Skalenübergreifende Modellierung der Populationsdynamik von Hydrometeoren mit Momentenverfahren

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Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Modellierung der Populationsdynamik von Hydrometeoren. Ziel des Projekts ist es, eine Methode zur Beschreibung der räumlich-zeitlichen Entwicklung z.B. von Tropfenpopulationen zu entwickeln, die so ezient ist, dass sie in meteorologischen Vorhersagemodellen eingesetzt werden kann. Insbesondere werden Momentenmethoden aus der Fluiddynamik eingesetzt, die im Hinblick auf die Wolkenphysik ein enormes Entwicklungspotential besitzen. Die Momentenmethoden erlauben, die Wirkung mikroskaliger Vorgänge auf die Entwicklung der Momente zu beschreiben und aus Kenntnis der makroskopischen Momente der Größenverteilung Rückschlüsse auf den Mikrozustand einer Tropfenpopulation zu ziehen. Im beantragten Vorhaben werden Momentenverfahren verschiedener Komplexität eingesetzt und weiter entwickelt. So werden realistische Kollisions- und Break- Up-Kernelfunktionen, die nicht als Polynome darstellbar sind, und eine nicht-lineare Tropfenwachstumsgleichung berücksichtigt. Auch sollen bekannte strukturelle Mängel und inhärente Unsicherheiten bisher genutzter Verfahren untersucht bzw. behoben werden. Insbesondere soll geprüft werden, ob durch die neuartigen Momentenmethoden unrealistische Schockwellenlösungen, die bei der Berechnung der Sedimenation mit üblichen Momentenverfahren auftreten, vermieden werden können. Eine Validierung der neuen Verfahren erfolgt anhand null und eindimensionaler Modelle der Wolkenphysik, in denen die detaillierte spektral-kinetische Gleichung für die Größenverteilung von Hydrometeoren numerisch gelost wird, sowie anhand experimenteller Ergebnisse.