Difference between revisions of "EMD-WRF On-demand Mesoscale service (DE)"
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Mesoskalendaten von hoher Qualität werden zunehmend ein wichtiger Faktor bei Ertragsprognosen. Solche Daten haben ein breites Spektrum möglicher Anwendungen bei Windfarm-Planungen, z.B. | Mesoskalendaten von hoher Qualität werden zunehmend ein wichtiger Faktor bei Ertragsprognosen. Solche Daten haben ein breites Spektrum möglicher Anwendungen bei Windfarm-Planungen, z.B. | ||
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*Abschätzung von Vereisungs-Verlusten | *Abschätzung von Vereisungs-Verlusten | ||
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| − | + | windPRO bietet bereits seit vielen Jahren [[Laden von Online-Klimadaten|Zugriff auf Onlinedaten]] verschiedener Quellen, z.B. ERA5, MERRA2, NCAR, CFSR), die zur Langzeitkorrektur mit MCP verwendet werden. Die räumliche Auflösung dieser Daten bewegt sich im Bereich von 30 bis 250km. Trotz oftmals guter Korrelation der Windgeschwindigkeiten können sie deshalb mesoskalige Effekte des Windklimas nicht erfassen, die in Maßstäben von einigen Kilometern stattfinden. | |
| − | + | In windPRO 2.9 wurde der Mesoskalen-Datensatz [[EmdConWx]] (Beschreibung auf Englisch) eingeführt, der Europa mit einer räumlichen Auflösung von 3 km abdeckte. Nach Einstellung des zugrunde liegenden Datensatzes ERA-Interim im Jahr 2019 ersetzt ihn seitdem für Europa der Mesoskalen-Datensatz [[EMD-WRF Europe+ (ERA5)|EMD-WRF Europe+]], der auf ERA5 basiert. Wenn ein jährliches Abonnement abgeschlossen wird, können Daten für den abgedeckten Bereich sofort über ein [[METEO-Objekt]] heruntergeladen werden. Seitdem wurden von EMD Mesoskalen-Modellierungen von [[:Category:Wind Data|weiteren Regionen]] durchgeführt, die nun unter dem Produktnamen EMD-WRF angeboten werden. | |
| + | Für Bereiche, in denen keine vorberechneten Mesoskalen-Datensätze verfügbar sind, können WRF-Modellierungen auf Anforderung (on-demand) durchgeführt werden. Hier stehen einige zusätzliche Optionen zur Verfügung, z.B. kann anstelle von ERA5 auch ERA5-T verwendet werden, oder eine spezifische WRF-Modelleinstellung für Vereisungs-Berechnungen. | ||
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Eine EMD-WRF on-demand-Berechnung einzurichten ist einfach. Es muss definiert werden: | Eine EMD-WRF on-demand-Berechnung einzurichten ist einfach. Es muss definiert werden: | ||
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'''Anzahl Punkte''': Derzeit kann nur ein einzelner Punkt berechnet werden. | '''Anzahl Punkte''': Derzeit kann nur ein einzelner Punkt berechnet werden. | ||
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| + | '''Info''': Über diesen Button können Sie die Details der Datengrundlagen anzeigen lassen, wie die räumliche Auflösung und den maximal verfügbaren Datenzeitraum. | ||
'''Zeitraum''': Geben Sie die Länge der zu erstellenden Zeitreihe (Anfang und Ende) ein. Wenn eine Standortmessung vorliegt, können Sie zunächst den Messzeitraum berechnen lassen, um die Korrelation zu prüfen, und dann zu einem späteren Zeitpunkt einen Langzeitraum berechnen lassen. | '''Zeitraum''': Geben Sie die Länge der zu erstellenden Zeitreihe (Anfang und Ende) ein. Wenn eine Standortmessung vorliegt, können Sie zunächst den Messzeitraum berechnen lassen, um die Korrelation zu prüfen, und dann zu einem späteren Zeitpunkt einen Langzeitraum berechnen lassen. | ||
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| + | Für Vereisungsberechnungen müssen mindestens 10 Winter im Berechnungszeitraum enthalten sein, um die erweiterte statistische Ausgabe zu erhalten, da diese ohne einen betrachteten Mindestzeitraum wenig Aussagekraft hat. | ||
Nach den Eingaben klicken Sie auf den Knopf {{Knopf|Start on Server}}. Vor Start der Berechnung auf dem Server wird eine Zusammenfassung der verfügbaren und benötigten Meso-Credits angezeigt: | Nach den Eingaben klicken Sie auf den Knopf {{Knopf|Start on Server}}. Vor Start der Berechnung auf dem Server wird eine Zusammenfassung der verfügbaren und benötigten Meso-Credits angezeigt: | ||
