsschritte (Standard) sind hier eventuell nicht ausreichend (Parameter Im in grid.def). Als Faustregel sollte die Restdivergenz (Dimension Geschwindigkeit/Länge, siehe Lprwnd.log) deutlich kleiner sein als die typische Anströmgeschwindigkeit geteilt durch die typische Hindernisabmessung.
  

• (6)  Was muß ich bei der Definition von Gebäuden beachten?
  • Gebäude werden auf dem Rechengitter aufgerastert und in dieser Form berücksichtigt. Die Aufrasterung wird standardmäßig in der Datei volout00.dmna ausgegeben und kann hier überprüft werden.
  • Die Unterkante eines Gebäudes liegt immer auf dem Erdboden.
  • Die Dachneigung verläuft immer parallel zum Erdboden.
    
  

• (5) Warum werden Änderungen in manchen Eingabedateien (zum Beispiel Gebäudedefinitionen oder meteorologische Parameter) nicht erkannt?

  Vor einer Rechnung schauen Programme wie Lprwnd oder Lprgrd nach, ob schon binäre Parameterdateien vorhanden sind (zum Beispiel grdaxxx.arr, sldaxxx.arr, srfa100.arr). Sind diese vorhanden, werden sie nicht neu erzeugt. Löschen Sie vor dem Programmstart diese Dateien, damit Ihre Parameteränderungen auch wirklich berücksichtigt werden.
  

• (4)  Was ist bei der Berechnung von Windfeldern in komplexem Gelände zu beachten?

  Der an der Anemometerposition vorgegebene Windvektor wird zur Erzeugung des freien Anströmfeldes verwendet, welches dann an das Gelände angeglichen und divergenzfrei gemacht wird. Bei diesem Vorgang kann sich auch der Windvektor an der Anemometerposition ändern. Damit das endgültige Windfeld am Anemometerort exakt die vorgegebenen Werte besitzt, müssen zuerst zwei Basisfelder erzeugt werden (zum Beispiel Anströmung aus Süden und aus Westen), aus denen durch Linearkombination das endgültige Windfeld gebildet wird (Windfeldbibliothek). Dieses Verfahren ist vor allem dann vorzuziehen, wenn das Anemometer nicht in freiem Gelände, sondern zum Beispiel in der Nähe eines Berghangs liegt. Die Verwendung von (eventuell intern erzeugten) Basisfeldern ist daher die Standardeinstellung.

  Beachten Sie, daß für sehr ungünstige Anemometerpositionen die Basisfelder am Anemometerort aufgrund von zum Beispiel  Kanalisierungseffekten bei stabiler Schichtung fast parallel verlaufen können. In diesem Fall ergeben sich meist sehr hohe Werte für die Faktoren, die zur Linearkombination verwendet werden (siehe lprwnd.log) und es treten im endgültigen Windfeld unerwünschte Effekte auf. Es ist daher wichtig, die Anemometerposition in komplexem Gelände sorgfältig zu wählen.
  
  Bei der Überlagerung von Basis-Windfeldern für komplexes Gelände und Netzschachtelung kann es für Netze, die nicht die Anemometerposition enthalten, passieren, daß die Basisfelder nicht korrekt überlagert werden. In der Regel liegt das Anemometer im feinsten Netz, so daß dieses Problem nicht auftritt. Bei der Verwendung eines Geländeprofils wird empfohlen, das feinste Netz immer so zu wählen, daß es die Anemometerposition enthält, da die Überlagerung der Basisfelder sonst als Notbehelf anhand der Windwerte eines gröberen Netzes erfolgen muß.
  

  

• (3)  Warum konvergiert die Berechnung des Windfeldes mit Lprwnd für stabile Schichtung für ein von mir gewähltes Gelände mit großen Höhenunterschieden  nicht?

  Das diagnostische Windfeldmodell Lprwnd verwendet zur Berechnung des Windfeldes in komplexem Gelände die

  Gewichtungsfaktoren av und ah. Ist av>1, so wird ein Hindernis eher umströmt als überströmt. Die resultierende Strömung entspricht einer Potentialströmung (av=1), die sich ergeben würde, wenn das Hindernis um den Faktor av erhöht wäre. Der Faktor av wird aus einer charakteristischen Geschwindigkeit, vc, und einer charakteristischen Längenskala der Geländeunebenheiten berechnet. Bei Gelände mit starken Höhenunterschieden kann es vorkommen, daß das so berechnete av zu groß ist. Für diesen Fall ist bekannt, daß Konvergenzprobleme auftreten können. Erfahrungsgemäß sollte av den Wert 5 nicht überschreiten. Über die Aufrufoption -m<AvMax> von Lprwnd kann ein reduzierter Maximalwert für av vorgegeben werden (Standard ist 10).
  

• (2)  Warum ergeben sich in meiner Rechnung in komplexem, stark erhöhtem Gelände mit Lprwnd für labile Schichtungen unsinnige meteorologische Profile?

  Beachten Sie, daß in LASAT die Mischungsschichthöhe für negative Monin-Obukhov-Längen (labile bis neutrale Schichtungen, Klassen III/2, IV, V) über NN gerechnet wird. Hat das Gelände einen globalen Höhen-Offset (beispielsweise ein Hügel auf einem Plateau), so sollte dieser Offset zu der Mischungsschichthöhe dazuaddiert werden. Dies geschieht über die Angabe  von HmMean  in der Datei wetter.def (zum Beispiel HmMean = { 0  0  0 1500.0 1800.0 1800.0 } für einen Offset von 700 m; bei der Angabe 0 wird der Standardwert übernommen).
  

• (1) Wenn ich die Quellstärke um einen Faktor 1000 erhöhe, so ergeben sich nicht um genau einen Faktor 1000 erhöhte Konzentrationen - warum?

  Im ersten Moment würde man erwarten, daß sich in diesem Fall exakt um einen Faktor 1000 erhöhte Konzentrationen ergeben, da die Trajektorien der Simulationsteilchen unverändert bleiben und sich nur die Masse, die von jedem Simulationsteilchen repräsentiert wird, erhöht. Bei der Berechnung der Gesamtteilchenzahl, die von der Quellstärke abhängt, können jedoch Rundungsfehler auftreten (die Teilchenzahl muß ganzzahlig sein!), so daß bei Vorgabe einer anderen Quellstärke auf einmal mit einem Teilchen mehr oder weniger gerechnet wird. Damit teilt sich auch die Folge von Zufallszahlen, die zur Berechnung der Teilchentrajektorien benötigt werden, anders auf die Teilchen auf und es entstehen entsprechend andere statistische Fluktuationen in der Konzentrationsverteilung.