Diverce - Divergent constraints in background-error modelling for global atmospheric data assimilation

Bei der Datenassimilation für die numerische Wettervorhersage (NWP) wird die Kurzzeitvorhersage (als Hintergrund bezeichnet) um die jüngsten Beobachtungen korrigiert, um Anfangsbedingungen (Analyse) für die nächste Vorhersage bereitzustellen. Dabei müssen räumliche Eigenschaften der Vorhersagefehler modelliert werden, damit sich der Einfluss von Beobachtungen physikalisch optimal ausbreitet. Die Reduzierung von Vorhersagefehlern auf synoptischen Skalen in mittleren Breiten, wo die Divergenz eine Größenordnung kleiner ist als die relative Vorticity, wurde erfolgreich unter Verwendung der quasi-geostrophischen Theorie modelliert. Auf diese Weise können Temperaturbeobachtungen Hintergrundfehler im Windfeld korrigieren und umgekehrt. Allerdings sind die Analyseunsicherheiten und kurzfristigen Vorhersagefehler in globalen NWV-Systemen in den Tropen am größten, wo die Divergenz mit Vorticity vergleichbar oder sogar noch größer ist. Analyse-Unsicherheiten in den Tropen können einen dominanten Einfluss auf die Genauigkeit von Mittelfrist- und Langfristvorhersagen in den mittleren Breiten haben. Daher wird argumentiert, dass die Reduzierung von Analyseunsicherheiten in den Tropen ein entscheidender Schritt ist, um den Bereich nützlicher Vorhersagen in globalen NWP-Modellen zu erweitern. In dem von der DFG geförderten Projekt entwickeln wir eine neue Begrenzungn für die Hintergrundfehler-Modelle in der Variationsdatenassimilation, die divergenzdominierte Beziehungen zwischen den tropischen Temperatur- und Windvariablen über viele Skalen hinweg berücksichtigt. Die vorgeschlagene Beschränkung verwendet die Masse-Wind-Beziehungen, die äquatoriale Trägheits-Schwerkraft-Wellen beschreiben, und es wurde gezeigt, dass sie ein großes Potential für die Verbesserung tropischer Analysen enthält. Das Projekt erweitert diese Ideen auf die globale Atmosphäre unter Verwendung eines neuen numerischen Modells TIGAR, das sich besonders für die Untersuchung tropischer Wellendynamik eignet.

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