Introduction to cloud modeling

Rok akademicki: 2020/2021
Semestr: letni

OPIS PRZEDMIOTU

This lecture series will review basic techniques to simulate cloud processes, such as formation and growth of cloud droplets, formation of rain through collision/coalescence. Lectures will start with simple approaches such a bulk condensation model, and will gradually introduce more comprehensive methodology, such as the super-droplet method. Lectures will also involve demonstration and practical exercises with a simple cloud-scale model based on nonoscillatory-forward-in-time differencing for fluid flows. As the main cloud modeling project, the students will simulate a (non-precipitating) moist thermal rising in a neutrally stratified environment.

Schedule

Due to the COVID-19 pandemic, both lectures and tutorials will be online. We will meet weekly via Google Meet according to the schedule below:

Lecture: Tuesdays, 12:15 - 14:00 (Gustavo Abade)
Tutorials: Tuesdays, 14:15 - 16:00 (Daniel Albuquerque)

Bibliography

Rogers and Yau, A Short Course in Cloud Physics.
Pruppacher and Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation.
Manton, M. J. , The physics of clouds in the atmosphere, Rep. Prog. Phys. 46: 1393 (1983).
Grabowski, W. W. and Smolarkiewicz, P. K., Monotone finite-difference approximations to the advection-condensation problem, Mon. Wea. Rev. 118: 2082-2097 (1990).
Shima, S. et al., The super-droplet method for the numerical simulation of clouds and precipitation: A particle-based and probabilistic microphysics model coupled with a non-hydrostatic model, Q. J. R. Meteorol. Soc. 135: 1307–1320 (2009).

Additional references will be provided during the lectures.

MATERIAŁY DO ZAJĘĆ

Rodzaj zajęć:
Typ dokumentu:
Data zajęć:

Szukana fraza:

Zajęcia / Prowadzący

Typ zajęć

[Lecture 12] 2-D kinematic cloud model

Gustavo Abade

8 czerwca 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_08_june_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecture 11] MPDATA advection scheme.

Gustavo Abade

1 czerwca 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_01_june_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecture 10] Boussinesq approximations. One-dimensional advection.

Gustavo Abade

25 maja 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_25_may_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecture 9] Anelastic approximation

Gustavo Abade

18 maja 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_18_may_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Tutorial 08] Equations of Moist Air

Daniel Albuquerque

18 maja 2021 14:15

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercises_08.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_8.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Lecture 8] Dynamics of cloudy air. Part 2.

Gustavo Abade

4 maja 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_04_may_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecture 7] Dynamics of cloudy air. Part 1.

Gustavo Abade

27 kwietnia 2021 12:15

Bibliography

P. R. Bannon. Theoretical foundations for models of moist convection, J. Atmos. Sci., 59, 1967 (2002).

Dokumenty do zajęć:

Board notes - Prezentacja

ICM_lecture_board_27_apr_2021.pdf

Wykład

[Tutorial 07] Collision-coallescence

Daniel Albuquerque

27 kwietnia 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Homework 5 - Skrypt do ćwiczeń homework_5.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Tutorial 06] Dynamical Motion of an Adiabatic Parcel

Daniel Albuquerque

20 kwietnia 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercise_05.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_6.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Lecture 6] Collision-coalescence: method of moments and superdroplets

Gustavo Abade

20 kwietnia 2021 12:15

Some references for the method of moments:

Tzivion, S., G. Feingold, and Z. Levin, An efficient numerical solution to the stochastic coalescence equation, J. Atmos. Sci., 3139-3149, 1987.
Tzivion, S., T. G. Reisin, and Z. Levin: A numerical solution of the kinetic collection equation using high spectral grid resolution: A proposed reference. J. Comp. Phys., 148, 527-544, 1999.
Tzivion, S. T.G. Reisin, and Z. Levin: A new formulation of the spectral multi-moment method for calculating the kinetic collection equation: more accuracy with fewer bins. J. Comp. Phys., 171, 418-422, 2001.

Reference for the superdroplet method:

Shima, S., K. Kusano, A. Kawano, T. Sugiyama, and S. Kawahara, The super-droplet method for the numerical simulation of clouds and precipitation: A particle-based and probabilistic microphysics model coupled with a non-hydrostatic model. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 135, 1307–1320, 2009.

Dokumenty do zajęć:

Lecture board - Prezentacja

ICM_lecture_board_20_apr_2021.pdf

Wykład

[Lecture 5] "Dynamic" cloud parcel. Collision-coalescence: Smoluchowski equation.

Gustavo Abade

13 kwietnia 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_13_apr_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Tutorial 05] Q&A About Rising Adiabatic Parcel Simulations

Daniel Albuquerque

13 kwietnia 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_5.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Tutorial 04] A Prognostic Equation for Super-Saturation

Daniel Albuquerque

30 marca 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercises_04.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_4.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Tutorial 03] Droplet Growth Equation

Daniel Albuquerque

23 marca 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercises_03.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Homework Sheet - Skrypt do ćwiczeń homework_03.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_3.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Tutorial 02] Saturation Adjustment Scheme

Daniel Albuquerque

16 marca 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercises_02.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_2.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Tutorial 01] Thermodynamics of the Atmosphere

Daniel Albuquerque

9 marca 2021 14:00

Dokumenty do zajęć:
Exercise Sheet - Skrypt do ćwiczeń exercises_01.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Homework Sheet - Skrypt do ćwiczeń homework_01.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:
Tutorial Notes ICM_Tutorial Notes_1.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Ćwiczenia

[Lecure 4] DSD narrowing. Introduction to static stability.

Gustavo Abade

30 marca 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_30_mar_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecure 3] Koehler curve/potential. Supersaturation prognostic equation

Gustavo Abade

23 marca 2021 12:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_23_mar_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecure 1] Adiabatic parcel model: bulk condensation

Gustavo Abade

9 marca 2021 09:15

Dokumenty do zajęć:
Lecture board - Prezentacja ICM_lecture_board_09_mar_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład

[Lecure 2] Growth of an isolated droplet by condensation

Gustavo Abade

16 marca 2021 09:15

Dokumenty do zajęć:
Board notes - Prezentacja ICM_lecture_board_16_mar_2021.pdf Wymagane hasło Proszę wprowadzić hasło:

Wykład