The calculation of a wind climatology of the Erzgebirge

Ausgangspunkt für die Berechnung klimatologisch gemittelter Windgeschwindigkeiten ist die mesoskalige Simulation atmosphärischer Strömungsereignisse, die von der geostrophischen Windgeschwindigkeit gesteuert werden. Der geostrophische Wind wird in 8 Richtungssektoren und Betragsklassen zu je 5m/s eingeteilt, so daß für jeden Sektor bis zu 7 Simulationen auszuführen waren. Die Simulationen wurden mit dem nicht-hydrostatischen Modell GESIMA für eine adiabatisch geschichtete Atmosphäre durchgeführt. Die statistische Mittelung der berechneten Werte erfolgte mit Hilfe einer 10-jährigen Häufigkeitsverteilung des 850hPa-Windes der Radiosondenmessungen von Prag. Ein Vergleich mit den Beobachtungswerten einiger Bodenstationen ergibt Abweichungen bis zu lm/s über höheren Bergen.Starting from the classification of the geostrophic wind into 8 sectors each of them splitted up into 7 classes by 5m/s, simulations with the non-hydrostatic mesoscale atmospheric model GESIMA were performed assuming adiabatic stratification of the atmosphere for each class. The climatologically averaged wind velocities are obtained by the folding with a ten-years frequency distribution of the geostrophic wind measured by the radio sonde station of Prague. Wind velocities observed at some surface stations indicate, that the simulated values can deviate from them by up to lm/s on high mountains

Die Symmetrisierung des MacCormack-Schemas im Atmosphärenmodell GESIMA

The dynamical equations of the non-hydrostatic mesoscale model GESIMA are solved numerically on an Arakawa-C grid. Because of the staggered grid most of the prognostic variables and their derivatives have identical local positions. The functional connection between the fluxes and velocities defined at different places is managed by the MacCormack scheme ignoring the local diff erences. The systematic errors are diminished by means of alternate down- and upwind shifting of the fluxes after each time step. A cycle of 8 time steps is necessary to achieve approximately symmetrical conditions because of the shift permutations. Nevertheless, the systematic errors are not completely removed and the iterative calculation of the dynamic pressure is retarded by starting values from eight time steps ago (same permutation of shift directions). Both shortcomings are avoided by a symmetrized MacCormack scheme without the loss of its advantages of handling strong gradients. The new method is based on the symmetrization of the equations with respect to the passive quantities and on the simultaneous calculation of each equation for opposite shift directions of the active variables followed by averaging both increments. The method is tested for a typical example.Die dynamischen Modellgleichungen des nicht-hydrostatischen mesoskaligen Atmosphärenmodells GESIMA sind numerisch auf einem Arakawa-C-Gitter gelöst. Durch die versetzte Anordnung der Größen auf dem Gitter besitzen die Differenzenquotienten (auf den rechten Seiten) und die prognostizierten Größen (auf den linken Seiten) von vornherein die gleiche lokale Position, allerdings nicht in jedem Fall. Das bisher in GESIMA praktizierte MacCormack-Schema stellt den Zusammenhang zwischen den an verschiedenen Gitterstellen definierten Flüssen und Geschwindigkeiten her, indem die Ortsdifferenz zwischen Fluß- und zugehöriger Geschwindigkeitskomponente ignoriert wird. Zur Verringerung der systematischen Fehler erfolgt die direkte Zuordnung einer Flußkomponente abwechselnd (sequentiell) in einem Zeitschritt zur flußabwärts benachbarten Geschwindigkeitskomponente und im nächsten Zeitschritt zur flußaufwärts benachbarten. Nach Ablauf von jeweils 8 Zeitschritten sind die notwendigen Zuordnungspermutationen der 3 Vektorkomponenten zwecks einer annähernden Symmetrisierung des Verfahrens erreicht. Nachteile des bisherigen Verfahrens sind (a) der nicht vollständige Abbau der jedem Zeitschritt immanenten systematischen Zuordnungsfehler und (b) ein stark erhöhter Rechenaufwand für die iterative Bestimmung des dynamischen Druckes durch einen um 8 Zeitschritte (jeweils gleiche Zuordnungspermutation) zurückliegenden Startwert. Beide Nachteile werden durch ein neues, symmetrisiertes MacCormack-Schema vermieden, ohne daß auf die Vorteile bei der Handhabung starker Gradienten verzichtet werden muß. Das Verfahren beruht (a) auf der Symmetrisierung der lokalen Zuordnung für die passiven Größen innerhalb einer Gleichung (d.h. der nicht durch sie prognostizierten Größen) und (b) auf der simultanen Durchführung der zwei entgegengesetzten Zuordnungsrichtungen für jede der 3 Geschwindigkeitskomponenten innerhalb eines Zeitschrittes mit anschließender Mittelung der beiden Inkremente. Das neue Verfahren wurde anhand eines Beispiels geprüft