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Sie können windPRO schließen oder mit anderen Projekten arbeiten, während die WRF-Modellierung auf dem Cluster läuft. | Sie können windPRO schließen oder mit anderen Projekten arbeiten, während die WRF-Modellierung auf dem Cluster läuft. | ||
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| − | + | Öffnen Sie das Projekt, von dem aus Sie die Berechnung gestartet haben. Doppelklicken Sie dort auf die EMD-WRF-Berechnung im [[Berechnungsfenster]]. Auf dem Register '''Berechnungen''' wird die fertige Berechnung angezeigt und Sie können das Ergebnis herunterladen. Nach dem Herunterladen wird es automatisch in ein METEO-Objekt umgewandelt. Bei Vereisungs-Berechnungen wird auch ein 10 x 10 km großes Ergebnislayer hinzugefügt, über das verschiedene Parameter dargestellt werden können, z.B. der erwartete AEP-Verlust. | |
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*{{Fundort|Menü '''Optionen''' → '''Fortschritt Clusterberechnungen'''}} | *{{Fundort|Menü '''Optionen''' → '''Fortschritt Clusterberechnungen'''}} | ||
*{{Knopf|Herunterladen}} → die Zeitreihe wird erneut vom Cluster geladen. Das Dateiformat ist *.mesores. | *{{Knopf|Herunterladen}} → die Zeitreihe wird erneut vom Cluster geladen. Das Dateiformat ist *.mesores. | ||
| − | * {{Fundort|[[METEO-Analyzer (DE)|METEO-Analyzer]] → Register '''Daten''' → Knopf {{Knopf|.mesores-Import}}}} erzeugt daraus ein METEO-Objekt}} | + | * {{Fundort|[[METEO-Analyzer (DE)|METEO-Analyzer]] → Register '''Daten''' → Knopf {{Knopf|.mesores-Import}}}} erzeugt daraus ein METEO-Objekt}}--> |
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| + | Die in EMD-WRF On-demand-Zeitreihen enthaltenen Signale sind [[EMD-WRF On-Demand and Custom-Area|hier]] beschrieben. | ||
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| + | ===Anmerkungen zu Turbulenz in WRF=== | ||
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| + | Bei der Ausführung des WRF-Modells gibt es zwei verschiedene Ansätze zur Handhabung von Turbulenz: | ||
| + | # Multiplikation der mit WRF modellierten Turbulenz mit der Wurzel von 2 (~1,41). | ||
| + | # Verwendung "so wie es ist" | ||
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| + | Ansatz 1 wird in EMDConWx und WRF-on-demand in der derzeitigen Implementierung verwendet. | ||
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| + | Ansatz 2 wird für den Datensatz EMD-WRF Europe+ und andere neue vorberechnete Datensätze verwendet. | ||
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| + | Ansatz 1 basiert auf überlieferten Erfahrungen, während Ansatz 2 auf einer Validierung mit der internen EMD-Mastdatenbank basiert, die im Mittel zeigt, dass die Korrektur nicht erforderlich ist. Es bestehen jedoch weiterhin Zweifel, welcher Ansatz der richtige ist. Offshore-Validierungsbeispiele deuten darauf hin, dass die Korrektur mit der Wurzel von 2 notwendig ist. Das Problem ist, dass die von WRF modellierte Turbulenz im Allgemeinen recht unsicher ist, da Turbulenzen oft ein sehr lokales Phänomen sind. Es wurde daher eine Option zur Skalierung der Turbulenz hinzugefügt, wenn diese z. B. in einer PARK-Berechnung verwendet wird, und empfehlen für Offshore-Standorte die Skalierung mit 1,41 (Wurzel von 2), wenn vorberechnete EMD-WRF-Datensätze verwendet werden. Grundsätzlich wird empfohlen, mit lokalen Messungen zu vergleichen, falls verfügbar, und die Skalierungsentscheidung davon abhängig zu machen. | ||
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| + | ===Meso-Credits=== | ||
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| + | Um EMD-WRF on-demand-Berechnungen zu starten, werden seitens windPRO keine Berechnungsmodule benötigt (um die Ergebnisse innerhalb von windPRO zu verwenden, wird aber das Modul METEO benötigt). Es fallen Kosten pro Berechnung an, die von der Länge der berechneten Zeitreihe abhängen. Die Abrechnung erfolgt über vorab zu erwerbende Meso-Credits, wobei ein Monat generierte Zeitreihe 1 bzw. 2 Credits kostet (2 Credits für Vereisungs-Berechnung, 1 Credit für alles andere). Für eine 10-Jahres-ERF-Windzeitreihe werden also z.B. 120 Credits benötigt (12 Monate * 10 Jahre). Meso-Credits können via [mailto:sales-de@emd.dk Email an sales-de@emd.dk] oder Online auf [https://www.emd.dk/windpro/online-ordering/?productChain=OnlineData www.emd.dk] erworben werden. | ||
