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A new sub-grid scale lift formulation in a mountain drag parameterisation scheme

Catry, Bart; Geleyn, Jean-François; Bouyssel, François; Cedilnik, Jure; Brožková, Radmila; Derková, Maria; Richard,

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 2 (2008), p. 193 - 208

published: Apr 28, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0272

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ArtNo. ESP025011702010, Price: 29.00 €

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Abstract

A new sub-grid scale lift formulation in a mountain drag parameterisation scheme is presented. The main novelty is a new approach to make the lift force act on an estimate of the geostrophic wind vector (instead of acting on the local near-surface wind vector). The goal of this new formulation is to avoid the envelope orography which is otherwise still needed in the ALADIN/ARPEGE Numerical Weather Prediction (NWP) model. The validation of this new lift formulation inside the ARPEGE/ALADIN parameterisation for sub-grid scale orographic effects takes place on three prediction scales with their proper tools: (1) semi-idealised tests performed by ALADIN on an idealised flow over a complex orography to yield momentum budgets; (2) regional scale tests using the operational Central European version of ALADIN to produce verification scores over Central Europe; and (3) global scale tests using the ARPEGE-NWP model to render statistically significant scores over the different continents. The new lift formulation is able to mimic the additional change in wind direction due to an envelope orography, while avoiding its unfavourable effects e.g.on the simulated precipitation. The updated parameterisation scheme has become resolution independent and the impact of the parameterisation disappears somewhere between a horizontal mesh size of 2.5 and 5 km. Finally, the operational performance of the new scheme in the ARPEGE/ALADIN system is demonstrated.

Kurzfassung

Eine neue Formulierung für den nicht aufgelösten Teil des sogenannten Hebungseffekts in einem Parametrisierungsschema des Windwiderstandes von Gebirgen wird präsentiert. Die wesentliche Neuerung ist eine neue Weise um die Auftriebskraft auf eine Schätzung des geostrophischen Windvektors wirken zu lassen (statt auf den lokalen bodennahen Windvektor). Das Ziel dieser neuen Formulierung ist es, die bisher notwendige Verwendung einer sogenannten Envelope-Orografie in der numerischen Wettervorhersage mit dem ALADIN/ARPEGE-Modell überflüssig zu machen. Die Validierung dieser neuen Hebungsformulierung innerhalb der ARPEGE/ALADIN Parametrisierung subskaliger orographischer Effekte findet für drei verschiedenen Vorhersageskalen mit jeweils geeigneten Methoden statt: (1) halb-idealisierte Experimente, die mit dem ALADIN-Modell für eine idealisierte Strömung über einer komplexen Orografie durchgeführt werden, um den Impulshaushalt zu bestimmen; (2) regionale Experimente, die die operationelle zentraleuropäische Version von ALADIN nutzen, liefern Gütemaßzahlen für Mitteleuropa und (3) globale Vorhersageexperimente mit dem ARPEGE-Modell, ergeben statistisch relevante Gütemaßzahlen für die verschiedenen Kontinente. Die neue Hebungsformulierung kann die durch Nutzung einer Envelope-Orografie entstehende zusätzliche Änderung der Windrichtung nachbilden, ohne zu den unerwünschten Effekten zum Beispiel auf den simulierten Niederschlag zu führen. Das überarbeitete Parametrisierungsschema ist unabhängig von der Modellauflösung und die Wirkung von der Parametrisierung verschwindet irgendwo zwischen einer horizontalen Maschenweite von 2, 5 und 5 km. Zum Abschluss wird die operationelle Leistungsfähigkeit des neuen Schemas im ARPEGE/ALADIN System demonstriert.