Zusammenfassung
Die Anfangsadjustierung der atmosphärischen Zustandsvariablen und die sehr kleinen Rechenzeitschritte sind Kernprobleme der numerischen Simulation von grossräumigen Wetterentwicklungen auf der Basis strenger hydrodynamischer Vorhersagemodelle. In dem vorliegenden Aufsatz wird ausführlich diskutiert wie beide Prognosehindernisse mit geeigneten Verträglichkeitsbedingungen (diagnostische Differentialgleichungen) zwischen den atmosphärischen Feldgrössengemeinsam beseitigt werden. Diese Bedingungsgleichungen sind gleichzeitig verwendbar, um
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die Anfangsfelder der meteorologischen Variablen so aneinander anzupassen, dass kurzperiodische Lärmeffekte weitgehend unterdrückt werden (ungefilterte Systeme)
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originäre Modellgleichungen zu ersetzen, so dass die meteorologisch irrelevanten Lärmwellen (mit lästig kleinen Zeitschritten) in den mathematischen Lösungen eliminiert werden (gefilterte Systeme).
Die konsequente Nutzung der Lärmfiltertechnik führt (bei einem vertretbaren mathematischen Aufwand) in der Praxis dazu, dass während des numerischen Lösungsprozesses Lärmwellenanteile bis zur Unwirksamkeit reduziert und meteorologisch relevante Rossby-Wellen hinreichend gut konserviert werden. Die Praktizierbarkeit der Lärmfiltertheorie wird an einem (barotropen) 1-Schichtenprognosemodell rechnerisch realisiert und veranschaulicht. Die Kernprobleme der Initialisierung und der Lärmfilterung (Zeitschritt) werden dabei separat diskutiert.
Summary
The process of initialization of the atmospheric field variables and the very short computing time steps are key problems in numerical large-scale weather simulation based on stringent fluid-dynamic models. In the present paper it is discussed how these two prediction problems cantogether be removed with the aid of special compatibility conditions (diagnostic differential equations) between the atmospheric field parameters. These equations can be utilized simultaneously
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to mutually adjust the initial fields of the meteorological variables so that noise effects are suppressed as far as possible (unfiltered systems)
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to substitute original flow equations so that the short-periodic, meteorologically irrelevant noise waves (requiring short time steps) in the mathematical solutions are eliminated (filtered systems).
The consistent usage of noise filtering relationship results (with a reasonable amount of mathematical effort) in noise-wave components being considerably reduced and meteorologically relevant Rossby-waves being largely maintained during the numerical integration process. The practicability of the noise-filtering theory is analytically discussed on the basis of a (barotropic) one-layer prediction model. The problems of initialization and noise-filtering (time step) are discussed separately.
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Öffentliche Antrittsvorlesung des Autors an der ETH Zürich gehalten am 22 Mai 1979.
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Herbert, F. Die Erschliessung der Numerischen Wetterprognose durch die Hypothese der Lärmfreien Atmosphäre. PAGEOPH 118, 880–912 (1980). https://doi.org/10.1007/BF01593039
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF01593039