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| + | ===Validierung und zusätzliche Informationen=== | ||
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| + | Unsere Erfahrung zeigt, dass der ERA5- und der ERA5-T-Datensatz im Allgemeinen die beste Korrelation der Windgeschwindigkeiten mit lokalen Messmastdaten zeigt. ERA5 wurde als Grenzbedingungs-Datensatz im EMD-WRF Europe+-Datensatz verwendet und hat dort sehr gute Performance gezeigt (siehe [https://help.emd.dk/knowledgebase/content/TechNotes/TechnicalNote7_EMDWRF_EUROPE_Validation.pdf Tech Note 7: EMD-WRF Europe+ Validation]). | ||
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| + | Weitere Informationen über die Performance des EMD-WRF-On-Demand-Modells finden Sie hier: [https://help.emd.dk/knowledgebase/content/TechNotes/TechnicalNote6_EMD-WRF_On-Demand_20180116.pdf Tech Note 6: EMD-WRF On-Demand] und Details zu Parametern und Verfügbarkeit finden Sie auf unserer Wiki-Seite [[EMD-WRF On-Demand and Custom-Area|EMD-WRF-On-Demand-Datensätze (englischsprachig)]]. | ||
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| + | Für Details zur Vereisungs-Berechnung siehe [[EMD-WRF On-Demand ICING|EMD-WRF On-Demand ICING (englischsprachig)]]. | ||
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| + | <!--===Berechnungsüberblick=== | ||
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| + | Das WRF-Modell besteht aus zwei Hauptkomponenten, WPS nd WRF. WPS ist das Preprocessing-Werkzeug, das Gelände- und meteorologische Daten für WRF vorbereitet. In EMD-WRF werden die folgenden Daten für WPS verwendet: | ||
| + | * Geländedaten von SRTM (Orographie) und GlobCover (Landnutzung) | ||
| + | * Meteorologische Daten können derzeit von ERA-interim, MERRA2, CFSR oder ERA5 verwendet werden | ||
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| + | Nach Vorbereitung der Daten wird das WRF-Modell für den Bereich eingerichtet, der vom Anwender vorgegeben wird. Das Modell simuliert dann die vom Anwender vorgegebene Periode. Die räumliche Auflösung ist 3 km und die zeitliche Auflösung des Modells 9 Sekunden. Für jede Stunde wird der aktulle Zustand des Modells extrahiert und in eine Zeitreihe umgewandelt. Die Ergebnisse umfassen neben der Zeitreihe auch die Geländedaten (Orographie und Rauigkeit) der Mesoskalen-Simulation, die für Downscaling-Berechnungen in windPRO verwendet werden können (z.B. zur [[STATGEN (DE)|Erstellung einer Windstatistik]] oder für das [[Scaler:Gelände-Scaling|Gelände-Scaling]] im Rahmen der [[Scaler (DE)|Scaler]]-Anwendung). | ||
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| + | Der gesamte Prozess findet vollständig automatisiert auf dem EMD-Hochleistungscluster statt und benötigt vom Anwender lediglich die Eingabe der zu berechnenden Position.--> | ||
Latest revision as of 11:21, 26 February 2024
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Mesoskalendaten von hoher Qualität werden zunehmend ein wichtiger Faktor bei Ertragsprognosen. Solche Daten haben ein breites Spektrum möglicher Anwendungen bei Windfarm-Planungen, z.B.
- Langzeitkorrektur von Messungen
- Erstabschätzungen
- Produktionsanalyse
- Abschätzung von Vereisungs-Verlusten
- Abschätzung von Schattenwurf-Verlusten anhand der Strahlungsparameter
- Evaluierungen der atmosphärischen Stabilität
windPRO bietet bereits seit vielen Jahren Zugriff auf Onlinedaten verschiedener Quellen, z.B. ERA5, MERRA2, NCAR, CFSR), die zur Langzeitkorrektur mit MCP verwendet werden. Die räumliche Auflösung dieser Daten bewegt sich im Bereich von 30 bis 250km. Trotz oftmals guter Korrelation der Windgeschwindigkeiten können sie deshalb mesoskalige Effekte des Windklimas nicht erfassen, die in Maßstäben von einigen Kilometern stattfinden.
