Die vertikale Struktur der konvektiven Grenzschicht waehrend arktischer Kaltluftausbrueche ueber See Vergleich von Klimamodellsimulationen mit Flugzeugmessungen

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die in einem grossskaligen, numerischen Modell notwendige Parameterisierung der Konvektion zu ueberpruefen, und die Ergebnisse von Modellrechnungen mit Flugzeugmessungen waehrend konvektiver Situationen zu vergleichen, und an Hand von Sensitivitaetsstudien Verbesserungsvorschlaege fuer die Parameterisierung zu erarbeiten. Die fuer den Vergleich verwendeten Flugzeugmessungen fanden waehrend der Experimente ARKTIS 1988, 1991 und 1993 in der Arktis unter den Bedingungen von Kaltluftausbruechen statt. Dabei wurden im Messgebiet Vertikalprofile in Form von Steig- und Sinkfluegen und vertikal gestaffelte Horizontalflugabschnitte gefolgen. Mit den hochaufgeloesten Messdaten der Horizontalflugabschnitte war es moeglich, mit Hilfe der Korrelationsmethode die vertikalen Gesamtfluesse von Waerme- und Impuls zu bestimmen. Mit Hilfe einer Spektralanalyse wurden diese Gesamtfluesse an Hand einer Trennwellenlaenge im Spektrum in einem mit kurzen Wellenlaengen verbundenen turbulenten und einen mit groesseren Wellenlaengen verbundenen konvektiven Anteil aufgeteilt. Aus den Messdaten der verschiedenen Flugtage wurden Mittel ueber eine Flugmission und ein Mittel ueber eine gesamte Kampagne (ARKTIS 1991) gebildet. Fuer die in dieser Arbeit vorgestellten Modellrechnungen wurden das grossskalige, globale, spektrale Klimamodell ECHAM3 verwendet. Der Vergleich der Hoehen der Wolkenunter- und Wolkenobergrenzen, des Bedeckungsgrades, der mittleren Windrichtung in der Grenzschicht und der Temperaturdifferenz Luft-Wasser auf den Modellrechnungen mit den Beobachtungen und Messungen waehrend der Flugzeugmessungen mit der FALCON-20, zeigten ebenfalls eine relativ gute Uebereinstimmung. (orig.)The objective of this study was to verify the parameterization of convection required in a large-scale numerical model, and to compare the results of model calculations and aircraft measurements during convective situations, and to develop suggested improvements for the parameterization based on sensitivity studies. The aircraft measurements, used for the comparison, took place during the experiments ARKTIS 1988, 1991, and 1993 in the arctic under the conditions of cold air outbreaks. In the process, vertical profiles in the form of climbing and descending flights and vertically staggered horizontal flight legs were flown in the area under survey. Using the high-resolution data from the horizontal flight legs and the correlation method it was possible to determine the vertical total fluxes of heat and momentum. By means of a spectral analysis based on a separation wavelength in the spectrum, these total fluxes were broken down into a turbulent component associated with shorter wavelengths and a convective component associated with longer wavelengths. Means over a flight mission and a mean over an entire campaign (ARKTIS 1991) were taken from the data of the different flight days. The large-scale, global, spectral climate model ECHAM3 was used for the model calculations presented in this report. A comparison of the cloud top and base altitudes, cloud coverage, mean wind direction in the boundary layer, and air-water temperature difference from the model calculations with the observations and measurements taken during the aircraft measurements using the FALCON-20 showed a relatively good correlation as well. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 1857(26) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman