Direkte Interaktion von Hydrometeoren durch Diffusion in Mischphasenwolken

Publication type:
Dissertation
Metadata:
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Autoren
  • Manuel Baumgartner
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Universitätsbibliothek Mainz
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  • JGU-Publikationen
Resource version
Original work
URN
urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000007909
DOI
10.25358/openscience-1046
File(s) embargoed
false
Open access
true
Schlüsselwörter
  • 500 Naturwissenschaften
  • 500 Natural sciences and mathematics
Open access status
Open Access
Datum der Veröffentlichung
2016
Public URL
https://openscience.ub.uni-mainz.de/handle/20.500.12030/1048
Datum der Datenerfassung
2016
Datum, an dem der Datensatz öffentlich gemacht wurde
2016
Zugang
Public
Thesis type
PhD Thesis
Titel
Direkte Interaktion von Hydrometeoren durch Diffusion in Mischphasenwolken

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100000790.pdf

Data source: OPENSCIENCE.UB

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Abstract
Mischphasenwolken sind durch die Koexistenz von flüssigen Wassertropfen und Eiskristallen gekennzeichnet. Da flüssiges Wasser und Eis verschiedene Sättigungsdampfdrücke besitzen, ist diese Mischung thermodynamisch nicht stabil. Es findet eine Wechselwirkung zwischen den Hydrometeoren durch Diffusion von Wasserdampf sowie Wärmeleitung statt. Hierbei können die vorhandenen Eiskristalle auf Kosten der Tropfen anwachsen, was als Wegener-Bergeron-Findeisen-Prozess bezeichnet wird. Dieser Prozess tritt in Mischphasenwolken häufig auf und kann zur Bildung von Niederschlag beitragen, was dessen physikalisch konsistente Modellierung erforderlich macht. Ziel dieser Arbeit ist es, eine physikalisch konsistente Parametrisierung des Wegener-Bergeron-Findeisen-Prozesses zu entwickeln, die sich in grob aufgelösten Modellen zur Wettervorhersage einsetzen lässt. Zunächst werden hierzu die Wachstumsgleichungen untersucht, welche das Diffusionswachstum eines einzelnen Hydrometeors modellieren. In der klassischen Maxwell-Theorie werden diese Wachstumsgleichungen durch weitere Annahmen vereinfacht, weshalb die Maxwell-Theorie rekapituliert und die getroffenen Annahmen herausgestellt werden. Schliesslich wird eine asymptotische Lösung der Wachstumsgleichungen beschrieben. Der nächste Schritt besteht in der Formulierung der notwendigen Modellgleichungen, welche die Interaktion der Hydrometeore durch Diffusion beschreiben. Für einen Spezialfall wird die Existenz einer eindeutigen Lösung der Modellgleichungen gezeigt. In einem Referenzmodell werden die Modellgleichungen numerisch approximiert. Hierbei wird zur räumlichen Diskretisierung eine Finite-Elemente-Methode auf einem an die Hydrometeore angepasstem Tetraedergitter verwendet. Die Interaktion der Hydrometeore wird durch Simulationen mit dem Referenzmodell veranschaulicht. Um die Anpassung des Tetraedergitters an die Hydrometeore zu vermeiden, wird eine räumliche Diskretisierung mit der verallgemeinerten Finite-Elemente-Methode vorgeschlagen. Aus konzeptioneller Sicht werden hierbei zusätzliche Funktionen in den Approximationsraum der Finite-Elemente-Methode eingefügt, welche die gesuchte Lösung in der Nähe der Hydrometeore approximieren. Mithilfe von Simulationsresultaten des Referenzmodells wird eine Parametrisierung des Wegener-Bergeron-Findeisen-Prozesses für Bulk-Mikrophysik Parametrisierungen entwickelt. Diese berücksichtigt die inhärente Lokalität des Prozesses und trägt daher zur physikalisch konsistenten Repräsentation bei. Die Parametrisierung wird in ein Luftpaketmodell integriert, womit idealisierte Simulationen durchgeführt werden. Es zeigen sich ähnliche Effekte wie in der Literatur dokumentiert, beispielsweise ist der Wegener-Bergeron-Findeisen-Prozess in Abwinden deutlicher ausgeprägt als in Aufwinden. Zuletzt werden die weiteren Schritte zur Eingliederung der Parametrisierung in ein grösseres Modell zur Wettervorhersage skizziert, das die Mikrophysik in einem statistischen Sinne berücksichtigt.
Autoren
  • Manuel Baumgartner
Date submitted
2016
Datum der Veröffentlichung
2016
Herausgeber URL
https://publications.ub.uni-mainz.de/theses/frontdoor.php?source_opus=100000790
Datum der Datenerfassung
2019
Titel
Direkte Interaktion von Hydrometeoren durch Diffusion in Mischphasenwolken

Data source: Manual

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