Aufgabe - Universität Leipzig

Seminarthemen
Symbolbezeichnung:
(*) leicht (nur Änderungen in der Steuerdatei, Anwendung fertiger Auswerteprogramme)
(**) mittel (kleinere Änderungen im Quelltext, Anwendung fertiger Auswerteprogramme)
(***) schwer (größere Änderungen im Quelltext oder Auswerteprogramme müssen selbst verfasst
werden)
1 Einfluss von Schwerewellen auf die Gezeiten (*)
Aufgabe und Zielstellung:
Untersuchen Sie anhand der Ergebnisse von MUAM wie sich eine Veränderung der Schwerewellenparameter auf die Amplituden der solaren Gezeiten der mittleren Atmosphäre auswirkt. Verändern Sie dafür in der Steuerdatei muam mod clear.txt die Parameter der Namelist
GRW (Amplituden/Phasengeschwindigkeiten). Als Ergebnisse sollten Höhen-Breiten-Schnitte
der ganztägigen und halbtägigen Gezeiten präsentiert und diskutiert werden.
unterstützendes Material:
• GSWM zum Vergleich der Amplituden ganztägiger und halbtägiger Gezeiten
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
2 Untersuchung des Einschwingverhaltens von MUAM (**)
Aufgabe und Zielstellung:
Untersuchen Sie wie lange MUAM für die Einschwingphase benötigt und ab welchem Zeitpunkt Stabilisierung eintritt. Variieren Sie dafür den Parameter NPHI in der Namelist RUN der
Steuerdatei muam mod clear.txt von 120 Tagen auf 30 Tage und erstellen Sie Zeitreihen von
Zonalwind, Meridionalwind und Temperatur. Sind 120 Tage zum Einschwingen geeignet oder
könnte die erste Phase verkürzt werden? Danach setzen planetare Wellen ein. Wann findet hier
eine Stabilisierung statt? Ist es notwendig bis zum 330. Tag zu warten, bis die Sonne aktiv wird
oder genügen 60 Tage?
1
unterstützendes Material:
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
a n a ly s is
1
tid e s
0
1
fa c to r
fa c to r
E R A - In te r im
P W 's
1
2 5
2 0
1 5
0
1 0
d e c lin a tio n
5
d a y o f m o n th
fa c to r
0
3 0
0
0
1 2 0
2 4 0
3 3 0
3 6 0
m o d e l d a y s
3 Einfluss der Rayleighreibung auf die Gezeitenamplituden (**)
Aufgabe und Zielstellung:
Rayleighreibung bezeichnet den abbremsenden Effekt, der durch den Einfluss des Erdmagnetfeldes auf die Dynamik des Neutralgases in der oberen Atmosphäre entsteht. Das Profil der
Rayleighreibung wird in der Subroutine init 60.f durch den Parameter BRayl0 angegeben.
Durch Änderung dieses Profils kann auf die Hintergrundzirkulation Einfluss genommen und somit auch die Amplituden der Gezeiten verändert werden. Da die Gezeiten in MUAM eher zu
schwach ausgeprägt sind, ist zu prüfen, ob dadurch die Amplituden verstärkt werden können.
Als Ergebnisse sollten die Hintergrundfelder für Zonalwind, Meridionalwind und Temperatur
in je einem Höhen-Breiten-Schnitt präsentiert und diskutiert werden. Insbesondere ist auf die
Amplituden der Gezeiten einzugehen.
2
unterstützendes Material:
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
4 Vergleich zweier paralleler Schwerewellenparametrisierungen (***)
Aufgabe und Zielstellung:
Die Implementierung zweier verschiedener Schwerewellenparametrisierungen in einem Modell
kann unter Umständen zu Problemen führen, wenn sich beide Parametrisierungen überlappen.
Zeigen Sie anhand der Schwerewellenimpulsflüsse, dass die Parametrisierung nach Yigit et al.
(2008) vor allem die obere Atmosphäre abdeckt, während die Parametrisierung nach Lindzen
(1981) eher die mittleren Atmosphäre beeinflusst. Die Variablen fgru, fgrv und fgrt in den
Routinen grwaves RSHU.f (Lindzen) sowie egwd RSHU.f (Yigit) müssen dafür jeweils gesplittet
werden, um beide Parametrisierungen unterscheiden zu können. Stellen Sie die Grundidee hinter
beiden Parametrisierungen vor und erklären Sie die Höhenabhängigkeit.
