Interaktive Kopplung zwischen dem dynamischen Modell und dem chemischen Transportmodell im Rahmen des globalen dreidimensionalen Modells der mittleren Atmosphäre COMMA-IAP

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Gerd Sonnemann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5443773

Das globale dreidimensionale dynamische Kölner Modell der mittleren Atmosphäre, COMMA, wurde mit einem im Rahmen einer DFG-Förderung an unserem Institut entwickelten chemischen Transportmodell, CTM, gekoppelt. Das CTM benutzt dabei die vom COMMA berechneten dynamischen Felder der Windkomponenten, der Temperatur und des Drucks. Das dynamische Modell selbst verwendet aber nur zuvor berechnete Felder der für die Dynamik relevanten Spurenstoffe O3, CO2, O, H2O, NO und der chemischen Heizungsraten. Im CTM werden fest nur von der Höhe und dem solaren Zenitwinkel abhängige Dissoziationsraten genutzt. Dies war bislang weitgehend der Stand der Forschung, aber es gibt zunehmend Tendenzen zu einer verstärkten interaktiven Kopplung verschiedener Codes innerhalb der komplexen Modelle. Das nunmehr COMMA-IAP genannte gekoppelte Modell konnte in den vergangenen Jahren schrittweise verbessert werden. Es ist insbesondere geeignet, die Mesosphäre und den erweiterten Mesopausenbereich zu untersuchen. Dieser atmosphärische Höhenbereich ist der Forschungsschwerpunkt an unserem Institut, womit die Verbesserung der Modellierung eine wesentliche Unterstützung der experimentellen Untersuchungen darstellt.Insbesondere die Implementierung eines quasi diffusionsfreien advektiven Transportalgorithmus im Chemiecode führte dazu, dass das Modell die wesentlichen globalen Verteilungsmuster der Spurenstoffe wiedergab. Ein weiterer Entwicklungsfortschritt ist nunmehr nur möglich und notwendig auf der Basis einer interaktiven Kopplung der einzelnen Programmcodes. Im ersten Arbeitsschritt soll der chemische Code der Stratosphäre verbessert und ein Plasmacode eingebaut werden. Im zweiten Schritt muss die Rückkopplung zwischen den Dissoziations- und Ionisationsraten und der Ozone- und O2-Verteilung bearbeitet werden. Im dritten und wichtigsten Arbeitsschritt werden die aktuellen Spurenstofffelder, die im dynamischen Modell die Erwärmungs- und Abkühlungsraten bestimmen, dort zeitsimultan genutzt. Eine grundsätzliche Aufgabe besteht darin, die bei interaktiven Modellläufen mit positiven Rückkopplungen auftretenden Instabilitäten in den Griff zu bekommen. Die Programmierung muss so gestaltet werden, z.B. durch Parallelisierung, dass die Rechenzeit in vertretbaren Relationen bleibt. Im letzten Schritt schließlich werden auf der Basis des neuen Modells spezielle geophysikalsiche Untersuchungen im Verbund mit den am Institut bearbeiteten Fragen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Uwe Berger (†)