13.08.2013M. Baldauf (FE13)1 AG-NWV 13.08.2013 M. Baldauf (FE13) Auswirkung von Änderungen im Fast Waves Solver auf die Feuchteprozesse im COSMO-DE

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AG-NWV 13.08.2013

M. Baldauf (FE13)

Auswirkung von Änderungen im Fast Waves Solver auf die Feuchteprozesse im COSMO-DE

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Nicht-hydrostatische, kompressible Euler-Gleichungen(Formulierung im COSMO-Modell)

‚fast waves‘-Prozesse

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Hauptunterschiede zum vorherigen ‚fast waves‘-Löser:

1. Verbesserung in der vertikalen Diskretisierung: gewichtete Mittelungsoperatoren für alle vertikalen Operationen

2. Divergenz in ‚strong conservation‘ Form

3. optional: komplette 3D (=isotrope) Divergenzdämpfung

4. optional: Mahrer (1984) Diskretisierung der horizontalen Druckgradienten

Ziel: Verbesserung der numerischen Stabilität des COSMO-Modells

Neue Version fast_waves_sc.f90 (ab COSMO 4.24)

Baldauf (2013) COSMO Tech. Rep. No. 21 (www.cosmo-model.org)

http://www.cosmo-model.org/

Verbesserung der vertikalen Diskretisierung

Mittelung von Nebenflächen auf Hauptflächen:

Mittelung von Hauptflächen auf Nebenflächen mit entsprechenden Gewichtungen (!):

Zentrierte Differenzen (2. Ordn. wenn auf Nebenflächenvar. angewendet)

G. Zängl konnte die Vorteile gewichteter Mittelungen in den expliziten Teilen des ‚fast waves‘-Lösers zeigen.Neu: Anwendung in allen vertikalen Operationen (auch in den impliziten)

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Zahlreiche Modellabstürze in der Vergangenheit

•operationelles COSMO-DE (nur wenige)•COSMO-DE L65-Experimente•COSMO-1 km bei MeteoSchweiz•…

konnten durch Verwendung des neuen fast waves Löserskuriert werden.Verifikationsscores im wesentlichen neutral.

operationelle Einführung ‚neuer fast waves Löser‘ am 16. Jan. 2013 in COSMO-DE und COSMO-EU (nach 5 Monaten prä-operationeller Testphase)

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Unbefriedigende Vorhersagequalität des COSMO-DE am 20. Juni 2013

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COSMO-DE, 20.06.2013, 12 UTC run1h Niederschlagssumme

‚nnew‘ Radar

Link zum Plot-Generator

http://oflxs04.dwd.de/~mbaldauf/Termine/2013062012/C-DE_4.26r18_FW2_MF_qxnow--C-DE_4.26r14_FW2_MF/lm.html

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Vertikalgeschwindigkeit w [m/s] in z ~ 5 km

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‚nnew‘ Radar



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Maßnahme in der derzeitigen Parallelroutine der COSMO-Modelle:

Feuchtekorrektur in der Gas-gl.:(water loading)

RK-Schema mit neuem fast waves Löser:bisher: Feuchtevariablen qv, qc, … in qx zum Zeitlevel nnew

neu : Feuchtevariablen qv, qc, … in qx zum Zeitlevel nnow

Grund: während des RK-Schemas bedeutet nnew für die Feuchtevariablen noch ‚old‘!

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‚nnew‘ Radar ‚nnow‘



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Vertikalgeschwindigkeit w [m/s] in z ~ 5 km‚nnew‘ ‚nnow‘

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„qx zum Zeitlevel nnow“ seit 17.07.2013 in der Parallelroutine

Ergebnisse der derzeitigen Parallelroutine

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COSMO-DE Routine COSMO-DE ParallelRadar

24.07.2013, 00 UTC-Lauf, 24h-Niederschlagssumme

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Synop-VerifikationCOSMO-DE ParallelCOSMO-DE Routine

Verifikation: U. Damrath

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Synop-VerifikationCOSMO-EU ParallelCOSMO-EU Routine


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Zusammenfassung:

•Operationelle Einführung des neuen fast waves Lösers in die COSMO-Modelle fand am 16.01.2013 statt•Bug fix: Änderung des Zeitlevels der Feuchtevariablen im ‚water loading‘-Beitrag des Auftriebsterms•Dadurch verbessert sich die Niederschlagsvorhersage am 20.06.2013 deutlich•Einführung in die Parallelroutine seit 17.07.2013 bringt leichte Verbesserungen gegenüber Radarbeobachtungen•Positiver Impact auf die Verifikationsscores

Ergänzung:Die COSMO-DE Vorhersage am 20.06.2013 kann z.B. auch durch Verwendung von Radar-Radialwinden und GPS-basierter Wasserdampfassimilation verbessert werden (Klaus Stephan, FE12)

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Neuere Verifikationsergebnisse der Routine-/Paralleroutine

(von U. Damrath, U. Pflüger)

M. Baldauf, U. Blahak (DWD)

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