GETM. A General Estuarine Transport Model. Hans Burchard, Karsten Bolding, Jean-Marie Beckers, Manuel Ruiz Villarreal, Emil Stanev

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1 ! ' $ % ( & " # Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 1/2 GETM A General Estuarine Transport Model Hans Burchard, Karsten Bolding, Jean-Marie Beckers, Manuel Ruiz Villarreal, Emil Stanev hans.burchard@io-warnemuende.de, karsten.bolding@jrc.it, jm.beckers@ug.ac.be, manuel@gotm.net, e.stanev@icbm.de Institut für Ostseeforschung Warnemünde Joint Research Centre, Ispra, Italy University of Liège, Belgium, Spanish Institute of Oceanography, A Coruña, ICBM, Universität Oldenburg

2 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 2/2 Modellanforderungen I Trockenfallalgorithmus zur Simulation von Wattendynamik. Bodenfolgende Koordinaten zur besseren Repräsentation von bodennahen Strömungen. Oberflächenfolgende Koordinaten für feine vertikale Auflösung nahe der Oberfläche und bei starkem Tidenhub. Allgemeine vertikale Koordinaten zur besseren Anpassung des Modellgitters an interne Strukturen.

3 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 3/2 Modellanforderungen II Kurvilineare horizontale Koordinaten zur besseren Repräsentation komplexer Topographie und zur höheren Auflösung bestimmter Regionen ohne nesting. Monotone Advektionsverfahren höherer Ordnung zur besseren Repräsentation von Fronten und Schichtungen. Turbulenzmodelle höherer Ordnung zur guten Repräsentation von vertikaler Vermischung.

4 High-order turbulence closures Drying/Flooding Why a new 3D model? Public Domain Barotropic time-stepping Horizontal discretisation Vertical discretisation MOM-4 CU MSP N N Y CU MSP Y N Y POM CA ADI Y Y Y MOHID CU MSP Y N Y ROMS CA MSP Y N Y POL3DB CA MSP Y N Y GHER-M CA MSP Y N Y COHERENS TRIM-3D CA IMP N Y N MIKE-3 CA ADI Y N N FE IMP Y Y N TELEMAC-3D CU IMP Y Y Y ECOM CU MSP Y Y Y GETM Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 4/2

5 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 5/2 Drying and Flooding Virtual sea surface elevation Actual sea surface elevation Bathymetry approximation

6 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 6/2 Sylt-Rømø-Bucht I 8 ' 8 3' 9 ' 55 3' 55 3' Bathymetry of Sylt-Rømø Bucht 3 25 H[m] 3 Rømø ' 55 ' Sylt y / km 15 P2 List P PSfrag replacements 54 3' 54 3' 8 ' 8 3' 9 ' x / km

7 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 7/2 Sylt-Rømø-Bucht II rag replacements rag replacements uring high water /(m s ) z z Eddy viscosity along cross-section during high water / km Eddy viscosity along cross-section during low water / km /(m /(m s s ) )

8 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 8/2 PSfrag replacements velocity component in point 2 placements velocity component in point 2 /(m s ) 1. /(m s.5 ).8.4 nt in point /(m s ) Sylt-Rømø-Bucht III Eddy viscosity in point /(m s ) in point 2 Turbulent kinetic energy in point 2 /(m Turbulent kinetic energy point /(m s ) /(m s ) / s ) Eddy viscosity in point Turbulent dissipation rate / in point 2 log /(m s ) ( /(m s ))

9 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 9/2 Ostfriesland Stanev et al. [22]

10 Allg. vertikale Koordinaten -Gleichung in kartesischen Koordinaten: (1) Koordinatentransformation: (2) Jacobian der Transformation: (3) "! -Gleichung in transformierten Koordinaten: (4) # Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 1/2

