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Simulation der stabilen Grenzschicht und der Schneedrift über Grönland

Simulation of the Stable Boundary Layer and the Snow Drift over Greenland

  • Die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Schnee sind für die Simulation der Grenzschicht (BL) über Schneedecken von Bedeutung. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, wird das mesoskalige Lokalmodell (LM) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) mit einer horizontalen Auflösung von etwa 14 km und einer hohen vertikalen Auflösung in der Grenzschicht für Simulationen über Grönland verwendet. Weil die Verwendung des Bodenmodells des LM zu unrealistischen Ergebnissen führt, wurden dessen Schneeeigenschaften angepasst. Die Simulationen werden für zehn Tage im Juli 2002 durchgeführt, währenddessen ein Feldexperiment an der Station Summit stattfand. Zur Validation des LM wurden die Simulationsergebnisse mit diesen Messungen verglichen. Der Vergleich ergibt Defizite bei der bodennahen Temperatur sowie bei Turbulenzgrößen. Die Turbulenzparametrisierung des LM weist bei stabiler Schichtung Defizite auf. Daher wurde ein lokaler Mischungswegansatz und eine skalare Rauhigkeitslänge über Eis und Schnee implementiert und ihr Einfluss untersucht. Beide Parametrisierungen zeigen eine Verbesserung der turbulenten kinetischen Energie und des fühlbaren Wärmeflusses. Um die Schneedrift und ihren Einfluss auf die Schneeakkumulation zu untersuchen, wurde das eindimensionale Schneemodell SNOWPACK mit PARCA-Messungen und LM-Ergebnissen angetrieben, sowie eine gekoppelte Version LM/SNOWPACK verwendet. SNOWPACK hat eine realistischere Darstellung des Schnees als das LM-Bodenmodell und ermöglicht die Simulation der mikrophysikalischen Schneeigenschaften. Die mit PARCA-Messungen angetriebenen Simulationen ergeben einen Zusammenhang zwischen Schneedrift und Neuschnee sowie hohen Windgeschwindigkeiten, diese Faktoren sind jedoch nicht die alleinigen Mechanismen. Während die Eigenschaften des Schneefeldes von den Anfangsbedingungen abhängen, ist der Einfluss des Anfangsfeldes auf die Schneedrift gering. Die Simulationen mit dem LM ergeben eine Verbesserung der bodennahen Temperaturen durch die Kopplung. Die Schneedrift ist in erster Linie in den Randgebieten des grönländischen Eisschildes zu finden. Dort ist die Schneeakkumulation durch Schneedrift von gleicher Größenordnung wie Evaporation/Sublimation von Schnee.
  • The interactions between atmosphere and snowpack are important for modelling the boundary layer (BL) over snow surfaces. To study these interactions, the mesoscale local model (LM) of the German Meteorological Service (DWD) is applied for simulations over Greenland at a horizontal resolution of about 14~km and a high vertical resolution of the BL. Since usage of the snow/soil model as implemented in LM leads to unrealistic representation of the snowpack, adjustments of the representation of snow properties in LM have been done for the simulation over the Greenland ice sheet. Simulations using LM are performed for a ten-day period in July 2002, during which a field experiment took place at station Summit. To validate the model LM, the model results are compared to these measurements. The comparison shows some deficies for the near-surface values of temperature as well as turbulence quantities. The tubulence parameterisation in the LM has deficies for very stable stratifications. Therefore, a local mixing length approach and the parameterisation of a scalar rougness length over ice and snow are implemented in the LM and their influence on the model performance is tested. These sensitivity studies show an improvement of turbulent kinetic energy and heat flux with usage of scalar roughness length as well as local mixing length approach. To estimate the snow drift and its influence on snow accumulation, the one-dimensional snow model SNOWPACK is driven by PARCA-measurements, LM-results and a run in a coupled mode with LM is performed. SNOWPACK has a much better representation of snow than the LM snow/soil model and allows for simulating snow microphysical properties. The PARCA-driven simulations show a relationship between snow drift and high wind speed as well as new snow, but neither of these factors is singular driving mechanism for snow drift. While the properties of the snowpack depend strongly on the initial conditions, its influence on snow drift is small. The simulations with LM show an improvement in near surface temperature representation due to the coupling. The snow drift is mainly focused over the ice sheet margins. In these regions, accumulation due to snow drift is of the same order of magnitude as evaporation/sublimation.

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Metadaten
Author:Heike Hebbinghaus
URN:urn:nbn:de:hbz:385-4235
Advisor:Günther Heinemann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2007/08/07
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2007/06/04
Release Date:2007/08/07
Tag:Schneeakkumulation; Schneedrift
boundary layer; snow accumulation; snow drift; snowpack; turbulence parameterisation
GND Keyword:Katabatischer Wind; Massenbilanz; Prandtl-Schicht; Schnee; Turbulenz
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

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