Feuchteunterschiede und ihr Effekt auf das Strahlungsbudget in globalen sturmauflösenden Modellen

In einer neuen Studie im Journal of Advances in Modeling Earth Systems zeigen Theresa Lang, Dr. Ann Kristin Naumann, Prof. Bjorn Stevens und Prof. Stefan A. Bühler, dass es in modernsten globalen Klimamodellen weniger Modellunterschiede in der tropischen Feuchteverteilung gibt.

Stevens, B., Satoh, M., et al. (2019). DYAMOND: The DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains. Progress in Earth and Planetary Science, Vol. 6: 61. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Der Wasserdampfgehalt der Troposphäre hat einen großen Einfluss auf die Strahlungsbilanz der Erde und übt einen positiven Rückkopplungseffekt aus. Dies ist ein durch die Klimaerwärmung ausgelöster Prozess im Klimasystem, der zu einer zusätzlichen Erwärmung führt. Die Stärke dieser Rückkopplung hängt davon ab, wie stark sich die relative Feuchte (das Verhältnis des Dampfdrucks von Wasser zu dem Dampfdruck, bei dem Kondensation eintritt) im Zuge der Erwärmung verändert. Daher ist es wichtig, dass Klimamodelle die relative Feuchte und ihre Änderung bei einer Erwärmung zuverlässig simulieren können. Konventionelle Klimamodelle weisen in beiden Aspekten allerdings deutliche Unsicherheiten auf, wodurch große Unterschiede zwischen verschiedenen Modellen entstehen.

 

In dieser Studie untersuchen die Autor*innen nun zum ersten Mal, wie groß Feuchteunterschiede in den modernsten globalen sturmauflösenden Modellen mit horizontalen Auflösungen auf der Kilometerskala sind. Dafür machen sie Gebrauch von DYAMOND, einem ersten Vergleich von 40-tägigen sturmauflösenden Simulationen mit neun verschiedenen Modellen.

 

Sie fanden heraus, dass sturmauflösende Modelle sich weniger stark in ihrer tropischen Feuchteverteilung unterscheiden als konventionelle, gröber aufgelöste Klimamodelle. Dies nährt die Hoffnung, dass auch die Stärke der Wasserdampf-Rückkopplung mit diesen Modellen besser eingegrenzt werden kann – eine Annahme, die überprüft werden muss, sobald hochaufgelöste Simulationen über längere Zeiträume möglich sind.

 

Die Autor*innen zeigen jedoch auch, dass sich die verbleibenden Feuchtedifferenzen wesentlich auf den Strahlungshaushalt der sturmauflösenden Modelle auswirken. Besonders stark wirken sich die Unterschiede in der mittleren Troposphäre (ca. 1-10 km Höhe) aus. In diesem Höhenbereich sind wiederum zwei tropische Umgebungen besonders relevant: relativ feuchte Regionen in der Nähe von hochreichender Konvektion sowie in sehr trockenen Regionen, in denen Absinkbewegungen vorherrschen. Letztlich sind Feuchteunterschiede in den trockenen Regionen am wichtigsten, weil hohe Wolken, die den Strahlungseffekt des Wasserdampfs verbergen, in diesen Regionen sehr selten vorkommen. In Hinblick auf die Strahlung sollte also besonders in diesen Regionen die Unsicherheit der Feuchteverteilung weiter reduziert werden. Die Studie hebt damit auch die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der Prozesse hervor, die die Feuchte in diesen Regionen kontrollieren und für die Modellunterschiede verantwortlich sind.

Originalveröffentlichung:

Lang, T., Naumann, A.K., Stevens, B., & Buehler, S.A. (2021). Tropical free-tropospheric humidity differences and their effect on the clear-sky radiation budget in global storm-resolving models. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 13, https://doi.org/10.1029/2021MS002514

Kontakt:

Theresa Lang
Universität Hamburg
FB Erdsystemwissenschaften, Meteorologisches Institut
Email: theresa.lang@we dont want spamuni-hamburg.de

Dr. Ann Kristin Naumann
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Email: ann-kristin.naumann@we dont want spammpimet.mpg.de

Prof. Dr. Bjorn Stevens
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Email: bjorn.stevens@mpimet.mpg.de

Prof. Dr. Stefan A. Bühler
Universität Hamburg
FB Erdsystemwissenschaften, Meteorologisches Institut
Email: stefan.buehler@we dont want spamuni-hamburg.de