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Hauptinhalt
Alpine 3D ist ein räumliches, dreidimensionales Schneedecken- und Erdoberflächen-Modell, das vom SLF entwickelt wurde. Es simuliert auf einer Gebirgs-Topographie die wichtigsten physikalischen Prozesse (Massen- und Energieaustausch), die zwischen Atmosphäre, Schnee und Boden stattfinden. Es besteht aus verschiedenen Modulen, die je nach Bedarf hinzugeschaltet werden können:
- Schneedecke, Vegetation und Boden („SNOWPACK“)
- Schneetransport („SnowDrift“)
- Strahlung („EBalance“)
- Abfluss („runoff“)
Alpine 3D hat eine ganze Palette von Anwendungs-Möglichkeiten. Hauptsächlich wird es für die Beurteilung von Wasser-Ressourcen in Gebirgs-Einzugsgebieten eingesetzt (Michlmayr et al., 2008). Dies umfasst auch die Vorhersage von zukünftig zu erwartenden Schneeverhältnissen. Hierfür werden die Simulationen auf der Basis von Klimawandel-Szenarien durchgeführt (Bavay et al., 2009, 2012). Ein weiteres Anwendungs-Beispiel ist die Vorhersage der Schneebedingungen auf Skirennpisten, wie z.B. bei den Olympischen Winterspielen in Vancouver (2010), Sotchi (2014) und Südkorea (2018) - ein Projekt in Kooperation mit Swiss Olympic.
Für wen ist Alpine 3D geeignet?
- ForscherInnen und EntwicklerInnen in den Bereichen: Schnee, Lawinen, Permafrost, Glaziologie, Ökologie, Hydrologie, Klima, Schneesport (z.B. Snowfarming, Pistenmeteorologie), etc.
Technische Anforderungen und Rahmenbedingungen
Das Modell ist als integriertes Softwarepacket erhältlich, als open source und unter LGPL Version 3 oder höher (siehe www.gnu.org). Um die Integration in andere Modelle zu erleichtern, ist Alpine3D als Bibliothek (libAlpine3D) strukturiert und als Anwendung, die auf der Basis der Bibliothek Simulationen ausführt (Alpine3D). Ein oder zweimal pro Jahr gibt es einen neuen Software-Release. Die Software Forge auf models.slf.ch dokumentiert die Entwicklung.
Kosten / Nutzungsbedingungen
Kosten: Der Download und die Verwendung von Alpine 3D sind gratis.
Nutzungsbedingung: Folgende LGPL-Lizenzbedingungen sind zu beachten
Dokumentation des letzten Releases
siehe Alpine3D-Dokumentation
Download und weitere Informationen
siehe models.slf.ch, bei Download bitte Info-email an <email-pii>
Detail-Beschreibung
Das Kernstück des Alpine3D Modells ist das SNOWPACK Modell, ein physikalisch basiertes Energiebilanzmodell für eine eindimensionale Boden-/Schnee-/Vegetationssäule. Dieses beschreibt die Schneestratigrafie sehr detailliert und kann die Massen- und Energiebilanz gut beurteilen. In Alpine3D wird diese eindimensionale Energiebilanz für jeden Pixel des Bereiches (dadurch ist es eine verteilte SNOWPACK Simulation) und für jeden Zeitschritt (normalerweise eine Stunde) berechnet. Alle Grössen, die von Interesse sind, können aus diesem Modul herausgeschrieben werden.
Um eine SNOWPACK Simulation für jeden Pixel des Bereichs durchführen zu können, benötigt man meteorologische Eingabe-Daten (einen meteorologischen Antrieb) für jeden Pixel. Die meteorologischen Angaben sind jedoch meist nur für eine bestimmte Anzahl meteorologischer Stationen bekannt, das heisst die Daten sind als Set von Punkten vorhanden. Diese Punktmessungen werden durch statistische Interpolation mit der ebenfalls vom SLF entwickelten MeteoIO-Bibliothek auf jeden Pixel des Bereichs hochgerechnet. Wenn die meteorologischen Daten von einem anderen Modell kommen (von einem meteorologischen Modell), ist es sehr wahrscheinlich, dass das Inputraster für Alpine3D ungenügend ist und herunter skaliert werden muss. Wenn der Skalierungsfaktor sehr gross ist, bleiben oft nur wenige Punkte des meteorologischen Modells, die Teil des Alpine3D Bereichs sind. Solche Punkte können dann als "virtuelle Stationen" betrachtet und räumlich interpoliert werden, analog zu Wetterstationen.
Die Grundprinzipien, die im vorhergehenden Abschnitt aufgezeigt werden, beziehen sich auf die Annahme, dass es keine lateralen Flüsse gibt. Laterale Flüsse, welche als relevant angesehen werden, werden deswegen mit anderen Modulen eingeführt:
- das EBalance-Modul berechnet die Strahlungsfelder unter Berücksichtigung der atmosphärischen Bewölkung, topographischer Schatteneffekte und Reflektionen des umgebenden Geländes.
- das SnowDrift-Modul beschreibt den Schneetransport durch Wind. Es führt eine 3D-Simulation von Saltations-, Suspensions- und Diffusionsprozessen durch.
- das runoff-Modul bestimmt Niederschlag und/oder Schmelzwasser für jeden Pixel und gibt diese an das hydrologische Leitmodul weiter.
Kontakt
Publikationen
- Lehning et al. 2006: ALPINE3D: A detailed model of mountain surface processes and its application to snow hydrology.
- Kuonen, P. et al.2010: POP-C++ and Alpine3D: petition for a new HPC approach.
- Bavay et al.2008: Simulations of future snow cover and discharge in Alpine headwater catchments.
- Raderschall et al.2008: Fine scale modelling of the boundary layer wind field over steep topography.