In windPRO 2.9 wurde der Mesoskalen-Datensatz EmdConWx (Beschreibung auf Englisch) eingeführt, der Europa mit einer räumlichen Auflösung von 3 km abdeckte. Nach Einstellung des zugrunde liegenden Datensatzes ERA-Interim im Jahr 2019 ersetzt ihn seitdem für Europa der Mesoskalen-Datensatz EMD-WRF Europe+, der auf ERA5 basiert. Wenn ein jährliches Abonnement abgeschlossen wird, können Daten für den abgedeckten Bereich sofort über ein METEO-Objekt heruntergeladen werden. Seitdem wurden von EMD Mesoskalen-Modellierungen von weiteren Regionen durchgeführt, die nun unter dem Produktnamen EMD-WRF angeboten werden.
Für Bereiche, in denen keine vorberechneten Mesoskalen-Datensätze verfügbar sind, können WRF-Modellierungen auf Anforderung (on-demand) durchgeführt werden. Hier stehen einige zusätzliche Optionen zur Verfügung, z.B. kann anstelle von ERA5 auch ERA5-T verwendet werden, oder eine spezifische WRF-Modelleinstellung für Vereisungs-Berechnungen.
Ergebnislayer mit Karte der Vereisungsparameter als Ergebnis einer Eisverlust-Berechnung
Vorbereiten einer Berechnung in windPRO
Eine EMD-WRF on-demand-Berechnung einzurichten ist einfach. Es muss definiert werden:
- die Position, für die die Zeitreihe benötigt wird
- Die Modellkonfiguration
- der Zeitraum
Weiterhin muss vor der Berechnung eine ausreichende Anzahl Meso-Credits erworben werden.
Starten Sie eine Berechnung:
Menüband Klima → Mesoskalen-Daten
(Hier klicken für Versionen vor windPRO 4.0)
Die Berechnungseinstellungen öffnen sich:
Der Login am Hochleistungs-Cluster erfolgt automatisch.
Name: Geben Sie einen Namen für die Berechnung an. Dies ist hier besonders wichtig, damit sie die Ergebnisse auch zu einem späteren Zeitpunkt noch identifizieren können, wenn Sie sie später erneut vom Server herunterladen müssen.
Position: Je nachdem was für Objekte bereits im Projekt verfügbar sind können Sie hier aus einigen vordefinierten Objektpositionen auswählen. Alternativ können Sie Benutzerdefinierte Koordinaten ("User defined" im Ausklappmenü) wählen oder eine Position über die Karte auswählen.
Anzahl Punkte: Derzeit kann nur ein einzelner Punkt berechnet werden.
Modellierung|Konfiguration: Als Höhenmodell wird stets SRTM verwendet, als Rauigkeitsdatensatz GlobCover. Als Winddatengrundlage werden erfahrungsgemäß mit ERA5 die besten Ergebnisse erzielt, nichtsdestotrotz kann es Positionen geben, an denen ein anderer Datensatz besser performt. Beachten Sie bei der Wahl der Winddatengrundlage auch den darunter angegebenen Endzeitpunkt. Soll eine Vereisungs-Berechnung durchgeführt werden, wird eine WRF-Einstellung verwendet, die spezifisch für diese Aufgabe vorbereitet wurde (Thompson-Schema).
Info: Über diesen Button können Sie die Details der Datengrundlagen anzeigen lassen, wie die räumliche Auflösung und den maximal verfügbaren Datenzeitraum.
Zeitraum: Geben Sie die Länge der zu erstellenden Zeitreihe (Anfang und Ende) ein. Wenn eine Standortmessung vorliegt, können Sie zunächst den Messzeitraum berechnen lassen, um die Korrelation zu prüfen, und dann zu einem späteren Zeitpunkt einen Langzeitraum berechnen lassen.
Für Vereisungsberechnungen müssen mindestens 10 Winter im Berechnungszeitraum enthalten sein, um die erweiterte statistische Ausgabe zu erhalten, da diese ohne einen betrachteten Mindestzeitraum wenig Aussagekraft hat.
Nach den Eingaben klicken Sie auf den Knopf Start on Server. Vor Start der Berechnung auf dem Server wird eine Zusammenfassung der verfügbaren und benötigten Meso-Credits angezeigt:
Bestätigen Sie mit Ok wird eine finale Bestätigung abgefragt:
Nach Bestätigung mit Ok startet die Berechnung auf dem Server. windPRO wechselt auf das Register Berechnungen und zeigt nach kurzer Zeit den erwarteten Zeitpunkt der Fertigstellung. Verlassen Sie das Berechnungsfenster mit Ok und speichern Sie das Projekt.