unterstützendes Material:
• Lindzen, R. S.: Turbulence and stress owing to gravity wave and tidal breakdown, Journal
of Geophysical Research: Oceans, 86, 9707–9714, doi:10.1029/JC086iC10p09707, 1981
• Yigit, E., Medvedev, A., Aylward, A., Hartogh, P., und Harris, M.: Modeling the effects of
gravity wave momentum deposition on the general circulation above the turbopause, Journal
of Geophysical Research, 114, D07 101, doi:10.1029/2008JD011132, 2009
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
5 Sensitivitätsstudie: Schwerewellen im Zonalmittel (***)
Aufgabe und Zielstellung:
Schwerewellen spielen eine Schlüsselrolle beim Austausch von Impuls und Energie zwischen den
atmosphärischen Schichten. Ihre Anregung erfolgt normalerweise regional durch z.B. Orographie oder Konvektion. Im Modell soll getestet werden, welchen Einfluss eine zonale Mittelung
des Schwerewellenimpulsflusses auf die Dynamik der mittleren Atmosphäre hat. Diese zonale
Mittelung soll selbst geschrieben werden und in der Subroutine acc ASM.f an den Parametern
3
fgru, fgrv und fgrt durchgeführt werden. Gibt es merkliche Einflüsse auf die Amplituden der
Schwerewellen?
unterstützendes Material:
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
6 Anregung einer stratosphärischen Erwärmung
6.1 Variation der Höhe assimilierter Reanalysedaten (**)
Aufgabe und Zielstellung:
Da MUAM ein Modell für die mittlere und obere Atmosphäre darstellt, werden bis 30 km Höhe
die zonal gemittelten Temperaturen aus Reanalysedaten (ERA-Interim) assimiliert, um die Troposphäre/untere Stratosphäre realistisch einzubinden. Durch Variation dieser Höhe (z.B. 10 km,
20 km) soll gezeigt werden, wie sich die Klimatologie folglich im Modell verändert. Dafür ist in
der Subroutine ncool PWs 60.f der Ausdruck if (k.le.10) zu variieren. Schließlich soll der
Extremfall getestet werden: Wie reagiert das Modell im Freilauf (Assimilation bis Tag 330, danach Assimilation auskommentieren)? Die Ergebnisse sind anhand der Dynamik der mittleren
Atmosphäre zu begründen.
unterstützendes Material:
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
6.2 Freischwingverhalten nach Anregung bestimmter Reanalysedaten (***)
Aufgabe und Zielstellung:
Stratosphärsche Erwärmungen (SSW) sind nicht nur mit einem signifikanten Temperaturanstieg,
sondern auch mit einer Umkehr des Zonalwindes in diesen Höhen verbunden und entstehen bei
starker Aktivität planetarer Wellen. Dieser Effekt soll im Modell erzeugt werden, indem die Reanalysedaten aus Jahren mit bekannten SSW (z.B. 2009, 2013) lediglich in der Einschwingphase
(bis Tag 330) eingebunden werden. Im folgenden soll das Modell im Freilauf ohne Assimilation
von Reanalysen so lang wie möglich (bis Februar/März) laufen gelassen werden. Dafür ist in
4
der Subroutine ncool PWs 60.f der Ausdruck if (k.le.10) entsprechend des Zeitschrittes zu
erweitern und die eigentliche Simulation (ab 330) im Shellskript muam month.sh zu verlängern.
Bedenken Sie auch, dass die Ausgabe der nc-Dateien nach je 30 Modelltagen erfolgen sollte
(360,390 und ggf. 420). In der Analyse ist die Entstehung von SSW zu prüfen.
unterstützendes Material:
• Pogoreltsev, A., Savenkova, E., und Pertsev, N.: Sudden stratospheric warmings: the role
of normal atmospheric modes, Geomagnetism and Aeronomy, 54, 357–372,
doi: 10.1134/S0016793214020169, 2014
• ausführliche Modellbeschreibung: Fröhlich, K.: The Quasi Two-Day Wave - its impact on
the zonal mean circulation and wave-wave interactions in the middle atmosphere, Dissertation, Universität Leipzig, www.uni-leipzig.de/%7Emeteo/de/orga/Band 38.pdf, 2005
• Jahre mit SSW: FU Berlin: North Pole Temperatures oder Climate Prediction Center:
Stratosphere Troposphere Monitoring
Anhang: Vorgegebene Auswerteprogramme
• Hintergrundklimatologie für Zonal- und Meridionalwind sowie Temperatur
• Schwerewellenimpulsfluss und Beschleunigung des Grundstroms durch Schwerewellen
• Gezeiten (Amplituden + Phasen) in Temperatur und Wind
• planetare Wellen (Amplituden + Phasen) für Wellenzahlen 1,2,3
• Eliassen-Palm-Fluss und dessen Divergenz
5

Download Report