Der Auswahl und Anpassung numerischer Verfahren im Prozess der Modellierung atmosphärischer Prozesse kommt bei der wachsenden Komplexität der Modelle eine große Bedeutung zu. Kriterien für die Bewertung der Verfahren sind die Genauigkeit und Erhaltung physikalischer Eigenschaften bei hoher Effizienz auf verschiedenen Rechnern. Insbesondere die Möglichkeit der Parallelisierung der eingesetzten Algorithmen ist oft ein notwendiges Kriterium für spätere Anwendungen.
Zeitintegrationsverfahren. Die Beschreibung atmosphärischer Prozesse führt im Allgemeinen zu Systemen von steifen Differentialgleichungen. Für solche Systeme sind explizite Integrationsverfahren nur für sehr kleine Schrittweiten stabil. Deshalb wurden implizit-explizite Verfahren (IMEX) entwickelt. Die wichtigste Komponente dieser IMEX Verfahren sind geeignete Algorithmen zur Lösung von großen, schwach besetzten, linearen Gleichungssystemen, welche die spezielle Struktur der Probleme ausnutzen. Ein weiterer Effizienzgewinn kann durch so genannte Multirate-Verfahren erzielt werden. Diese gestatten die Verwendung unterschiedlicher Zeitschrittweiten in verschiedenen Modellgebieten und für einzelne Prozesse.
Numerik der Wettervorhersage. Innerhalb des DFG-Schwerpunktprogramm MetStroem wird die Nutzung von kartesischen Gittern für die Berechnung atmosphärischer Strömungen untersucht. Von der Verwendung derartiger Gitter verspricht sich man eine bessere Darstellung der stabilen Atmosphäre sowie eine verbesserte Niederschlagsvorhersage im gegliederten Gelände. Um eine gleichmäßige vertikale Auflösung über Grund zu erreichen, werden blockadaptive Gitter verwendet. Für diese Gitterstruktur werden angepasste Orts- und Zeitdiskretisierungen entwickelt und innerhalb des Strömungscodes ASAM implementiert und getestet.
Modellkopplung und Parallelisierung. Oft beleuchten Simulationsmodelle jeweils nur einzelne Facetten eines Gesamtsystems. Werden sie gekoppelt, können durch die Einbeziehung der Wechselwirkungen dieser verschiedenen Aspekte die untersuchten Systeme detaillierter abgebildet werden. Am IfT wurde der Chemie-Transport-Code MUSCAT mit dem regionalen Wettervorhersagemodell LM des Deutschen Wetterdienstes gekoppelt. Hierfür sind unterschiedliche Strategien zur Online-Kopplung und Lastbalancierung untersucht worden. Die Kopplungsschemen sollen dabei sowohl eine hohe Flexibilität gewährleisten als auch Rückkopplungseffekte zwischen den Modellen berücksichtigen.
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