Erste ICON-A Modellversion verfügbar

Die erste Atmosphären-Modellversion des neuen ICON-Erdsystemmodells (ICON-A) ist kürzlich fertiggestellt und dokumentiert worden und steht nun für Klimastudien zur Verfügung. Das simulierte Klima von ICON-A ist vergleichbar mit dem des seit Jahrzehnten bewährten Modell-Vorläufers ECHAM6.3. Im Vergleich ist ICON-A jedoch flexibler, effizienter und skaliert höher mit verbesserter Computerleistung. Daher ist diese erste ICON-A Version ein großer Fortschritt für das Institut, auch im Hinblick auf die Entwicklung des neuen Erdsystemmodells (ICON-ESM).


Zu ICON-A sind zwei Artikel unter der Führung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Abteilung „Atmosphäre im Erdsystem“ am MPI-M erschienen. Dr. Marco Giorgetta und Kollegen beschrieben das Modell und die Tuning-Strategie (Part I). Dr. Traute Crueger und Kollegen verfassten eine Evaluierungs-Studie (Part II).

ICON-A hat einen vollständig neuen dynamischen Kern, bei dem die Bewegungsgleichungen im geometrischen anstatt im spektralen Raum berechnet werden. Die vertikale Diskretisierung erfolgt ebenfalls im geometrischen Raum (anstatt auf Druckniveaus).  Aufgrund dieses neuen dynamischen Kerns ist ICON-A im Gegensatz zur letzten ECHAM6.3-Version so flexibel, dass es mit Gitterpunktsabständen von einigen zehn Metern bis zu mehreren hundert Kilometern gerechnet werden kann.  Damit können u. a. die Ebenheiten und Unebenheiten der Landoberfläche (Orographien) besser aufgelöst werden. Außerdem können Parametrisierungen hinfällig werden, die allgemein im Zusammenhang mit der Repräsentation von Wolken und Konvektion als Ursache für die größten systematischen Fehler in Klimamodellen angesehen werden.  Daher versprechen sich die Wissenschaftler*innen neue Erkenntnisse über das Klimasystem, wenn Wolken- und Konvektionsprozesse direkt aufgelöst werden.


In dem Artikel von Crueger et al. ist ICON-A als konventionelles Klimamodell mit parametrisierter Konvektion konfiguriert und wurde mit zwei verschiedenen Auflösungen (160 km und 40 km Gitterpunktsauflösung) gerechnet. Diese Experimente wurden mit ECHAM6.3-Experimenten  mit ähnlichen Gitterpunktsabständen (100 km und 200 km) und mit Beobachtungsdaten verglichen. ICON-A und ECHAM6.3 haben jeweils die gleichen Parametrisierungen. Besonders die 160 km ICON-A-Version überzeugt bei der Simulation des mittleren Klimas (siehe Abbildung), das insgesamt dem des ECHAM6.3-Modells ähnelt. Verbesserungen wurden besonders in den nördlichen Extra-Tropen erzielt, während in den Tropen bei ICON-A größere Fehler als bei ECHAM6.3 auftreten.


Das Hauptergebnis dieser ersten umfangreichen Evaluation des ICON-A-Modells ist, dass ICON-A ein vergleichbares Klima wie ECHAM6.3 aufweist, dabei aber über einen viel flexibleren dynamischen Kern verfügt. Die langjährige Erfahrung der Wissenschaftler*innen des MPI-M lehrt, dass das Tuning sowie Identifizieren und Beheben von Fehlern, das bei der zukünftigen Entwicklung und Nutzung von ICON-A erfolgen wird, zu einer weiteren, kontinuierlichen Verbesserung des Atmosphärenmodells des neuen Erdsystemmodells des MPI-M (ICON-ESM) führen wird.


Abbildung:
Um den simulierten mittleren Zustand des Klimas von ICON-A abzuschätzen, wird ein Performance Index verwendet. Ein Wert von eins bedeutet, dass das Klima so gut ist wie das von ECHAM6.3. Ein Performance Wert von unter/über eins bedeutet, dass das Klima besser/schlechter als das von ECHAM6.3 ist. Der Index basiert auf einem Vergleich der mittleren jährlichen Klimatologie einer Anzahl von atmosphärischen Variablen mit Satelliten- oder Reanalyse-Daten, gewichtet mit der beobachteten zwischenjährlichen Variabilität der einzelnen Felder. ICON-A (160 km) hat einen ähnlichen Index wie ECHAM6.3 (200 km). Es ist sogar deutlich besser in den nördlichen Extra-Tropen, während in den Tropen ein erhöhter Index zu verzeichnen ist.  Ein Vergleich zwischen ICON-A (160 km) und ICON-A (40 km) und ECHAM6.3 (200 km) mit ECHAM6.3 (100 km) ergibt einen deutlichen Unterschied: Während bei ECHAM6.3 die höhere Auflösung zu einem verbesserten Klima führt, ergibt sich bei ICON-A eine deutliche Verschlechterung.
 
 

 

Mehr Informationen:

ICON: https://www.mpimet.mpg.de/en/science/models/icon-esm/icon-a/


Originalveröffentlichungen:

1.) Giorgetta, M. A., R. Brokopf, T. Crueger, M. Esch, S. Fiedler, J. Helmert, C. Hohenegger, L. Kornblueh, M. Köhler, E. Manzini, T. Mauritsen, C. Nam, S. Rast, C. Reick, D. Reinert, M. Sakradzija, H. Schmidt, R. Schnur, L. Silvers, H. Wan, G. Zängl, and B. Stevens (2018), ICON-A, the atmosphere component of the ICON Earth System Model. Part I: Model description, J. Adv. Model. Earth Syst., doi: 10.1029/2017MS001242.

2.) Crueger, T., M. A. Giorgetta, R. Brokopf, M. Esch, S. Fiedler, C. Hohenegger, L. Kornblueh, T. Mauritsen, C. Nam, A. K. Naumann, K. Peters, S. Rast, E. Roeckner, M. Sakradzija, H. Schmidt, J. Vial, R. Vogel, B. Stevens (2018), ICON-A, the atmosphere component of the ICON Earth System Model. Part II: Model evaluation, J. Adv. Model. Earth Syst., doi: 10.1029/2017MS001233.


Kontakt:

Dr. Marco Giorgetta
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 358
E-Mail: marco.giorgetta@we dont want spammpimet.mpg.de

Dr. Traute Crueger
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 105
E-Mail: traute.crueger@we dont want spammpimet.mpg.de