Preis der Meteorologischen Gesellschaft von Japan für HD(CP)2-Publikation

Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) wurde für ihre Co-Autorenschaft an der Veröffentlichung "The added value of large-eddy and storm-resolving models for simulating clouds and precipitation" mit dem 2020 Meteorological Society of Japan Publication Award ausgezeichnet. Die Studie zeigt, dass Modelle mit Auflösungen auf Hundertmeter- und Kilometerskalen in der Lage sind, lange bestehende Hindernisse für genauere Klimaprojektionen zu überwinden. Es wird gezeigt, dass Modelle, die auf Kilometerskalen laufen, die Vorhersage von Niederschlägen verbessern, insbesondere in den Tropen, einschließlich der Extreme. Es wird weiterhin gezeigt, dass Simulationen auf Hundertmeter-Skalen nicht besonders entscheidend für den Niederschlag sind, aber wichtig für die Wolkenvorhersage, insbesondere für flache maritime Wolken. Die Arbeit liefert damit die wissenschaftliche Grundlage für Bemühungen, eine neue Klasse von sturm- oder konvektionsauflösenden (oder kilometerskaligen) Klimamodellen zu schaffen, wie sie für große neue europäische Initiativen wie „NextGEMS“ und „Destination Earth" vorgesehen sind.

Die "Added-value"-Publikation war die Abschlussstudie des vom BMBF geförderten Projekts HD(CP)2, das vom MPI-M geleitet wurde. Siebenundfünfzig Wissenschaftler*innen, aus Instituten in ganz Deutschland, waren als Autor*innen beteiligt. Unter der Leitung von Bjorn Stevens von der Abteilung "Atmosphäre im Erdsystem" des MPI-M wurden Beiträge von mehr als einem Dutzend MPI-M-Wissenschaftlern veröffentlicht. Neben Rieke Heinze, Wiebke Schubotz und Julia Windmiller vom MPI-M waren Claudia Acquistapace (Universität Köln), Akio Hansen (Universität Hamburg), Carolin Klinger (Ludwig-Maximilians-Universität München) und Daniel Klocke (Deutscher Wetterdienst) als Co-Leiter beteiligt.

"Die schönste Form der Anerkennung ist die, die man für seine besonderen wissenschaftlichen Leistungen erhält. Diese Auszeichnung von einer so angesehenen Gesellschaft zu erhalten, die bahnbrechende Beiträge zur numerischen Modellierung von Wetter und Klima geleistet hat, ist besonders erfreulich und hilft, die enormen Anstrengungen der gesamten HD(CP)2-Gemeinschaft bei der Erforschung des Potenzials von Modellen im Hundertmeter- und Kilometermaßstab für Klimaanwendungen zu bestätigen", bemerkte Prof. Stevens, als er von der Auszeichnung erfuhr.

Zusammenfassung der Publikation (im Original)
More than one hundred days were simulated over very large domains with fine (0.156 km to 2.5 km) grid spacing for realistic conditions to test the hypothesis that storm (kilometer) and large-eddy (hectometer) resolving simulations would provide an improved representation of clouds and precipitation in atmospheric simulations. At scales that resolve convective storms (storm-resolving for short), the vertical velocity variance becomes resolved and a better physical basis is achieved for representing clouds and precipitation. Similarly, to past studies we found an improved representation of precipitation at kilometer scales, as compared to models with parameterized convection. The main precipitation features (location, diurnal cycle and spatial propagation) are well captured already at kilometer scales, and refining resolution to hectometer scales does not substantially change the simulations in these respects. It does, however, lead to a reduction in the precipitation on the time-scales considered – most notably over the ocean in the tropics. Changes in the distribution of precipitation, with less frequent extremes are also found in simulations incorporating hectometer scales. Hectometer scales appear to be more important for the representation of clouds, and make it possible to capture many important aspects of the cloud field, from the vertical distribution of cloud cover, to the distribution of cloud sizes, and to the diel (daily) cycle. Qualitative improvements, particularly in the ability to differentiate cumulus from stratiform clouds, are seen when one reduces the grid spacing from kilometer to hectometer scales. At the hectometer scale new challenges arise, but the similarity of observed and simulated scales, and the more direct connection between the circulation and the unconstrained degrees of freedom make these challenges less daunting. This quality, combined with already improved simulation as compared to more parameterized models, underpins our conviction that the use and further development of storm-resolving models offers exciting opportunities for advancing understanding of climate and climate change.

Originalveröffentlichung

Stevens, B., Acquistapace, C., Hansen, A., Heinze, R., Klinger, C., Klocke, D., Schubotz, W., Windmiller, J., Adamidis, P., Arka, I., Barlakas, V., Biercamp, J., Brueck, M., Brune, S., Buehler, S., Burkhardt, U., Cioni, G., Costa-Surós, M., Crewell, S., Crueger, T., Deneke, H., Friederichs, P., Henken, C., Hohenegger, C., Jacob, M., Jakub, F., Kalthoff, N., Köhler, M., van Laar, T., Li, P., Lohnert, U., Macke, A., Madenach, N., Mayer, B., Nam, C., Naumann, A., Peters, K., Poll, S., Quaas, J., Röber, N., Rochetin, N., Rybka, H., Scheck, L., Schemann, V., Schnitt, S., Seifert, A., Senf, F., Shapkalijevski, M., Simmer, C., Singh, S., Sourdeval, O., Spickermann, D., Strandgren, J., Tessiot, O., Vercauteren, N., Vial, J., Voigt, A. & Zängl, G. (2020). The added value of large-eddy and storm-resolving models for simulating clouds and precipitation. Journal of the Meteorological Society of Japan, 98, 395-435. doi:10.2151/jmsj.2020-021

Kontakt

Prof. Dr. Bjorn Stevens
Max-Planck-Institut für Meteorologie
Tel.: 040 41173 422 (Assistentin Angela Gruber)
E-Mail: bjorn.stevens@we dont want spammpimet.mpg.de