A mesoscale atmospheric model combining meteorology, chemistry, biology, and heterogeneity

A mesoscale non-hydrostatic atmospheric model was extended by including both a chemical transport module (CTM) for the chemical triade NO, N02, and 0 3, and an explicit surface-subgrid module (ESSM) for a subscale resolution of the topographical surface. CTEM: The simulated time-dependent concentration fields result from the following processes involved: anthropogenic emission at different heights, biogenic emission, dry deposition on the receptive surface, chemical reactions, turbulent diffusion, and passive transport according to the model dynamics. The calculations in the lowest model layer, usually treated as a constant-flux layer, are now performed on a vertical subgrid that was inserted to better resolve the often observed high concentration gradients within the surface layer. ESSM: Moreover, an equidistant horizontal-subgrid is introduced for finer resolving the topography. The surface fluxes of momentum, sensible and latent heat, long-wave radiation, soil heat flux and wetness as well as the surf ace-energy balance are calculated in the usual approximations, however, employing the individual surface and soil properties of the subgrid cells. The averaged subgrid quantities serve as boundary values required for the model-grid calculations. Within the CTM the ESSM method leads to an intersection of the horizontal ESSM subgrid and the vertical CTM subgrid. Preliminary results representing an interim realization state of the ESSM demonstrate partially strong changes of the dry deposition rates caused by subgrid-resolved surface properties.Ein mesoskaliges nicht-hydrostatisches Atmosphärenmodell ist um ein Chemie-TransportModul (CTM) zur Berücksichtigung der Triaden-Komponenten NO, N02 und 03 sowie um ein Verfahren zur verfeinerten Auflösung der topographischen Unterlage (explicit surface-subgrid modul ESSM) erweitert worden. CTM: Die simulierten zeitabhängigen Konzentrationsfelder sind das Resultat folgender modellierter Prozesse: Anthropogene Emission in verschiedenen Höhenschichten, biogene Emission, trockene Deposition (Rezeption), die speziellen chemischen Umwandlungen, turbulente Diffusion und passiver Transport. Da der Schwerpunkt der Prozesse und die höchsten Konzentrationsgradienten innerhalb der bodennahen ersten Modellschicht vorliegen, werden die Berechnungen in dieser Schicht auf einem verfeinerten vertikalen Untergitter durchgeführt. ESSM: Unabhängig von den Eigenheiten des CTM wird für alle untergrundbezogenen meteorologischen Größen ein regelmäßiges horizontales Untergitter zwecks Berücksichtigung des subskalig aufgelösten topographischen Untergrundes eingeführt. Auf diesem Untergitter werden in den bisherigen Näherungen alle Oberflächenflüsse für Impuls, fühlbare und latente Wärme, langwellige Strahlung, der Bodenwärmefluß, die Bodenfeuchte sowie die Energiebilanz am Boden berechnet. Die über die Untergitterzellen gemittelten Werte dienen den weiteren Berechnungen im normalen Modellgitter als die erforderlichen Randwerte. Innerhalb des CTM führt die ESSM-Methode zu einer Überlagerung des vertikalen CTM-Untergitters mit dem horizontalen Untergitter des ESSM. Erste Simulationsergebnisse, die dem derzeitigen Stand in der Realisierung des ESSM entsprechen, erbringen teilweise stark veränderte Depositionsraten infolge der Berücksichtigung der horizontal feiner aufgelösten Topographie

