Mesoskalige Modelle

Mesoskalige Modelle sind numerische Werkzeuge, die atmosphärische Prozesse auf räumlichen Skalen von etwa 2 km bis 1000 km auflösen. Sie lösen die Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls, interne Energie und für verschiedene Luftbeimengungen (wie z.B. Wasserdampf, Spurengase oder Aerosol) in verschiedenen physikalische Näherungen (inkompressibel, anelastisch; hydrostatisch, nicht-hydrostatisch). Kleinräumige physikalische Prozesse, die durch die räumliche und zeitliche Diskretisierung (Maschenweite, Zeitschritt) nicht aufgelöst werden, wie zum Beispiel die Grenzschichtturbulenz oder konvektive Austauschvorgänge, werden durch ad-hoc Ansätze parametrisiert, das heißt durch aufgelöste Parameter näherungsweise beschrieben.

Mesoskalige Modelle sind zumeist für bestimmte Anwendungen spezialisiert (z.B. die regionale oder lokale Wettervorhersage oder Prozessstudien). Am Institut für Physik der Atmosphäre werden daher verschiedene mesoskalige Modelle für unterschiedliche Anwendungen verwendet, z.B.

  • das Modell COSMO (Consortium for small-scale modeling) des Deutschen Wetterdienstes, das als COSMO/MESSy (Modular Earth submodel system) ein- oder mehrfach in das globale Modell EMAC genested, insbesondere auch für die regionale Verfeinerung des grobmaschigen globalen Modells betrieben wird.
  • das Modell EULAG (Eulerian/semi-Lagrangian numerical model for fluids) mit verschiedenen am Institut für Physik der Atmosphäre mitentwickelten Modulen zur Behandlung der Mikrophysik von Eiswolken und von Kondensstreifen,
  • das HYSPLIT (hybrid single-particle Lagrangian integrated trajectory) -Modell für die Berechnung der Ausbreitung von Abgasfahnen, sowie von Rückwärts- und Vorwärts-Trajektorien. HYSPLIT simuliert die Meteorologie nicht selbst, sondern nutzt Windfelder von Reanalyse-Datensätzen (z.B. GDAS oder ECMWF) als kinematischen Antrieb. Wir betreiben HYSPLIT innerhalb einer vom IPA entwickelten, nutzerfreundlichen Umgebung. Dieses Modellsystem ist eine unserer Stützen bei der Flugplanung für Messkampagnen und für die Interpretation der gewonnenen Daten.
  • das Modell WRF (Weather Research and Forecasting Model) - ein modular aufgebautes, numerisches Atmosphärenmodell des National Center for Atmospheric Research (NCAR). Es ist für die Untersuchung meteorologischer Fragestellungen auf Skalen von einigen zehn Metern bis zu Tausenden von Kilometern geeignet. IPA verwendet WRF zur Simulation der Ausbreitung von Schwerewellen und Turbulenz, zu Prozessen in der atmosphärischen Grenzschicht für die Windenergieforschung, sowie für die Interpretation von Messdaten (in-situ, Fernerkundung) von Treibhausgasen und anderen Spurenstoffen.  

Weitere wichtige Anwendungen mesoskaliger Modelle sind z.B. lokale Starkniederschlagsereignisse, konvektive Unwetter, und regionale Klimastudien.