NLT3D: Ein nicht-lokales dreidimensionales Turbulenz-Parametrisierungsverfahren für numerische Wettervorhersagemodelle der nächsten Generation

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Bott
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393813204

Bei der Beschreibung atmosphärischer Prozesse in numerischen ettervorhersagemodellen wird zwischen skaligen und subskaligen Vorgängen unterschieden. Während skalige Phänomene direkt von dem Modellgleichungssystem erfasst werden können, müssen die Effekte subskaliger Prozesse mit Hilfe von Parametrisierungsverfahren im Modell berücksichtigt werden. Aufgrund der ständig zunehmenden Leistungsfähigkeit von Großrechnern streben viele nationale Wetterdienste an, operationelle Wettervorhersagemodelle mit horizontalen Gitterabständen im Subkilometerbereich zu betreiben. Da die in den gegenwärtigen Modellen verwendetenParametrisierungsverfahren physikalischer Prozesse in der Regel für größere horizontale Gitterabstände entwickelt wurden, wird deren sinnvolle Verwendung im Subkilometerbereich unter Umständen fraglich. Dies gilt insbesondere für die Turbulenzparametrisierung, die die subgitterskalige Dynamik und den Transport in der atmosphärischen Grenzschicht beschreibt. Da innerhalb der Grenzschicht dieWechselwirkung zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche stattfindet, ist eine korrekte Simulation der dort ablaufenden Prozesse von großer Bedeutung für die Vorhersagequalität des Modells. Klassische Turbulenzparametrisierungen, die einen lokalen K-Ansatz verfolgen, können die Effekte der großen Turbulenzwirbel innerhalb der Grenzschicht nur unzureichend beschreiben. Daher wurden nicht-lokale (aber dennoch eindimensionale) Turbulenzparametrisierungen entwickelt. Aufgrund der ständig geringer werdenden horizontalen Gitterabstände der Vorhersagemodelle müssen diese Verfahren jedoch auf dreidimensionale Ansätze ausgeweitet werden. Im vorliegenden Projekt ist geplant, ein nicht-lokales dreidimensionales Turbulenzparametrisierungsverfahren zu entwickeln. Den Ausgangspunkt hierfür bildet ein bereits existierendes nicht-lokales, aber eindimensionales Turbulenzschema. Die Entwicklung des Parametrisierungsverfahrens soll anhand des mesoskaligen Wettervorhersagemodells WRF (UCAR/NCAR, USA) geschehen. Allerdings wird das Verfahren in der Art formuliert, dass es auch in anderen hochauflösenden Wettervorhersagemodellen verwendet werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen