Diplomarbeit
WRF-Modellierung meteorologischer Größen über Wald- und Grasökosystemen
Christoph Thieme (03/2009-12/2010)
Betreuer: Andrei Serafimovich, Thomas Foken
Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation eines WRF-ARW-Modells (WRF: Weather Research and Forecasting, ARW: Advanced Research WRF) über einem Waldökosystem und einem Wiesenökosystem im Fichtelgebirge. Das Modell wurde mit drei ineinandergeschachtelten Domains (Gitterweite: 9,3 km, 3,1 km und 1,0 km), über den Zeitraum der IOP2 (Intensive Observation Period) des EGER-Projekts (ExchanGE processes in mountainous Regions), gerechnet.
Zur Evaluierung des Modells, insbesondere der Unterschiede zwischen den einzelnen Domains, wurden von den meteorologischen Größen Temperatur, Globalstrahlung, Windgeschwindigkeit, fühlbare und latente Wärme die Evaluierungsparameter MBE (Mean Bias Error), RMSE (Root Mean Square Error), MAE (Mean Average Error), IA (Index of Agreement) und E (Coefficient of Efficiency) sowohl für die Tageswerte als auch für den Gesamtzeitraum ermittelt. Die o.g. Differenzmaße wurden sowohl mit dem nächsten Gitterpunkt des Modells zur Station als auch mit einem genau auf die Koordinaten der Station interpolierten Gitterpunkt berechnet. Druck und Windrichtung wurden anhand ihrer Absolutwerte bewertet.
Es konnte in dieser Arbeit festgestellt werden, dass bei fünf von sechs betrachteten meteorologischen Größen (Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, fühlbare Wärme, latente Wärme) verbesserte Evaluierungsparameter in der dritten, also der am höchsten aufgelösten Domain auftreten. Bei der Globalstrahlung war die Vorhersagegüte ähnlich gut wie in den beiden feineren Domains. Damit konnte bestätigt werden, dass eine Berechnung bis hin zu einer Auflösung von 1 km im Fichtelgebirge sinnvoll ist. Des Weiteren konnten Abweichungen des Modells von der tatsächlichen meteorologischen Situation auf mikrometeorologische Phänomene wie z.B. Kaltluftabflüsse oder Berg-Tal Windzirkulationen zurückgeführt werden, die aufgrund einer zu geringen Auflösung der eingehenden Topographie im WRF-ARW-Modell nicht simuliert werden konnten. Ein deutlicher Einfluss der Großwetterlagen (zyklonal bzw. antizyklonal) konnte ebenso beobachtet werden wie die Tatsache, dass es keinen Unterschied macht, ob die Vorhersage aufgrund vom nächsten oder interpolierten Gridpunkt bewertet wird.
Um die Wettervorhersage im Fichtelgebirge zu verbessern sind weitere Modellevaluationen mit unterschiedlichen Einstellungen zur Modellphysik und Dynamik nötig. Es wird außerdem vermutet, dass durch höher aufgelöste terrestrische Eingangsdaten die Vorhersagequalität steigt.