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Prognostisches mesoskaliges Modell METRAS-PC

Einleitung

METRAS-PC  ist ein nicht-hydrostatisches mesoskaliges Modell. Es ist in Deutschland eingeführt, für den operationellen Einsatz vielfach erprobt und im Rahmen von Genehmigungsverfahren anerkannt. Es ist geeignet, lokal vorherrschende Strömungs- und Temperaturverhältnisse hinreichend genau zu modellieren. METRAS-PC wurde gemeinsam von dem Meteorologischen Institut der Universität Hamburg und METCON im Auftrag des Umweltbundesamtes im FE Projekt 104 04 354 aufbauend auf dem Modell METRAS entwickelt.

Modellbeschreibung

Das Modell METRAS-PC beruht auf den physikalischen Erhaltungsgleichungen für Impuls, Masse und Energie, die in Flußform dreidimensional numerisch gelöst werden. Prognostisch werden Wind (= Komponenten u, v, w), potentielle Temperatur und Feuchte sowie die Oberflächentemperatur und Oberflächenfeuchte berechnet. Diagnostisch ermittelt werden der nichthydrostatische und der hydrostatische Druckanteil, die Temperatur, der mesoskalige Dichteanteil, die Diffusionskoeffizienten, die Schubspannungsgeschwindigkeit, die Skalengrößen für Temperatur und andere skalare Größen wie z. B. die Monin-Obukhov-Länge und die Inversionshöhe.
Im Modell wird die anelastische Approximation verwendet. Bei Berechnung der mesoskaligen Dichteabweichung wird die Boussinesq-Approximation verwendet, wobei auch die Druck- und Feuchteabweichung berücksichtigt werden, so dass auch konvektive Prozesse mit METRAS-PC simuliert werden können. Die hydrostatische Approximation wird nur für den großskaligen Grundzustand und den hydrostatischen Druckanteil als gültig vorausgesetzt. Für den nichthydrostatischen Druckanteil wird eine elliptische Differentialgleichung im bodenfolgenden Koordinatensystem gelöst.
Die subskaligen turbulenten Flüsse werden über eine Schließung 1. Ordnung parametrisiert. Sie werden unter Berücksichtigung subskaliger Bewuchseigenschaften über eine Parametermittelung festgelegt (von Salzen et al., 1996). Oberhalb der Prandtlschicht werden die turbulenten Flüsse bei neutraler und stabiler Schichtung nach dem Mischungswegansatz berechnet, bei labiler Schichtung wird ein "counter-gradient-Ansatz" genutzt (Lüpkes und Schlünzen, 1996).
Die vollständige Dokumentation zu dem Modell METRAS-PC (physikalische Grundlagen, Approximationen, numerische Verfahren, Rand- und Anfangsbedingungen, Parametrisierungen) ist zu finden bei Schlünzen, H.; Bigalke, K.; Lüpkes, Ch. und Panskus, H. (2001).

Literatur

  • Lüpkes, C. und Schlünzen, K.H. (1996): Modelling the Arctic convective boundary-layer with different turbulence parameterizations. Boundary-Layer Meteorol., 79, 107 - 130.
  • Schlünzen, H.; Bigalke, K.; Lüpkes, Ch. und Panskus, H (2001): Documentation of the Mesoscale Transport and Fluid Model METRAS PC as part of model system METRAS+. METRAS Technical Report 11, Meteorologisches Institut, Universität Hamburg.
  • von Salzen, K.; Claussen, M. und Schlünzen, K.H. (1996): Application of the concept of blending height to the calculation of surface fluxes in a mesoscale model. Meteorol. Zeitschrift, N.F. 5, 60 - 66.