Diagnose und strukutrelle Implementierung von Erhaltungseigenschaften in der nichthydrostatischen meteorologischen Modellierung

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In Modellen der NWV ist nicht von vorneherein dafür Sorge getragen, dass globale Erhaltungsgrößen auch bei der jeweilig genutzten Diskretisierung erhalten sind. Globale Erhaltungsgrößen sind Energie, Masse, Entropie (bei Adiabasie) und Ertelsche Potentielle Enstrophie. Eine Lagrangesche Erhaltungsgröße ist die Ertelesche Potentielle Vorticity. Ein erstes Ziel des Projektes ist, zu untersuchen, in welchem Grade die erwähnten Größen im LM (Lokal-Modell) des DWD (Deutscher Wetterdienst) numerisch erhalten sind und ob die angetroffenen Fehler möglicherweise zu einem systematischen Bias führen. Diese erlaubt eine Evaluierung des LM unabhängig von konventioneller Verifikation und Validation. Über die Untersuchung der Entwicklung von Spektren der kinetischen Energie erhoffen wir uns Aussagen über die Realisierung von Skalenwechselwirkungen im Modell. Ein weiteres Ziel ist ¿ mit dem Wissen um physikalisch eingeforderte Strukturvorgaben der Nambu- Theorie ¿ ansatzweise numerische Verfahren ins LM zu implementieren, die globale Erhaltungseigenschaften nicht verletzen. Beispielsweise muss der nichtlineare Advektionsterm mit der Lambschen Transformation formuliert werden. Nutzen wird bei der expliziten Simulation der mit helizitären Strukturen verbundenen hochreichenden Konvektion erwartet, zumal bei so kleinen Maschenweiten, wie sie in allerjüngster Zeit und zukünftig im LM genutzt werden.