Der konvektive Anteil am globalen Energiekreislauf / Verf. Martin Steinheimer

• VerfasserIn: Steinheimer, Martin
• Place / Publishing House: 2008
• Year of Publication: 2008
• Language: German
• Classification: 38.81 - Atmosphäre; 38.82 - Klimatologie
• Physical Description: IV, 134 S.; Ill., graph. Darst., Kt.
• Notes: Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers; Zsfassung in engl. Sprache

ger: Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem globalen Energiekreislauf der Atmosphäre in der von Edward Lorenz vorgestellten Darstellung. In dieser Darstellung ist der globale Energiekreislauf durch die Reservoirs von verfügbarer potentieller Energie (APE) und kinetischer Energie (KE) und die zugehörige Erzeugungsrate von APE, Umwandlungsrate von APE in KE und Dissipationsrate von KE gegeben. Bisher wurden in den meisten Auswertungen dieser Art kleinskalige nicht von Wettervorhersagemodellen aufgelöste Prozesse, wie zum Beispiel Konvektion, vernachlässigt.<br />Auswertungen unter Beachtung dieser sub-gitterskaligen Prozesse zeigten aber, daß diese wesentlich zum globalen Energiekreislauf beitragen.<br />Es ist nicht möglich diese kleinskaligen Prozesse routinemäßig zu beobachten und auch eine explizite Modellierung auf der globalen Skala ist nicht möglich. In numerischen Vorhersagemodellen spielen diese Prozesse aber eine wichtige Rolle und werden dort daher parametrisiert.<br />In dieser Arbeit soll der sub-gitterskalige Anteil am globalen Energiekreislauf in Form der sub-gitterskaligen Austauschrate von APE in KE, die aus den turbulenten Flüssen von sensibler und latenter Wärme berechnet werden kann, bestimmt werden.<br />Die benötigten sub-gitterskaligen Flüsse werden mit zwei Unterschiedlichen Ansätzen bestimmt. Einerseits werden sie aus der Parametrisierung eines globalen Wettervorhersagemodells extrahiert. Zu diesem Zweck wurden spezielle Vorhersageläufe durchgeführt, aus denen die benötigten Daten abgespeichert wurden. Andererseits werden die sub-gitterskaligen Flüsse mit Hilfe eines Variationsverfahrens aus Reanalysedaten diagnostiziert.<br />Neben der sub-gitterskaligen Austauschrate von APE in KE werden auch die anderen Größen des globalen Energiekreislaufs ausgewertet. Damit ist das Ergebnis dieser Arbeit eine neue Abschätzung des globalen Energiekreislaufs unter Einbeziehung sub-gitterskaliger Prozesse.<br />Erstmals werden parametrisierte Flüsse zu dessen Auswertung verwendet.<br />Die diagnostische Auswertung aus Reanalysedaten ist die bisher umfangreichste, die sub-gitterskalige Prozesse berücksichtigt. Alle Auswertungen dieser Arbeit zeigen, daß der sub-gitterskalige Anteil des Energiekreislaufs keinesfalls klein ist und daher nicht vernachlässigt werden sollte.<br />

eng: In this work the global energy cycle of the atmosphere is investigated. Although the complex processes which are part of the atmospheric energy cycle (e.g. radiative heating) are implicitly considered, the energy cycle can be simplified to the reservoir of available potential energy, the reservoir of kinetic energy and the related generation, conversion and dissipation rates.<br />This scheme was used in many evaluations of the global energy cycle.<br />Most studies have only considered gridscale processes, i.e. small scale processes like convection have been neglected. However studies including sub-gridscale processes have pointed out, that the sub-gridscale branch contributes considerably to the global energy cycle. These sub-gridscale processes cannot be routinely observed or explicitly modeled, yet they are of crucial importance in numerical weather prediction. Therefore they are parameterized in numerical weather prediction models.<br />The convective contribution to the global energy cycle is represented by the sub-gridscale part of the conversion rate from available potential into kinetic energy. It can be calculated from the turbulent fluxes of sensible and latent heat.<br />Two approaches are considered in this study. One is to extract the turbulent fluxes from the parametrization of a weather prediction model.<br />For that purpose model runs have been carried out. From these model runs the parameterized sub-gridscale processes, necessary to calculate the sensible and latent heat flux, have been extracted. The second approach is to diagnose the sub-gridscale fluxes from reanalysis data using a variational approach. The result of this study is a new estimate of the global energy cycle.<br />It is the first time that the sub-gridscale part has been calculated from model parameterizations. The evaluation using reanalysis data is more comprehensive than all evaluations incorporating sub-gridscale fluxes before. The conclusion of this study is that the sub-gridscale branch of the energy cycle is not negligible in size and should be included in evaluations.<br />