Dry deposition by an atmospheric model with horizontal subgrid

Two modules have been developed which qualify mesoscale atmospheric models for simulating the chemical transport at resolutions much higher than the model grid. Compared with total fine-grid application this method proves to be nearly so efficient but more economic. The modules solve the chemical transport equations (a) and submit the horizontal subgrid (b) for the meteorological and chemical calculations: (a) The chemical transport module considers the triad NO-N02-03 together with a simplified hydrocarbon chemistry. Involved are chemical reactions, anthropogenic and biogenic emission, dry deposition, passive transport, and turbulent diffusion. For these calculations a special vertical subgrid was introduced within the lowest atmospheric model layer. lt eliminates the frequently used approach of constant vertical particle fluxes near the surface. (b) The horizontal-subgrid module splits the horizontal model grid equidistantly into subgrid cells. The vertical surface fluxes of momentum, sensible and latent heat, radiation, soil heat and wetness, and chemical components are explicitly treated on this subgrid. The subgrid-averaged surface fluxes are employed for the (coarser) normal-grid calculations of the atmospheric meteorological variables. In contrast to the meteorological quantities, the chemical components and processes are perf ormed at all model layers on the horizontal subgrid. Several results are compared to conventional simulations of variable model resolution.Zwei Programm-Module für mesoskalige Atmosphärenmodelle sind entwickelt worden, die Chemie-Transport-Vorgänge in höherer als der normalen Modellgitter-Auflösung simulieren. Im Vergleich zu hochaufgelösten Standardmodell-Anwendungen erweist sich diese Methode als effizienter. Die Module lösen die Chemie-Transport-Gleichungen (a) und schaffen das horizontale Untergitter für die meteorologischen und chemischen Berechnungen (b): (a) Im Chemie-Transport-Modul wird die Triade NO-N02-03 gemeinsam mit einer vereinfachten Kohlenwasserstoff-Chemie betrachtet. Berücksichtigt werden chemische Reaktionen, anthropogene und biogene Emissionen, trockene Deposition, passiver Transport und turbulente Diffusion. Für diese Berechnungen wurde innerhalb der untersten Modellschicht ein spezielles vertikales Untergitter eingeführt, um die in Oberflächennähe häufig angewendete Näherung konstanter Stoffflüsse zu eliminieren. (b) Das Untergitter-Modul unterteilt das horizontale Modellgitter in Unterzellen, auf welche die Berechnung der Boden- und Oberflächenflüsse bezogen wird. Die vertikalen Oberflächenflüsse von Impuls, sensibler und latenter Wärme, Strahlung, Bodenwärme und -feuchte sowie der chemischen Komponenten werden explizit im Untergitter bestimmt. Die über die Unterzellen gemittelten Flüsse werden für die im (gröberen) Modellgitter ablaufenden Berechnungen der meteorologischen Größen genutzt. Im Gegensatz dazu werden die chemischen Komponenten und Prozesse in allen Modellschichten vollständig auf dem Untergitter behandelt. Einige Ergebnisse dieser Methode werden im Vergleich mit Standard-Simulationen unterschiedlichen Auflösungsgrades gezeigt

An Efficient Approach to Clustering in Large Multimedia Databases with Noise".

Abstract Several clustering algorithms can be applied to clustering in large multimedia databases. The effectiveness and efficiency of the existing algorithms, however, is somewhat limited, since clustering in multimedia databases requires clustering high-dimensional feature vectors and since multimedia databases often contain large amounts of noise. In this paper, we therefore introduce a new algorithm to clustering in large multimedia databases called DENCLUE (DENsitybased CLUstEring). The basic idea of our new approach is to model the overall point density analytically as the sum of influence functions of the data points. Clusters can then be identified by determining density-attractors and clusters of arbitrary shape can be easily described by a simple equation based on the overall density function. The advantages of our new approach are (1) it has a firm mathematical basis, (2) it has good clustering properties in data sets with large amounts of noise, (3) it allows a compact mathematical description of arbitrarily shaped clusters in high-dimensional data sets and (4) it is significantly faster than existing algorithms. To demonstrate the effectiveness and efficiency of DENCLUE, we perform a series of experiments on a number of different data sets from CAD and molecular biology. A comparison with DBSCAN shows the superiority of our new approach

