VErifikation, Kalibration und Bewertung der Vorhersagbarkeit von mittelfristigen Klimavorhersagen unter Benutzung von Satellitendaten

Von zentraler Bedeutung für den Entwicklungsprozess des MiKlip Systems ist die daten- und prozessbasierte Validierung des Systems zur dekadischen Vorhersage während der drei Entwicklungsstufen von MiKlip. Darüber hinaus basiert die Generierung der dekadische Vorhersagen auf einem Ensemble Ansatz, welcher die Bestimmung von geeigneten probabilistischen Informationen aus den verschiedenen Realisierungen der Ensemble-Simulationen durch statistische Nachbearbeitung erfordert. Von entscheidender Bedeutung ist die Bewertung der atmosphärischen Wasserkreislaufkomponenten einschließlich von Wolken und damit verbundenen Veränderungen in der Strahlungsbilanz. Darüber hinaus erfordert die Darstellung der extremen Niederschlagsereignisse die genaue Simulation der Niederschlagsvariabilität.Das VECAP Projekt liefert einen Beitrag durch die Bereitstellung eines elementaren Pakets von statistischen Methoden zur Auswertung der dekadischen Nachsimulationen und Vorhersageläufe. Gemäß der MiKlip Validierungsstrategie ermöglicht das Paket eine standardisierte Validierung des Vorhersagesystems unter Benutzung von Scores und Skill Scores. Das Paket wird während der Laufzeit des Projekts kontinuierlich erweitert mit dem Ziel einer umfassenden daten- und prozessbasierten Validierung.Das Projekt leistet einen Beitrag zur Evaluierung des dekadischen Vorhersagesystems durch den Vergleich der Simulationen mit Reanalyse- und Satellitenprodukten. Aus den Klimasimulationen abgeleitete, virtuelle Satellitenmessungen werden zum Vergleich mit realen Satellitenmessungen, wie beispielsweise von „Infrared Atmospheric Sounding Interferometer“ (IASI) und „Tropical Rainfall Measuring Mission“ Niederschlagsradar (TRMM-PR), entwickelt. Diese Daten werden beispielsweise zur Evaluierung von Rückkopplungen im Klimasystem sowie von Niederschlagsvariabilität genutzt. Während der Schwerpunkt des VECAP Projekts auf der Evaluierung des globalen Modellsystems liegt, sind die entwickelten Verfahren grundsätzlich auch zur Anwendung auf die regionalen Simulationen geeignet.  

Ziele

• Erarbeitung von Konzept zur standardisierten Validierung gemäß der MiKlip Validierungs-Strategie (Kooperation mit EnsDiVal). Ziel ist die Validierung der Simulationen (i) gegen Beobachtungsdaten mit absoluten Maßzahlen (Scores) sowie (ii) in einem relativen Sinne gegen die jeweils vorige Modellversion mit Skill Scores. Hierzu werden auf Beobachtungen basierende Daten sowie ein aus den Beobachtungen und Simulationen abgeleiteter, vordefinierter Satz von Variablen mit dem Schwerpunkt auf den ECVs (GCOS Essential Climate Variables, cf. http://www.wmo.int/pages/prog/gcos) verwendet.
• Bereitstellung eines Statistikpakets zur Evaluierung der Ensemble-Simulationen (wird übergeben an INTEGRATION), welches während der Laufzeit des Projekts schrittweise erweitert wird (Kooperation mit EnsDiVal, FLEXFORDEC).
• Entwicklung von Methoden zur Extrahierung stochastischer und probabilistischer Informationen (probabilistische Nachprozessierung), Bestimmung der Unsicherheiten, Validierung und Kalibrierung gegen Beobachtungen auf der Basis der verfügbaren Sätze von Vorhersagen.
• Einbau der COSP Satellitensimulatoren, Entwicklung und Einbau zusätzlicher Satellitensimulatoren welche die simulierten Reflektivitäten zu TRMM-PR sowie das simulierte Spektrum langwelliger Strahlung gemäß Messungen des IASI Instruments bereitstellen. 
• Auf Daten basierte Validierung, Bewertung der Vorhersagbarkeit, Berücksichtigung von in Beobachtungsdaten enthaltenen Unsicherheiten, Kalibrierung der probabilistischen Informationen gegenüber Beobachtungen.
• Auf Prozess fokussierte Auswertung, Identifikation vorhersagbarer räumlicher und zeitlicher Skalen, Strukturen und zugehöriger Prozesse, Identifikation Unsicherheit generierender Prozesse unter Verwendung klassischer Beobachtungsdaten sowie von auf Satellitenmessungen basierenden Produkten, Validierung von Komponenten des Energiezyklusses am Übergang zwischen Atmosphäre und Ozean sowie Validierung von Komponenten des tropischen Wasserkreislaufes (Kooperation mit AODA-PENG).
• Detaillierte Analyse von Prozessen relevant für (a) Vorhersagbarkeit und (b) Wachstum von Unsicherheiten zur Lenkung des Entwicklungsprozesses des MiKlip Systems.
• Beispielhafte Anpassung der Auswertemethoden an regionale Simulationsergebnisse.