11 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 11/2 Allg. vertikale Koordinaten placements upper -coordinates, -4-5 pper -coordinates, -6, / nm placements, PSfrag replacements pper coordinates,, -3 ower, -coordinates, -4, -5 tric, -coordinates, -6, / nm PSfrag replacements symmetric -coordinates,, lower -coordinates, / nm symmetric -coordinates,, / nm,

12 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 12/2 Adaptive vertikale Koordinaten PSfrag replacements placements s for shelf sea experiment for shelf sea experiment s for shelf sea experiment s / hours / hours Burchard and Beckers [22]

13 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 13/2 placements Adaptive vertikale Koordinaten -2 PSfrag replacements placements -14 PSfrag replacements / days / days Burchard and Beckers [22]

14 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 14/2 Adaptive vertikale Koordinaten 1 eplacements Burchard and Beckers [22]

15 Horizontale Diskretisierung Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 15/2

16 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 16/2 Curvilinear grids rag replacements Pers. comm. Karsten Hansen, Farvandsvæsenet, Copenhagen, Denmark

17 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 17/2 Kurvilineare Gitter Pers. comm. Karsten Hansen, Farvandsvæsenet, Kopenhagen, Dänemark

18 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 18/2 Kurvilineare Gitter Topographiedaten durch BAW Hamburg zur Verfügung gestellt

19 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 19/2 2D test case: P split scheme Cube resulting after one solid-body rotation with m and a Courant number of Left: unlimited P scheme; right: limited P -PDM scheme TVD-Verfahren führen zu monotonen Advektionsverfahren höherer Ordnung.

20 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 2/2 Freshwater eddy I Left: surface salinity and current vectors; right: bottom current vectors. Momentum advection: multidimensional upwind scheme; salinity advection: TVD-Superbee directional-split scheme..5 m/s.2 m/s y / km y / km x / km x / km

21 34.5 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 21/2 Freshwater eddy II Left: surface salinity and current vectors; right: bottom current vectors. Momentum advection: momentum and salinity advection: TVD-Superbee directional-split scheme..5 m/s.2 m/s y / km y / km x / km x / km

22 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 22/2 Turbulence Models in GETM Challenge Aim The Idea Key features Software Fortran code Test cases Forcing How to run? Information What's New Publications list FAQ User Group Hot Links Who's Who? Guestbook GOTM is a one-dimensional numerical model developed and supported by a core team of ocean modellers. GOTM aims at simulating accurately vertical exchange processes in the marine environment where mixing is known to play a key role. GOTM is freely available under the GPL (Gnu Public License). The interested user can download the source code, a set of test cases (Papa, November, Flex,...) and a comprehensive report. You are warmly invited to join the GOTM mailing list and send any comments/questions to the GOTM team or become a GOTM contributor. The GOTM developers are grateful to their sponsors. Page " maintained by webmaster. Last update: 1/28/ 18:1:2 PPM: 1/26/ 2:48:54

23 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 23/2 GETM and Turbulenz am Beispiel von ästuariner Zirkulation Ruiz Villarreal and Burchard, in Vorbereitung: 2D, salt & SPM 2D, salt & eddy diffusivity 3D idealised, salt & SPM 3D Elbe, salt & SPM

24 Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 24/2 North Sea simulation PSfrag replacements Sea surface temperature on Aug. 1, 5 surface temperature on Aug. 1, rag replacements / C on Aug. 1, / nm1 2 5 / C 1 Sea surface salinity on Aug. 1, 1997 / nm / nm / C on Aug. 1, / C -1 Temperature/psu section on Aug. 1, / C / nm Temperature section on Aug. 1, / nm /psu SST in North Sea / Baltic Sea, 1997 SSS in North Sea / Baltic Sea, 1997 / nm Sea surface salinity on Aug. 1, / nm Salinity section on Aug. 1, / nm /psu /psu

25 # -, * ' *+ ( Scientific Report $! " & $ ( * $ ) $ ' & "( % $ Sektionsseminar Physikalische Ozeanographie und Meßtechnik, Warnemünde, 5. November 22 p. 25/2