Glossar

A

anthropogen

Vom Mensch verursacht.

M

Mesoskalige Prozesse

Als mesoskalige Prozesse im turbulenten Ozean werden solche bezeichnet, die deutlich kleiner sind als Beckenskalen oder Längenskalen großer Fronten (O(100-500km)) aber immernoch größer als die Mikroskala (O(10km)). Am ehesten lassen sich z.B. mesoskalige Wirbel im Ozean mit Tiefdruck- und Sturm-Systemen in der Atmosphäre vergleichen. Sie tragen erheblich zum Energietransport von großen zu kleinen Skalen im Ozean (Energiekaskade) bei. Zudem haben sie in vielen Regionen einen entscheidenden Einfluss auf den Transport von Wassermasseneigenschaften über Fronten hinweg und damit auf die Vermischung.

Ozeanmodelle benötigen eine bestimmte horizontale Auflösung (also Anzahl an Stützstellen pro Längenskala), um mesoskalige Prozesses effektiv darstellen zu können. Häufig wird hierzu der interne Deformationsradius nach Rossby herangezogen, um die Fähigkeit eines Modells einzuschätzen, mesoskalige Wirbel aufzulösen (siehe hierzu z.B. Hallberg (2013)). 

Modell (Ozean, numerisch)

Ein numerisches Ozean-Modell ist letztlich ein Computerprogramm. Es berechnet diverse physikalische, chemische und biologische Kenngrößen indem es mathematische Gleichungen mithilfe von numerischen Verfahren löst. Dort wo eine formale, physikalisch-mathematische Beschreibung nicht möglich ist, oder die Berechnung zu aufwendig, werden empirische Beziehungen zwischen berechenbaren Größen als Vereinfachungen eingesetzt (sog. Parametrisierungen).

Der Programmcode ist häufig in FORTRAN geschrieben und kann leicht 100.000 Zeilen Code und mehr enthalten. Durch die Komplexität modernen Modellcodes, ist es besonders wichtig, Entwicklungen nachvollziehbar zu dokumentieren (Versionierung mit git bzw. macnhmal auch mit svn) und die Übersetzung des Codes in ausführbare Programme möglichst reproduzierbar zu gestallten.

Mit Modellen lassen sich verschiedene Simulationen durchführen. Meist geschieht die Berechnung auf Hochleistungsrechnern (High Performance Computing - HPC ) da die große Zahl an Gitterknotenpunkten und Rechenoperationen sehr viele Ressourcen, eine hohe Parallelität und viel Speicher benötigt. Hinzu kommt, dass in den Klimawissenschaften der Zustand des gesamten Ozeans über den gesamten berechneten Zeitraum analysiert werden muss. Daher ist auch der Speicherbedarf für die Ausgabedaten sehr hoch.

Eine allgemeine Einführung in numerische (Ozean) Modelle findet sich.....

 

N

NEMO (Ocean Model)

NEMO ist ein Ozean-Modell mit Komponenten für den Ozean, das Meereis und zusätzliche (chemische) Tracer, wie sie z.B. von biogeochemischen Modellen benötigt werden.

Webpage: https://www.nemo-ocean.eu

S

Simulation

Als Simulation (oder Experiment) werden einzelne Ausführungen eines Modellcodes mit bestimmten Voreinstellungen und Eingabedaten bezeichnet. Sie umfassen meist einen vorgegebenen Zeitraum aus der Vergangenheit oder Zukunft. Dabei unterscheidet man die möglichst realistischen Referenz-Simulationen von sog. Sensitivitäts-Experimenten, bei denen häufig nur eine Komponente des Modells verändert wird, um deren Auswirkung auf das Ozeansystem zu untersuchen.

Für reine Ozean-Simulationen sind zusätzliche Datensätze für die möglichst realistischen atmosphärischen Randbedingungen, auf die der Ozean dann reagiert, als Eingabe von Nöten. Simulationen, die so den Zustand des Ozeans für die letzten Dekaden (~50 Jahre) berechnen, werden häufig als "Hindcast-Simulationen" bezeichnet. Vorehersagen ("Forcast-Simulationen") bzw. Projektionen in die Zukunft sind nur im gekoppelten System (inkl. eines Atmophärenmodells) sinnvoll. Simulationszeiträume die mehrere Millionen Jahre in der Vergangenheit liegen und idealisierte atmosphärische Randdaten oder eben eine gekoppeltes System verwenden, bezeichnet man als Paläo-Simulationen.