WP-P3 Erweiterte Schnittstelle zu mesoskaligen Modellen: Ausweitung auf weitere Variablen (Niederschlag, Wolken, Chemie) und Modelle; Optimierung und Parallelisierung

Projektziele:

Der DWD war bereits an der ersten Phase von MOSAIK beteiligt, in der die erste Version der mesoskaligen Schnittstelle INIFOR (INItialisation and FORcing) für PALM-4U entwickelt wurde (Kadasch, 2018). Mit INIFOR können Anwender von PALM-4U-Simulationen des städtischen Mikroklimas unter realen synoptischen Bedingungen durchführen und analysieren. INIFOR wurde als eigenständiger Präprozessor entwickelt, der nun Teil des PALM-4U Modellsystems ist. Es liefert realistische, instationäre Antriebsdaten für PALM-4U basierend auf operationellen Ausgaben des mesoskaligen Modells COSMO-DE (und seiner aktuelleren, höher aufgelösten Konfiguration COSMO-D2). Ziel in Phase 2 von MOSAIK ist die Erweiterung und Verbesserung von INIFOR, so dass in Zukunft auch Daten anderer mesoskaliger Modelle sowie zusätzliche Variablen, z.B. wolkenphysikalische oder luftchemische Größen, für den Antrieb von INIFOR genutzt werden können.

Aufgabenstellung:

INIFOR soll in Phase 2 vor allem in folgenden Aspekten erweitert und verbessert werden:

1. Unterstützung zusätzlicher mesoskaliger Modelle

• Erweiterung um die Unterstützung der Ausgaben der Modelle ICON und WRF, um noch mehr nationalen und internationalen Nutzern ein Werkzeug zum Antrieb von PALM-4U mit mesoskaligen Modellen und damit PALM-4U-Simulationen unter realen Wetterbedingungen zu ermöglichen.
• Nutzbarmachung von Ausgaben der chemischen Erweiterungen der genannten Modelle ICON-ART und WRF-Chem, um auch Simulationen unter realen mesokaligen meteorologischen und lufthygienischen Bedingungen durchführen zu können.

2. Niederschlag

• Erweiterung von INIFOR um PALM-4U auch mesoskalige Niederschlagsraten und Wolkenparameter zur Verfügung stellen zu können

3. Performance Optimierung und Parallelisierung

• Parallelisierung und Optimierung des Codes durch die Verteilung der Daten auch Clusterknoten um die schnelle Bearbeitung von großen Modellgebieten zu ermöglichen.

Projektstruktur:

Das Teilprojekt besteht aus einem Arbeitspaket (P3), das sich in fünf Arbeitsschritte gliedern lässt:

WP-P3.1: Einarbeitung in mesoskalige Modelle und das Chemie-Modul von PALM-4U

WP-P3.2: Erweiterung von INIFOR um Niederschlag und wolkenphysikalische Größen

WP-P3.3: Anbindung an die mesoskaligen Modelle ICON und WRF sowie deren Chemie-Erweiterungen

WP-P3.4: Performance-Optimierung, Parallelisierung und Dokumentation

WP-P3.5: Unterstützung der Modellevaluierung und neuer Nutzer von INIFOR

Zu liefernde Ergebnisse:

1) INIFOR Version mit Unterstützung von COSMO-Niederschlags- und Wolkengrößen

2) INIFOR Version mit WRF/WRF-Chem-Anbindung

3) INIFOR Version mit Unterstützung von ICON/ICON-ART

4) Parallelisierte Version of INIFOR

5) Dokumentation für die Nutzer der erweiterten Schnittstelle

Bisheriger Fortschritt:

INIFOR liefert seit Version 2.0.0 (PALM rev r4659, 31. August 2020) auch Wolken- und Niederschlagsgrößen. Mehr dazu findet sich in der ​Dokumentation.

Eine erste Version der WRF-Schnittstelle wurde bereits von Kollegen der Tschechischen Akademie der Wissenschaften (K. Eben, J. Resler, P. Krč) entwickelt und wird mit PALM ausgeliefert (PALM rev. 4766, 2. November 2020). Mit den Erfahrungen aus der Entwicklung beider Schnittstellen wurde ein vereinheitlichtes Werkzeug zum Antrieb von PALM, auf dem auch die zukünftige Schnittstelle für ICON basieren wird, entwickelt. Darüber hinauswurde INIFOR weiterentwickelt um den dynamischen Antrieb in komplexen Gelände zu verbessern und INIFOR wurde um eine optimierte Transformation der Antriebsdaten in komplexem Gelände erweitert (mesoscale-microscale terrain mapping). Die Entwicklung der Plugins (WRF und ICON) schreitet gut voran.

Referenzliteratur:

Kadasch, E., Sühring, M., Gronemeier, T., and Raasch, S., (in review): Mesoscale nesting interface of the PALM model system 6.0, Geosci. Model Dev. Discuss., ​doi:​10.5194/gmd-2020-285.

Kontaktdaten:

Heike.Noppel[at]dwd.de

Eckhard.Kadasch[at]dwd.de