Das Chemie-Transport Modell von LIMA

Das globale Chemie-Transport Modell (CTM) von LIMA hat die Aufgabe, die Wirkung dynamischer Prozesse wie z.B. plötzliche stratosphärische Erwärmungen (Sudden Stratospheric Warmings, SSWs) und ihren Einfluss auf die mesosphärische Chemie zu untersuchen. Das CTM wird hierbei mit LIMA Wind- und Temperaturfeldern fortlaufend initialisiert, allerdings gibt es keine interaktive Rückkopplung von chemischen Daten in das dynamische Modellsystem (siehe Abbildung).  
Die räumliche Gitterauflösung des CTM ist in vertikaler Richtung identisch mit LIMA (0-150 km, Δz = 1,1 km), allerdings besitzt das CTM in horizontaler Richtung ein klassisches Breiten-Längenraster (72 Breiten mal 64 Längen). Deshalb müssen LIMA-Inputfiles (3-d Winde, Temperatur, Druck  und Dichte) vom hoch aufgelösten LIMA-Dreiecksgitter auf das Gauss’sche CTM-Gitter interpoliert werden. Das CTM besteht aus 4 Komponenten, dem chemischen Reaktionsratenblock, der 3-d Transportroutine (Walcek, 1998), dem vertikalen Diffusionsschema (molekular und ‚eddy’)  und einem Photolyseratenmodul, die mit einem Zeitschritt von 60 s integriert werden. Der Reaktionsratenblock berücksichtigt 56 chemische Reaktionen mit 21 atmosphärischen Konstituenten, unter denen 14 Photolyseprozesse ablaufen. Im Reaktionsratenblock wird ein Teil der kurzlebigen Konstituenten zu chemischen Familien zusammengefasst. Dies gilt für die Wasserstoff-Familie bestehend aus OH, H, und HO2 und der Stickstoff-Familie mit N, NO, NO2 und NO3. Im Gegensatz zu anderen chemischen Atmosphärenmodellen verzichten wir auf die Definition einer Sauerstoff-Familie, d.h. die Konstituenten O3, O, and O(1D) werden getrennt behandelt. Dadurch lässt sich eine wesentlich höhere Genauigkeit für die Beschreibung des atomaren Sauerstoffs O, eine Schlüsselgröße für die infrarote Strahlungsbilanz des Kohlendioxid,  in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre erzielen, die allerdings den extrem kurzen numerischen Zeitschritt von 60 s (implizites Euler-Rückwärtsverfahren)  erfordert.

Numerisches Schema

Das numerische Schema von LIMA und das Chemie-Transport Modul

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