Ergebnisse
Sie können windPRO schließen oder mit anderen Projekten arbeiten, während die WRF-Modellierung auf dem Cluster läuft.
Wenn die Berechnung abgeschlossen ist, erhalten Sie eine Email. Diese wird an dieselbe Mailadresse gesendet, die Sie auch bei der Aktivierung von windPRO verwendet haben (siehe Menüband Einstellungen & Hilfe → Einstellungen → Register Anwender ).
Öffnen Sie das Projekt, von dem aus Sie die Berechnung gestartet haben. Doppelklicken Sie dort auf die EMD-WRF-Berechnung im Berechnungsfenster. Auf dem Register Berechnungen wird die fertige Berechnung angezeigt und Sie können das Ergebnis herunterladen. Nach dem Herunterladen wird es automatisch in ein METEO-Objekt umgewandelt. Bei Vereisungs-Berechnungen wird auch ein 10 x 10 km großes Ergebnislayer hinzugefügt, über das verschiedene Parameter dargestellt werden können, z.B. der erwartete AEP-Verlust.
Parameter in der Zeitreihen-Ausgabe
Die in EMD-WRF On-demand-Zeitreihen enthaltenen Signale sind hier beschrieben.
Anmerkungen zu Turbulenz in WRF
Bei der Ausführung des WRF-Modells gibt es zwei verschiedene Ansätze zur Handhabung von Turbulenz:
- Multiplikation der mit WRF modellierten Turbulenz mit der Wurzel von 2 (~1,41).
- Verwendung "so wie es ist"
Ansatz 1 wird in EMDConWx und WRF-on-demand in der derzeitigen Implementierung verwendet.
Ansatz 2 wird für den Datensatz EMD-WRF Europe+ und andere neue vorberechnete Datensätze verwendet.
Ansatz 1 basiert auf überlieferten Erfahrungen, während Ansatz 2 auf einer Validierung mit der internen EMD-Mastdatenbank basiert, die im Mittel zeigt, dass die Korrektur nicht erforderlich ist. Es bestehen jedoch weiterhin Zweifel, welcher Ansatz der richtige ist. Offshore-Validierungsbeispiele deuten darauf hin, dass die Korrektur mit der Wurzel von 2 notwendig ist. Das Problem ist, dass die von WRF modellierte Turbulenz im Allgemeinen recht unsicher ist, da Turbulenzen oft ein sehr lokales Phänomen sind. Es wurde daher eine Option zur Skalierung der Turbulenz hinzugefügt, wenn diese z. B. in einer PARK-Berechnung verwendet wird, und empfehlen für Offshore-Standorte die Skalierung mit 1,41 (Wurzel von 2), wenn vorberechnete EMD-WRF-Datensätze verwendet werden. Grundsätzlich wird empfohlen, mit lokalen Messungen zu vergleichen, falls verfügbar, und die Skalierungsentscheidung davon abhängig zu machen.
Meso-Credits
Um EMD-WRF on-demand-Berechnungen zu starten, werden seitens windPRO keine Berechnungsmodule benötigt (um die Ergebnisse innerhalb von windPRO zu verwenden, wird aber das Modul METEO benötigt). Es fallen Kosten pro Berechnung an, die von der Länge der berechneten Zeitreihe abhängen. Die Abrechnung erfolgt über vorab zu erwerbende Meso-Credits, wobei ein Monat generierte Zeitreihe 1 bzw. 2 Credits kostet (2 Credits für Vereisungs-Berechnung, 1 Credit für alles andere). Für eine 10-Jahres-ERF-Windzeitreihe werden also z.B. 120 Credits benötigt (12 Monate * 10 Jahre). Meso-Credits können via Email an sales-de@emd.dk oder Online auf www.emd.dk erworben werden.
Validierung und zusätzliche Informationen
Unsere Erfahrung zeigt, dass der ERA5- und der ERA5-T-Datensatz im Allgemeinen die beste Korrelation der Windgeschwindigkeiten mit lokalen Messmastdaten zeigt. ERA5 wurde als Grenzbedingungs-Datensatz im EMD-WRF Europe+-Datensatz verwendet und hat dort sehr gute Performance gezeigt (siehe Tech Note 7: EMD-WRF Europe+ Validation).
Weitere Informationen über die Performance des EMD-WRF-On-Demand-Modells finden Sie hier: Tech Note 6: EMD-WRF On-Demand und Details zu Parametern und Verfügbarkeit finden Sie auf unserer Wiki-Seite EMD-WRF-On-Demand-Datensätze (englischsprachig).
Für Details zur Vereisungs-Berechnung siehe EMD-WRF On-Demand ICING (englischsprachig).