Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

Abb. 45.3: Energetik einer baroklinen
Welle mit (schwarz) und ohne (grau)
dissipativem Heizen. Durchgezogene Linien:
totale Energie.
Energie und die potentielle Energie in einem festen Verhältnis
stehend sieht, gilt in einem nichthydrostatischen
Modell nicht mehr exakt. Daher müssen innere und potentielle
Energie einzeln aufgeführt werden. Man sieht, dass
die totale Energie (durchgezogene Linien) hervorragend erhalten
bleibt, wenn die dissipierte Energie nicht verloren
geht (schwarze Linien). Man vergleiche dazu den Lauf mit
vernachlässigter Reibungsheizung, der etwa so viel totale
Energie verliert, wie an kinetischer Energie gewonnen wird
(graue Linien). Trotz der nun schon etwa ein Jahrzehnt zurückliegenden
Arbeiten aus der Theorieabteilung des IAP
zu dieser Problematik, ist die Vernachlässigung der dissipativen
Wärme oder deren grundlegend falsche Darstellung
immer noch in üblichen Klimamodellen gängige Praxis.
Die Qualität des ICON-IAP im artifiziellen Klima-
Modus kann anhand des Held-Suarez-Tests demonstriert
werden. Abb. 45.4 zeigt die zonal und zeitlich gemittelten
Impulstransporte und Temperaturen (Konturen). Die mittleren Klimate stimmen qualitativ gut
mit den Resultaten anderer Modelle überein. Sowohl der Impulstransport als auch die Temperatur
werden konventionell – also ohne Reibungsheizen – unterschätzt (Farben).
Das ICON-IAP wird derzeit benutzt, um die globale Zirkulation bis hin zur unteren Thermosphäre
zu simulieren. Erste Ergebnisse mit einer horizontalen Auflösung von 60 km zeigen die
typischen Wellenmuster, z. B. die ostwärts propagierenden Schwerewellen in der sommerhemisphärischen
MLT und die typischen Muster und Größenordnungen der dissipativen Heizraten.
In Zukunft wird das ICON-IAP noch mit einer einfachen Feuchtephysik ausgestattet. Dies wird
es z. B. erlauben, durch Konvektion und Fronten angeregte Wellen von der Troposphäre bis in die
Mesosphäre im Modell zu verfolgen. Das Wellenbrechen und die Anregung von Sekundärwellen
kann ebenfalls studiert werden. All diese Untersuchungen können sehr feinskalig durchgeführt werden,
da sich ICON-IAP auch als doppelt periodisches Regionalmodell betreiben lässt. ICON-IAP
eröffnet somit neue Perspektiven für eine anspruchsvolle, sehr hoch aufgelöste Modellierung der
Dynamik der Atmosphäre.
Abb. 45.4: Konturen: Zonal und zeitlich gemittelte Impulstransporte (links) und Temperaturen (rechts)
im Held-Suarez-Test. Farben: Differenzen zwischen Realisierungen ohne und mit Reibungsheizen.
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