In einer Studie, die in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, zeigen Hans Segura und seine Kolleg*innen Cathy Hohenegger, Bjorn Stevens und Christian Wengel, welche jahres- und tageszeitlichen Aspekte tropischer Niederschläge von einer Simulation erfasst werden können, in der die Konvektion und mesoskalige Ozeanwirbel global mit einer Auflösung von 5 Kilometern explizit dargestellt werden. Es ist die erste Studie dieser Art.
Frühere Studien mit explizierter Konvektion konzentrierten sich auf regionale Domänen und benutzten vorgeschriebene Meeresoberflächentemperaturen (Sea surface temperature, SST). Das machte es schwierig, den Grund zu ermitteln, weshalb die Genauigkeit bei der Darstellung von Niederschlägen im Vergleich zu Modellen mit statistischen Darstellungen anstieg. Die Autor*innen zeigen, was das Modell richtig macht, und finden eine Erklärung für die verbleibenden Verzerrungen, wenn das Modell von den Beschränkungen an den unteren und seitlichen Grenzen losgelöst wird. Dadurch versuchen sie, die Funktionsweise unseres Klimasystems zu entschlüsseln und erforschen dabei Konfigurationen, die global gekoppelte Simulationen mit noch höherer Auflösung ermöglichen würden – learning by doing.
Unter Verwendung der Sapphire-Konfiguration des ICON-Modells (ICOsahedral Nonhydrostatic; ICON) zeigen die Autor*innen, dass der Tagesgang ähnlich gute Merkmale aufweist wie der simulierte Tagesgang in regionalen Simulationen. Über dem Ozean wird dieser gut dargestellt, über Land ist die Amplitude jedoch zu stark. Diese Verzerrung ist jedoch kein Hindernis für die Darstellung der Saisonalität des tropischen Regengürtels über Land, die in einem sehr guten Einklang mit Beobachtungen steht. Ein Beispiel hierfür ist die polwärts gerichtete Wanderung und Ausdehnung des Regengürtels während der Monsunzeit sowie seine zonale Bewegung. Über dem Ozean wird die Saisonalität des Regengürtels auch im östlichen Pazifik und im Atlantik wiedergegeben, nicht aber im indopazifischen Raum. Die Autor*innen führen diese Verzerrung auf eine fehlerhafte Darstellung der Meeresoberflächentemperaturen mit zu kalten und daher zu geringen Niederschlägen am Äquator zurück.
Regionen, die gut reproduziert werden, weisen auch in den Beobachtungen eine geringe zwischenjährliche Variabilität des Sommerniederschlags auf. Dies war in früheren Arbeiten, die statistische Darstellungen von Konvektion verwendeten, nicht ersichtlich. Daraus schließen sie, dass eine explizite Auflösung der Konvektion, selbst wenn der Gitterabstand noch nicht vollkommen ausreichend ist, genügt, um wichtige Merkmale der Konvektion, insbesondere über Land, darzustellen. Über Land könnte die Existenz einer negativen Rückkopplung der Bodenfeuchte mit Niederschlag der Mechanismus für diese verlässliche Darstellung des tropischen Regengürtels trotz der Verzerrungen in den Meeresoberflächentemperaturen sein. Über dem Ozean deuten die Verzerrungen in der Struktur der Meeresoberflächentemperaturen darauf hin, dass die Luft-Meer-Wechselwirkung in Regionen mit relativ geringen Meeresoberflächentemperatur-Gradienten recht empfindlich sein könnte und einer genaueren Untersuchung bedarf.
Originalveröffentlichung
Segura, H., Hohenegger, C., Wengel, C., & Stevens, B. (2022). Learning by doing: seasonal and diurnal features of tropical precipitation in a global-coupled storm-resolving model. Geophysical Research Letters, 49: e2022GL101796. doi:10.1029/2022GL101796.
Kontakt
Dr. Hans Segura
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: hans.segura@mpimet.mpg.de