MetStröm-Ziele

Ziele des Schwerpunktprogramms

Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, innovative und in den drei beteiligten Disziplinen gleichermaßen verankerte Konzepte zur Lösung der folgenden Forschungsaufgaben zu entwickeln:

Skalenabhängige Schließungsmodelle und mathematische Modellstruktur

Entwicklung von Schließungsmodellen für die Effekte nicht aufgelöster Skalen, die

  • für Berechnungen auf einem Gitter variabler Schrittweite gleichmäßig gültig sind,
  • sich automatisch anpassen, wenn die kleinste aufgelöste Skala beginnt oder aufhört einen bestimmten Teilprozess im Detail darstellen zu können,
  • zusammen mit den die größeren Skalen beschreibenden Gleichungen ein in sich konsistentes abstraktes mathematisches Modell ergeben, welches auch ohne Bezug auf ein konkretes Rechengitter Gültigkeit besitzt.

Adaptive Numerik diskret-kontinuierlicher Hybridmodelle

Entwicklung adaptiver numerischer Methoden, die die Struktur der strömungsmechanischen Gleichungen inklusive Schließungsmodellen berücksichtigen. Hierzu gehören

  • Diskretisierungen der strömungsmechanischen Gleichungen, die in Abhängigkeit der aufgelösten Längen- und Zeitskalen automatisch die korrekten dominanten Balancen respektieren (Hydrostasie, Geostrophie, etc.),
  • eine mathematisch konsistente Verbindung der Diskretisierungen für die numerisch aufgelösten Skalen mit den Schließungsmodellen für die nicht aufgelösten Skalen,
  • verallgemeinerte Konvergenzbegriffe und Fehlerindikatoren unter Berücksichtigung von Modell- und Diskretisierungsfehlern,
  • zielorientierte Adaptionskriterien, die eine Kontrolle der Adaptionsmechanismen im Hinblick auf bestmögliche Beantwortung einer bestimmten Fragestellung ermöglichen.

Referenzexperimente und Datenbasis

Durchführung von Referenzexperimenten, die zum angegebenen Anwendungsspektrum passen und eine Erfolgskontrolle für die o.g. Entwicklungen erlauben. Um eine begrenzte Zahl von Referenzexperimenten gruppieren sich mehrere theoretisch-numerisch orientierte Projekte. Dabei ist neben Labor- auch an numerische Experimente im Sinne direkter numerischer Simulationen gedacht.

Insofern im Schwerpunkt auch größerskalige meteorologische Phänomene vom theoretisch-numerischen Standpunkt aus betrachtet werden, sind Beobachtungsdaten heranzuziehen. Mit DWD, PIK und SPP 1167 wurde bereits eine entsprechende Kooperation vereinbart.

Diese Forschungsaufgaben stellen sich in einem sehr breiten Spektrum von Anwendungen in gleicher Weise. Um die für eine effiziente Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Einzelprojekten im Schwerpunkt notwendige Fokussierung zu erreichen, soll im konkreten Arbeitsprogramm des Schwerpunkts nur eine begrenzte Zahl von Anwendungszusammenhängen untersucht werden.