Forschung im HLRN-Verbund 2011

75Abbildung 1: Strömungsbedingungen und Entwicklung der Tropfen im Bereich einer Wolke. Die Partikelgröße und-farbe ist dabei proportional zum Tropfenradius, wobei die lilanen Partikel Aerosole repräsentieren.Die Isooberfläche kennzeichnet Gebiete mit Flüssigwasser und macht dadurch die Wolke grafischsichtbar.darstellt wird dazu nicht nur ein Computer sonderneine Vielzahl von Prozessoren parallel verwendet.Für unser Projekt nutzen wir das LES-Modell PALM(Parallelisiertes LES Modell), das am Institut fürMeteorologie und Klimatologie der Leibniz UniversitätHannover entwickelt wurde [1] und für denparallelen Betrieb auf mehreren tausend Prozessorenoptimiert wurde.Die Verknüpfung des LES-Modells mit einem Lagrange’schenPartikelmodell ermöglicht es Partikelim Modellgebiet freizusetzen und ihre Bewegungenin der turbulenten Strömung zu verfolgen. DiesenPartikeln können außerdem gewisse Eigenschaften,wie z.B. eine Masse und eine Größe, zugeordnetwerden, so dass wir dadurch in der Lagesind, die Wolken- und Niederschlagstropfen einerWolke explizit zu berechnen. Dieser neue Ansatzzur Wolkensimulation hat den Vorteil, dassdie turbulente Strömung der Wolke und ihrer Umgebungrealistisch simuliert werden kann (mit Hilfedes LES-Modells) und zusätzlich auch der Einflussder Wolkenmikrophysik berücksichtigt wird(durch die Berechnung der Wolkentropfen). Außerdemermöglicht diese Methode eine Reihe vonneuen Analysen z.B. die zeitliche Entwicklung derTropfenspektren und der Tropfenkonzentration sowiederen räumliche Variation innerhalb der Wolke.Wie echte Wolkentropfen bewegen sich die simuliertenTropfen entsprechend ihrer Masse und derReibung mit der Strömung der Wolke mit (sieheAbbildung). Außerdem können sie durch Kondensation(Anlagerung von Wasserdampf) und durchKollision mit anderen Tropfen zu Niederschlagstropfenanwachsen. Natürlich können nicht alleTropfen einer Wolke simuliert werden - das wären100-1000 pro cm 3 . Aber wir können einige dieserTropfen simulieren, die dann stellvertretend für vieleandere Tropfen stehen. Um trotzdem eine hinreichendeStatistik zu erreichen müssen im gesamtenModellgebiet insgesamt mehrere hundertMillionen Partikel simuliert werden. Diese Tatsacheführt zu einem extremen Rechenaufwand undverlangt den Einsatz von einigen tausend CPU-Kernen über mehrere Tage hinweg.Mehr zum Thema1. Raasch S. and M. Schröter, 2001: A largeeddysimulation model performing on massivelyparallel computers. Meteorol. Z.,10, 363-372.doi:10.1127/0941-2928/2001/0010-0363.FörderungDFG-Schwerpunktprogramm 1276 MetStrömGeowissenschaften