Az AROME sekély konvekció parametrizációja magas felbontáson

Az AROME sekély konvekció parametrizációja magas felbontáson Lancz Dávid – Országos Meteorológiai Szolgálat Módszerfejlesztési Osztály

2014. október 2. Alapítva: 1870

Vázlat • Konvekció • Turbulens áramlás • Szürke zóna • A Mass flux algoritmusa • Hogyan lehetne módosítani • Eddigi munka • További teendők

www.met.hu

Konvekció • Az alulról fűtött edény esete • Mély konvekció: a troposzféra tetejéig

• Sekély konvekció: a planetáris határréteg tetejéig www.met.hu

Konvekció

z

x

rácstávolságon felüli advekció – a dinamika kezeli rácstávolságon aluli advekció – parametrizálni kell www.met.hu

Sekély konvekció Large-eddy simulation (LES) – MesoNH 62,5 m

AROME (EDKF nélkül) 500 m

A vertikális sebesség szerkezete a planetáris határrétegben LES adatok forrása: Rachel Honnert (CNRM/GAME, Toulouse, France)

www.met.hu

Turbulens áramlás parametrizációja Az AROME-ban: •K-elmélet + Mass Flux  w    K  M (u   ) z

M  au (wu  w )

(név: Eddy Diffusion Mass Flux EDMF → EDKF mert a felhős részben Kain és Fritsch paramerizációját használják) Megjegyzés: másik definíció szerint: w    K

w - vertikális sebesség  - tetszőleges változó w  - vertikális turbulens

fluxus  - Φ átlagának vertikális z gradiense K - turbulens diffúziós együttható w ,  - w és Φ átlaga wu , u - w és Φ értéke a feláramlási zónában au - a feláramlási zóna területi aránya a rácsterülethez képest  - sűrűség

 M  (u   ) z 

M  au  (wu  w )

www.met.hu

Szürke zóna probléma A sekély konvekciót: • Alacsony felbontáson (kb. dx>1km) – parametrizáljuk • Magas felbontáson (kb. 125m>dx) – nem parametrizáljuk, mert a dinamika kezeli De mi történik a köztes horizontális felbontáson? A modell dinamikája elkezdi részlegesen kitermelni a sekély konvekció örvényeit → vagyis a dinamika és a parametrizáció egyszerre kezeli ugyan azokat az örvényeket → SZÜRKE ZÓNA www.met.hu

Szürke zóna probléma Mi történik a szürkezónában?

Vertikális sebesség különböző magasságokban (MesoNH modell):

 LES felskálázva dx = 62,5 m (referencia)  dx = 1000 m EDKF nélkül  dx = 1000 m EDKF param.-val

forrás: RACHEL HONNERT, VALÉRY MASSON és FLEUR COUVREUX, 2011: A Diagnostic for Evaluating the Representation of Turbulence in Atmospheric Models at the Kilometric Scale. J. Atmos. Sci., 68, 3112-3131

www.met.hu

Szürke zóna probléma A turbulens kinetikus energia (TKE) vertikális profiljai az AROME (dx = 1000 m) és az LES (62,5 m) 1000 méterre átlagolt szimulációiból Total TKE → teljes TKE – a subgrid és resolved TKE összege Subgrid TKE → a TKE parametrizált része

Resolved TKE → a TKE dinamika által kezelt része

www.met.hu

A Mass Flux algoritmusa M , wu ,

- grav. gyorsulás - virt. pot. hőmérséklet

g

v

- virt. pot. hőm felszíni w v grd fluxusa

LBL 89

- Bougeault-Lacarrère féle felfelé irányuló keveredési úthossz

INICIALIZÁCIÓ m2 2 wu2 ( z grd )  max( 0,0001 2 ; TKE ( z grd )) s 3

M  XCMF * ( au ( z grd )  min( M w ( z grd )    au 2 u

  

g

v

M 2 u

w v grd LBL 89 )

1 3

u , au M , wu ,

u , au M , wu ,

u , au M , wu ,

u , au M , wu ,

;0,33)

w

2

megj.: az eredeti egyenletekben a sűrűség is szerepel

u , au M , wu ,

u , au M , wu ,

u , au

1 M  (   ) M z u   (u   ) z

 

- bekeveredés

- kikeveredés

Felfelé integrálásnál: 1. Ellenőrzi, hogy elérte-e az LCL-t (lifting condensation level) a) Nem - ε,δ Pergaud szerint számolja b) Igen - ε,δ Kain és Fritsch szerint számolja 2. Kiszámolja: M, wu, Φu, au 3. Lezárja, ha M≤0 vagy wu2≤0 (ill. ha a felhőmagasság 3000 m fölé ér, 4000 m-re mesterségesen lecsökkenti az M-et 0-ra) www.met.hu

Tervezett módosítás M  XCMF * (

g

v

Vertikális sebesség skálája:

w v grd LBL 89 )

w  (

g

v

1 3

zi – a keveredési réteg magassága

w v grd zi )

1 3

,ha

w v grd  0

Mass Flux érétkek a w* függvényében, LES adatok alapján (PERGAUD,2009)

M  XCMF * w XCMF  0,065 Jelenleg ez van az AROME-ban

forrás: JULIEN PERGAUD, VALÉRY MASSON, SYLVIE MALARDEL és FLEUR COUVREUX, 2009: A Parametrization of Dry Thermals and Shallow Cumuli for Mesoscale Weather Prediction. Bound.-Layer Meteor., 132, 83-106

www.met.hu

Tervezett módosítás Felskálázott mezők alapján következtetni a felszínen inicializált Mass Flux értékek horizontális felbontásától való függésére. A nyomkövető koncentrációjának struktúrája a felszín feletti rétegben LES (dx = 62,5 m) szimuláció és a belőle képzett felskálázott mezők (125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 méter) alapján + feketével jelölve a Mass Fluxszal rendelkező rácspontok (feltétel: w>0; w>wátlag; c-cátlag>cszórás, ahol c a nyomkövető koncentrációja)

62,5 m

125 m

250 m

1000 m

2000 m

4000 m

500 m

8000 m www.met.hu

Tervezett módosítás Tegyük fel, hogy

M resolved (62,5)  M total

M subgrid(dx)  M total  M resolved (dx) A Msubgrid és w* aránya a dx/h függvényében, ahol h a planetáris határréteg magassága

Ez alapján, egy új együtthatót szeretnénk definiálni, amely már figyelembe veszi a horizontális felbontást: XCMF(dx/h,dy/h)

M  XCMF * (

g

v

w v grd LBL 89 )

1 3

www.met.hu

További teendők • Helyes-e a feltevés, hogy Mresolved(62,5 m) = Mref? • A Mresolved megállapításának módját felül kell vizsgálni. • Parametrizálni kell az XCMF(dx/h,dy/h) összefüggést , majd beépíteni az AROME kódjába • A módosítást először idealizált eseteken, majd reális eseteken validálni kell • Meg kell állapítani, hogy szükségesek-e a további változtatások

www.met.hu

Köszönöm a figyelmet!

Alapítva: 1870

És most jöhet a kérdezz felek rész…

Alapítva: 1870