Einfluss von elektromagnetischer und thermischer Kern-Mantel Kopplung auf den Geodynamo
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In Abänderung des ursprünglichen Arbeitsplanes wurde die Parallelisierung des zuvor entwickelten finite Volumen Ansatzes erweitert. Dabei wurde eine zusätzliche Partionierung des Rechengebietes in den lateralen Richtungen eingeführt. Die sphärische Geometrie erforderte hier eine vollständige Neuwicklung des Datenaustausches über MPI Routinen. Die laterale Gitterzerlegung wurde dabei von maximal sechs auf allgemein 6 x n^2 Gebiete erweitert. Es konnte gezeigt werden, dass in der kompletten Kugelschale mit Gebietszerlegungen von bis zu ca. 2000 Prozessen effektiv gerechnet werden kann, dies war zuvor auf ca. 100 Prozesse beschränkt. Damit konnte innerhalb ein DEISA Projektes auf massiv parallelen Großrechnern Geodynamo Modelle mit einer Ekman Zahl von bis zn E = 10^-6 und einer Gitterauflösung von bis zu 5 x 10^7 Volumenzellen berechnet werden. Es konnte gezeigt werden, dass in diesen Bereich zwar noch eine starke Dipolkomponente des Magnetfeldes vorhanden ist, die Lösung des Kernfeldes im Ortsraum aber von starken, extrem kleinen magnetischen Spots dominiert wird. Ein Vergleich von publizierten Spektralmodellen zeigte, dass die erreichbaren Ekmanzahlen in etwa zu unseren finite Volumen Ergebnissen sind. Bei moderaten Parametern sind aber Spektalmethoden deutlich effektiver. Daher wurde die thermische Kopplung mantelseitig mit einem Spektralansatz untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der relevante Wärmefluss an der Kern-Mantel Grenze im zeitlichen Mittel kaum von dem Phasenübergang zu Post-Perovskit beeinflusst wird. Für elektromagnetische Kopplung hingegen ist der finite Volumen Ansatz effektiver, da eine zusätzliche Modenkopplung durch laterale Leitfähigkeitsanomalien im tiefen Mantel auftritt. Dabei wurde eine finite Volumen Methode mit einen Vektorpotential Ansatz entwickelt, um das Magnetfeld im Mantel zu berechnen. Es zeigte sich, dass für das Feld an der Kern-Mantel Grenze die exakte Position des äußeren Randbedingung A = 0 unerheblich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Numerical Dynamo Simulations: From Basic Concepts to Realistic Models. 2010
Wicht, J., Stellmach, S., and H. Harder
