IA 3: Global High-Resolution Climate Reconstruction

Um die Prozesse in der Atmosphäre, in dem Ozean oder über dem Lande repräsentieren zu können, benötigen Klimamodelle Daten - zum Beispiel Windgeschwindigkeiten oder Temperaturen. Je präziser die Daten sind, desto realistischer sind die projezierten Ergebnisse. Das Projekt "Globale hochaufgelöste Klimarekonstruktionen" erzeugt eine globale Datenwiedergabe für meteorologische Prozesse mit dem Ziel Datenströme mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu gewinnen. Zusätzlich sind diese besonders homogen, in dem diese z. B. so wenig wie möglich Lücken oder Sprünge aufweisen. Die NCEP1 Re-Analyse Daten (NCEP=National Center for Environmental Prediction), die eine Zeitspanne von 1948 - 2013 abdecken, stellen die Basis dar, die das sogenannte ECHAM6, ein hoch-aufgelöstes globales Atmosphären-Modell, antreiben soll.

Die Prozedur eines sogenannten spektralen Nudgings wird durchgeführt, welches sich auszeichnet  Prozesse innerhalb verschiedener Schichten der Atmosphäre in hoher Auflösung bis in kleinste Details aufzuzeigen. Umfangreiche Informationen von Re-Analysis Daten werden auf Modellfeldern ab einer Höhe von 750 hPa aufgeprägt. Um die hohe Qualität sicherzustellen, werden die simulierten Daten mit realen Beobachtungen verglichen. Der sich ergebene neue Datensatz wird auch verwendet, um später Ozean- oder Wellenmodelle anzutreiben. Folglich bietet dieses Modell eine sehr präzise Evaluation für bevorstehende Küstenströmungen oder Sturmfluten.

Zielsetzung

Das Projekt "Global hoch-aufgelöste Klima-Rekonstruktionen" stellt einen Teil der "Integrierten Aktivitäten" des Exzellenz-Clusters "Integrated Climate System Analysis and Prediction" (CliSAP) der Universität Hamburg dar. Das Ziel dieses Projektes ist, einen globalen homogenen Langzeit-Datensatz mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, für weitere wissenschaftliche Studien zu erzeugen. Zur Realisierung dieses Vorhabens verwenden wir 6 stündige NCEP 1 (1948 - 2013) Reanalyse Daten mit einer Auflösung von T62L28, um damit ein globales Atmosphären-Modell mit modernster Physik anzutreiben.

Das ausgewählte Modell ECHAM6 (T255L95) wird im sogenannten spektralen Nudging-Modus laufen. Verschiedene Variationen der Nudgingkonfiguration werden in ECHAM6 (die in Zusammenarbeit mit dem MPI-M entwickelt wurden) getestet. Mit dem Nudging-Prozess werden die simulierten ECHAM Modell-Felder ab einer Höhe von 750 hPa zu den groß-skaligen Mustern der Reanalyse Daten (z.B. ausgewählte Wellenlängen des horizontalen Windes U und V) hingezogen. Durch das dynamische Downscaling erwarten wir ein Mehrwert in der Auflösung und eine Reproduktion von realistischen meteorologischen Phänomenen in kleinräumlicher Ausdehnung.

Um die Qualität der berechneten Daten abschätzen zu können, werden diese im Rahmen einer Studie unter Verwendung geeigneter statistischer Methoden mit Beobachtungsdaten verglichen. Der resultierende hochaufgelöste Reanalyse Datensatz findet seine Verwendung um intensive Stürme wie Polar Lows, Medicanes oder tropische Wirbelstürme zu untersuchen. Es wird beabsichtigt diesen Datensatz  als Antrieb für verschiedene Ozean- oder Wellenmodellen zur Verfügung zu stellen, um damit z.B. das Verhalten von Küstenströmungen und Sturmfluten zu studieren. 

Temperatur auf der untersten Modellfläche am 30.01.2004, 00UTC. Links: NCEP1-Reanalyse, mitte: Differenz zwischen ECHAM6 mit spektralem Nudging und NCEP1, rechts: Differenz zwischen ECHAM6 ohne spektrales Nudging und NCEP1.

Aktuelle IA3 Publikationen

  • von Storch, H., Feser, F., Geyer, B., Klehmet, K., Li, D., Rockel, B., Schubert-Frisius, M., Tim, N., & Zorita, E. (2017). Regional re-analysis without local data - exploiting the downscaling paradigm. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 122, 8631-8649. doi:10.1002/2016JD026332.
  • Li, Z., von Storch, J. S., & Müller, M. (2017). The K1 internal tide simulated by a 1/10° OGCM. Ocean Modelling, 113, 145-156. doi:10.1016/j.ocemod.2017.04.002.
  • Schubert-Frisius, M., Feser, F., von Storch, H., & Rast, S. (2017). Optimal spectral nudging for global dynamic downscaling. Monthly Weather Review, 145, 909-927. doi:10.1175/MWR-D-16-0036.1.
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  • Zhang, M., & von Storch, H. (2017). Toward downscaling oceanic hydrodynamics – suitability of a high-resolution OGCM for describing regional ocean variability in the South China Sea. Oceanologia, 59(2), 166-176. doi:10.1016/j.oceano.2017.01.001.
  • von Storch, J. S., Haak, H., Hertwig, E., & Fast, I. (2016). Vertical heat and salt fluxes due to resolved and parameterized meso-scale eddies. Ocean Modelling, 108, 1-18. doi:10.1016/j.ocemod.2016.10.001.