Meteorologische Wettermodelle

Wettermodelle am Fraunhofer IOSB
Verschiedene Wettermodelle

Kurzbeschreibung

Für ein weiteres Verständnis der Limitierung optischer Systeme reichen einfache Punktmessung oftmals nicht aus, da sie häufig den Zustand der Atmosphäre an einen geographisch gebundenen Punkt wiedergeben. Dieser Punkt ist durch verschiedene Umgebungsparameter beeinträchtigt. Um die Erkenntnisse der Punktmessung auf ein größeres Einsatzgebiet zu interpolieren sind Wettermodelle (NWP) notwendig. Dabei werden die Messungen als Validierung der Modellsimulationen genutzt. Am Fraunhofer IOSB werden drei Modelle betrieben.

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.

Abteilung Signatorik des Fraunhofer IOSB

Sie wollen mehr über unsere Projekte im Bereich erfahren? Dann besuchen Sie die Seite unserer Abteilung und informieren Sie sich über weitere Projekte.