Meteorologische Wettermodelle

Modelle am Fraunhofer IOSB

Das Weather Research and Forecasting (WRF)-Modell ist ein mesoskaliges numerisches Wettervorhersagesystem der nächsten Generation (Skamarock et al. 2019), das sowohl für die atmosphärische Forschung als auch für operative Vorhersageanwendungen entwickelt wurde. Es verfügt über zwei dynamische Kerne, ein Datenassimilationssystem und eine Softwarearchitektur, die parallele Berechnungen und Systemerweiterungen unterstützt. Das Modell dient einer breiten Palette von meteorologischen Anwendungen auf Skalen von einigen zehn Metern bis zu Tausenden von Kilometern.

Das Modell LOTOS-EUROS ist ein 3D-Chemie-Transportmodell zur Simulation der Luftverschmutzung in der unteren Troposphäre.  Das Modell wurde in einer großen Anzahl von Studien zur Bewertung der partikulären Luftverschmutzung und der Spurengase (z.B. O3, NO2) verwendet (z.B. Manders et al. 2009, Hendriks et al, 2013, Curier et al, 2012, 2014, Schaap et al 2013).  Das Modell hat häufig an internationalen Modellvergleichen zu Ozon (z.B. Solazzo et al. 2012a) und Feinstaub (z.B. Solazzo et al. 2012b, Stern et al. 2008) teilgenommen.  Für eine detaillierte Beschreibung des Modells sowie für Referenzen, die nicht im Referenzteil dieses Dokuments zu finden sind, verweisen wir auf Schaap et al. (2008).

Das Modellsystem ICON-ART (global) ist gekennzeichnet durch die Online-Kopplung der NWP-Modelle des DWD mit den am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelten ART-Modulen zur Behandlung von Aerosolen und reaktiven Spurengasen in der Atmosphäre (Riegel et.al. 2015).

Anwendung

Konkret werden die Simulationen zur numerischen Wettervorhersage um die Vorhersage der Konzentrationen ausgewählter Aerosole und bei Bedarf auch gasförmiger Komponenten ergänzt. Die entsprechenden Bilanzgleichungen werden in jedem Zeitschritt und an allen Punkten des Rechengitters gelöst. Als Vorteil der Online-Kopplung können die von den zusätzlichen Prozessen behandelten meteorologisch relevanten Parameter mit einer hohen Aktualisierungsfrequenz synchron zur numerischen Wettervorhersage verwendet werden. Darüber hinaus erfolgt die Behandlung der gittermaßstäblichen (Advektion) und teilgittermaßstäblichen (Konvektion, turbulente Diffusion) Transportprozesse für die zusätzlichen Tracer mit den gleichen Algorithmen und Operatoren, wie sie z.B. für die Behandlung der spezifischen Feuchtegrößen im reinen NWP-Modell verwendet werden. Spezielle Prozesse wie Emission, Sedimentation, nasse und trockene Deposition an der Oberfläche oder Transformationsprozesse wie z.B. chemische Umwandlung werden von den ART-Modulen bereitgestellt.

Hinsichtlich der Wechselwirkungen zwischen meteorologischen Prozessen und den Spurenstoffen (Aerosol-Strahlungs- oder Aerosol-Wolken-Rückkopplungsmechanismen) ist es im Allgemeinen möglich, diese in einem online-gekoppelten Modell zu behandeln.