Arbeitspaket 5a: Neue Fluglärmprognoseverfahren
Fluglärmprognoseverfahren stellen das wesentliche Hilfsmittel zur umweltgerechten Siedlungsplanung im Umfeld von Flughäfen dar. Sie werden zum einen zur Bestimmung von Lärmschutzbereichen herangezogen, dienen zum anderen aber auch zur Modellierung und Validierung lärmmindernder Verkehrskonzepte oder lärmoptimierter operationeller Verfahren (An- und Abflugverfahren, Flugführungskonzepte). Insbesondere für zukünftige Flugbetriebsszenarien stellen sie das einzige verfügbare Werkzeug zur Ermittlung der zu erwartenden Lärmbelastung dar. Die derzeit gebräuchlichen Fluglärmprognoseverfahren sind von relativ einfacher Struktur und basieren auf simplifizierenden Annahmen zur Beschreibung der Schallquelle und der Schallausbreitungsmechanismen. Beim heutigen Stand der Rechnertechnik ist es jedoch möglich, fortschrittlichere Verfahren zu benutzen. Im Rahmen des Arbeitspaketes 5A soll ein derartiges Verfahren erarbeitet werden. Es wird auf einer Simulation von Einzelflügen beruhen. Durch ein derartiges Simulationsverfahren kann der zeitliche Schallpegelverlauf an einem vorgegebenen Immissionsort ermittelt werden. Dieser dient als Grundlage zur Bestimmung kumulierter Lärmwerte (z.B. in Form von sog. "Noise Footprints").
Die Schallabstrahlungseigenschaften des Flugzeuges werden dabei auf der Basis eines Teilschallquellenmodells beschrieben. Dies ist notwendig, da die schallerzeugenden Mechanismen wie Freistrahl (Jet) und Turbomaschinerie (Fan) unterschiedlich von der Fluggeschwindigkeit abhängen. Dies gilt auch für die im Arbeitspaket 2B untersuchte Komponente des Umströmungslärms - die hier gewonnenen Erkenntnisse werden in das Simulationsverfahren integriert. Nach Fertigstellung des Modells erfolgt eine Modellvalidierung auf der Grundlage der im Arbeitspaket 2B durchgeführten Überflugmessungen. Diese werden gleichzeitig zur Bereitstellung der akustischen Datengrundlage des Modells herangezogen. Für das Simulationsverfahren ist folgende Struktur vorgesehen:
Simulationsverfahren stellen hohe Anforderungen an die Eingabedaten und Rechenzeit. Dies ist für die praktische Anwendbarkeit zu berücksichtigen. In der Praxis wird die Behandlung spezieller Problemstellungen (Standläufe, Modellierung von Einzelflügen) in der Regel immer mit dem vollständigen, umfassenden Simulationsverfahren möglich sein. Für umfangreiche Betriebsszenarien ist demgegenüber möglicherweise die Erarbeitung einer vereinfachten Version notwendig. Deren Definition müßte auf der Basis von mit dem umfassenden Modell gewonnenen Testläufen für verschiedene Szenarien erfolgen.
Arbeitspaket 5b: Verbesserte Schallausbreitungsmodelle
Die derzeit verfügbaren Fluglärmberechnungsverfahren basieren auf vereinfachenden Annahmen zur Schallausbreitung. Dies hat vor allem historische Gründe (verfügbare Rechenkapazität). Sie versagen in der Regel, wenn spezielle topografische oder meteorologische Gegebenheiten vorliegen. Aus diesem Grund befaßt sich das Arbeitspaket 5B mit der Erarbeitung fortgeschrittener Modelle zur Schallausbreitung in der Atmosphäre, die die wesentlichen topografischen und meteorologischen Einflüsse berücksichtigen.
Derartige Einflüsse sind insbesondere bei der Modellierung des durch bodengebundene Operationen von Flugzeugen erzeugten Lärms (Startrollvorgänge, Taxi-Betrieb, Standläufe, Hilfsaggregate) von Bedeutung. Die Grafik zeigt, daß die Topografie (Geländeform, Bodenart, Bebauung etc.) sowohl einen direkten Einfluß auf die Schallausbreitung ausübt (Reflexion, Beugung) als auch einen indirekten: Sie modifiziert die Atmosphäre, welche wiederum die Schallausbreitung beeinflußt (Brechung, Streuung, Absorption). Das Arbeitspaket 5B befaßt sich deshalb mit der konsistenten Modellierung des Komplexes Topografie-Atmosphäre-Schallfeld. Hierzu werden Schallausbreitungsmodelle entwickelt und mit atmosphärischen Modellen gekoppelt. Die wesentliche Neuerung besteht insbesondere
Im Rahmen des Arbeitspaketes 5B wird ein Schallausbreitungsmodell als Baustein eines praktisch handhabbaren Immissionsprognoseverfahrens entwickelt. Zum einen muß ein solches mit vertretbarem Rechenaufwand auskommen, zum anderen ist häufig die Verfügbarkeit der meteorologischen Eingabedaten - besonders für Langzeitprognosen - nur von begrenztem Umfang. Aus diesen Gründen wird - ausgehend von einem physikalisch umfassenden Schallausbreitungsmodell - mittels geeigneter Approximationen und Parametrisierungen ein vereinfachtes Schallausbreitungsmodell entwickelt. Dieses soll einerseits die Einflüsse auf die Schallausbreitung möglichst gut beschreiben, aber andererseits so weit vereinfacht sein, daß es praxistauglich ist (wenig Rechenzeit für viele Simulationen). Hier werden insbesondere die Anforderungen aus Arbeitspaket 5A einfließen. Das Resultat wird ein praxistaugliches Lärmprognoseverfahren sein, zu dessen Validierung die im Rahmen der Aktivitäten des AP 2B gewonnenen Meßdaten - insbesondere Richtcharakteristiken - herangezogen werden.
Das physikalisch umfassende Modell, das erhöhte Anforderungen an die Rechenleistung stellt, läßt sich für Sonderfalluntersuchungen verwenden. Bei diesen kommt es auf hohe Genauigkeit und weniger auf niedrigen Rechenaufwand an. Die Behandlung derartiger Problemstellungen ist eine in der Praxis der Fluglärmprognose häufig gestellte Forderung. Vor allem im Zusammenhang mit der Abwicklung von Standläufen müssen für exponierte Immissionsorte die komplexen Einflüsse von Topografie und Meteorologie in adäquater Weise modelliert werden können.