Atmosphäre und Gebirge – - DMG

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Dblk d
D. Majewski, B. Ritter: Gebirgseinflüsse in Wettervorhersagemodellen
U U σ ⎛ 1 ⎞
() z = ρ max 2 , 0
2 C ⎜ − ⎟
2µ
⎝ r ⎠
1
⎛
2 Z − z ⎞
⎜ blk ⎟
⎜
+
z µ ⎟
⎝ + ⎠
�
2
2 ( B cos ψ C sin ψ )
(3)
mit dem Widerstand durch die Blockierung D blk als
Funktion der Windgeschwindigkeit U, der Höhe z, der
Brunt-Väisälä-Frequenz (stabilitätsabhängig) σ, dem
Winkel ψ zwischen Anströmrichtung und der Orographieausrichtung,
der Höhe Z blk, bis zu welcher Blockierung
auftritt und den Parametern B und C, die
Funktionen der Anisotropie γ der subskaligen orographischen
Hindernisse sind, sowie
( τ τ ) µσ
, 1 2
= ρ U N G � (4)
2
2 { B cos ψ + C sin ψ , ( B − C)
sinψ
cosψ}
mit dem Impulsfluss (τ 1, τ 2) durch Schwerewellen, der
Standardabweichung der subskaligen Orographie µ,
der mittleren Hangneigung σ und der geographischen
Orientierung �.
Für die Aktivierung und Wirkung des Schemas sind
neben den atmosphärischen Gegebenheiten (Anströmungsgeschwindigkeit
und -richtung; vertikale Schichtung)
natürlich auch die Eigenschaften der subskaligen
Orographieelemente relevant. Dazu wird für jeden
Gitterpunkt des Modells die Standardabweichung der
subskaligen Orographie (Abb. 10-7), eine mittlere
Hangneigung (Abb. 10-8), ein horizontaler Anisotro-
Abb. 10-7: Subskalige Standardabweichung der Orographie
innerhalb der GME-Gitterelemente im Bereich der
Alpen.
Abb. 10-8: Mittlere subskalige Hangneigung der Orographie
innerhalb der GME-Gitterelemente im Bereich der
Alpen.
Standardabweichung in m
Hangneidung in Radian
promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006
piefaktor und die mittlere Ausrichtung der subskaligen
orographischen Hindernisse verwendet. Die beiden
letztgenannten Größen erlauben eine grobe Beschreibung
der Abhängigkeit der orographischen Einflüsse
von der Anströmungsrichtung relativ zur Orientierung
der Hindernisse. Die grundsätzlich dominierenden
Kenngrößen sind jedoch die Varianz der Höhen und
die charakteristische Hangneigung.
Die Bedeutung der Parameterisierung subskaliger
orographischer (SSO) Effekte für die Gesamtqualität
der Vorhersage wird durch Abb. 10-9 verdeutlicht. Sie
zeigt die Anomaliekorrelation des vorhergesagten
Geopotentials 500 hPa für die operationelle GME-
Vorhersage (mit SSO-Parameterisierung) vom
24.11.2004 12 UTC im Vergleich mit einer experimentellen
Vorhersage ohne SSO-Parameterisierung. Ohne
die Berücksichtigung der Wirkung subskaliger Hindernisse
im Vorhersagemodell tritt schon nach zwei bis
drei Vorhersagetagen ein deutlicher Qualitätsverlust
auf.
Da die Wirkung subskaliger Effekte u. a. von der atmosphärischen
Situation abhängt, ist der Einfluss auf
die Modellprognose sowohl räumlich als auch zeitlich
sehr variabel. Dies erschwert die optimale Anpassung
der freien Parameter des Parameterisierungsverfahrens,
die zusätzlich von der Auflösung des skaligen Modells
abhängen können. Mit zunehmender Verfeinerung
der horizontalen Maschenweite der NWV-Modelle
ist allerdings für die Zukunft grundsätzlich eine
Minderung der Bedeutung subskaliger orographischer
Prozesse zu erwarten. Zur Zeit kann auf ihre Parameterisierung
in operationellen globalen Wettervorhersagemodellen
mit Maschenweiten von 40 bis 100 km jedoch
nicht verzichtet werden.
Hochauflösende Regionalmodelle wie das LM mit Maschenweiten
von 5 bis 10 km sind dagegen in der Lage,
den orographisch induzierten, mesoskaligen Druckund
Wellenwiderstand weitgehend explizit aufzulösen,
wie die Simulation einer idealisierten Leewelle
(Abb. 10-10) belegt.
Abb. 10-9: Anomaliekorrelation der Vorhersage des Geopotentials
500 hPa in der Nordhemisphäre als Funktion der
Vorhersagezeit mit (schwarz) und ohne (rot) Parameterisierung
subskaliger orographischer Effekte. Startzeitpunkt
der Vorhersage: 24.11.2004 12 UTC.