PARMA-CC: Parallel Multiphase Approximate Cluster Combining

Clustering is a common component in data analysis applications. Despite the extensive literature, the continuously increasing volumes of data produced by sensors (e.g. rates of several MB/s by 3D scanners such as LIDAR sensors), and the time-sensitivity of the applications leveraging the clustering outcomes (e.g. detecting critical situations, that are known to be accuracy-dependent), demand for novel approaches that respond faster while coping with large data sets. The latter is the challenge we address in this paper. We propose an algorithm, PARMA-CC, that complements existing density-based and distance-based clustering methods. PARMA-CC is based on approximate, data parallel cluster combining, where parallel threads can compute summaries of clusters of data (sub)sets and, through combining, together construct a comprehensive summary of the sets of clusters. By approximating clusters with their respective geometrical summaries, our technique scales well with increased data volumes, and, by computing and efficiently combining the summaries in parallel, it enables latency improvements. PARMA-CC combines the summaries using special data structures that enable parallelism through in-place data processing. As we show in our analysis and evaluation, PARMA-CC can complement and outperform well-established methods, with significantly better scalability, while still providing highly accurate results in a variety of data sets, even with skewed data distributions, which cause the traditional approaches to exhibit their worst-case behaviour. In the paper we also describe how PARMA-CC can facilitate time-critical applications through appropriate use of the summaries

On the reliability of the theoretical internal conversion coefficients

Possible sources of uncertainties in the calculations of the internal conversion coefficients are studied. The uncertainties induced by them are estimated.Comment: 16 pages (including 3 figures inserted by 'epsfig' macro

High-resolution longitudinal N- and O-glycoprofiling of human monocyte-to-macrophage transition.

Protein glycosylation impacts the development and function of innate immune cells. The glycophenotypes and the glycan remodelling associated with the maturation of macrophages from monocytic precursor populations remain incompletely described. Herein, label-free porous graphitised carbon-liquid chromatography-tandem mass spectrometry (PGC-LC-MS/MS) was employed to profile with high resolution the N- and O-glycome associated with human monocyte-to-macrophage transition. Primary blood-derived CD14+ monocytes were differentiated ex vivo in the absence of strong anti- and proinflammatory stimuli using a conventional 7-day granulocyte-macrophage colony-stimulating factor differentiation protocol with longitudinal sampling. Morphology and protein expression monitored by light microscopy and proteomics validated the maturation process. Glycomics demonstrated that monocytes and macrophages display similar N-glycome profiles, comprising predominantly paucimannosidic (Man1-3GlcNAc2Fuc0-1, 22.1-30.8%), oligomannosidic (Man5-9GlcNAc2, 29.8-35.7%) and α2,3/6-sialylated complex-type N-glycans with variable core fucosylation (27.6-39.1%). Glycopeptide analysis validated conjugation of these glycans to human proteins, while quantitative proteomics monitored the glycoenzyme expression levels during macrophage differentiation. Significant interperson glycome variations were observed suggesting a considerable physiology-dependent or heritable heterogeneity of CD14+ monocytes. Only few N-glycome changes correlated with the monocyte-to-macrophage transition across donors including decreased core fucosylation and reduced expression of mannose-terminating (paucimannosidic-/oligomannosidic-type) N-glycans in macrophages, while lectin flow cytometry indicated that more dramatic cell surface glycan remodelling occurs during maturation. The less heterogeneous core 1-rich O-glycome showed a minor decrease in core 2-type O-glycosylation but otherwise remained unchanged with macrophage maturation. This high-resolution glycome map underpinning normal monocyte-to-macrophage transition, the most detailed to date, aids our understanding of the molecular makeup pertaining to two vital innate immune cell types and forms an important reference for future glycoimmunological studies