Rückführung Gebietslimitierter Modelle zu globaler Skala für dekadische Hindcastläufe und Vorhersagen

Die Qualität einer dekadischen Klimavorhersage hängt stark von Wechselwirkungen verschiedener Prozesse ab, die auf unterschiedlichen räumlichen Skalen stattfinden. In globalen Modellen werden Prozesse, die auf dem relativ groben Modellgitter nicht mehr aufgelöst werden können, parametrisiert. Da eine Parametrisierung immer nur eine Näherung eines Prozesses darstellt, bleibt die Frage, wieviel Information durch die Parametrisierung verloren geht, und ob Vorhersagen verbessert werden können, wenn die Prozesse aufgelöst, und damit besser dargestellt werden. Deshalb werden im Rahmen von FLAGSHIP die Fragen untersucht werden, wie lokale und regionale Klimaänderungen das globale Klima beeinflussen und wie die Wechselwirkungen von Prozessen sich über die unterschiedlichen Skalen fortpflanzen.

Im Fokus dieser Studie ist Nordwestafrika. Der Westafrikanische Monsun (WAM) ist zum einen dafür bekannt, dass er das europäische Klima beeinflusst, zum anderen ist der WAM ein Multiskalenphänomen, das die globale Zirkulation beeinflusst, während er selbst durch regionale und lokale Aspekte wie z.B. die Landoberfläche oder die Orographie moduliert wird. Um diese Untersuchungen durchführen zu können, wird zunächst ein 2-Wege-gekoppeltes Modellsystem entwickelt werden, dass es ermöglicht regionale und sogar lokale Phänomene auf die gröberen Skalen und damit die globale Skala zurückwirken zu lassen. Die Basis für dieses Modellsystem wird von zwei etablierten Modellen gebildet: dem regionalen Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes (COSMO-Modell) und dem Klima-Modell ECHAM5-MPIOM. Beide wurden bereits um die MESSy (Modular Earth Submodel System)-Infrastruktur und damit zu vollständigen Chemie-Klima-Modellen erweitert.

Nach Abschluss der Entwicklung der 2-Wege-Kopplung  sollen mit dem neu entwickelten System Simulationen durchgeführt werden, die mit Hilfe der geschachtelten Modelle auf Westafrika „zoomen“ und damit eine Evaluation der Wirkung, die ein regional feiner aufgelöstes Westafrika auf eine globale Vorhersage hat, ermöglichen. Zusätzlich zu einer rein dynamischen Kopplung  werden  in FLAGSHIP  auch atmosphärenchemische Prozesse (einschließlich Aerosolen) und deren skalenabhängige Wechselwirkungen untersucht werden. Von Interesse sind vor allem Staubemissionen. Afrika ist eine der größten Quellen für Mineralstaub und es ist bekannt, dass der Staub das Strahlungsbudget erheblich beeinflussen kann, was wiederum Rückwirkungen auf die Dynamik und damit auf die allgemeine Zirkulation hat. Staubemission werden in Modellen unterschiedlicher Gitterweiten unterschiedlich gut simuliert, da sie vom Wind am Boden abhängig sind. Daher kann eine bessere Auflösung von Westafrika im 2-Wege-gekoppelten System zu einer veränderten globalen Dynamik führen. Aussagen über die Stärke dieser Wechselwirkungen zu machen und damit eine Abschätzung von deren Einfluss auf die dekadische Vorhersagbarkeit ist eines der Ziele dieser Studie.

Ziele

• Entwicklung einer dynamischen und chemischen 2-Wege-Kopplung von ECHAM/MESSy und COSMO/MESSy
• Entwicklung einer dynamischen und chemischen 2-Wege-Kopplung von COSMO/MESSy und COSMO/MESSy
• Untersuchung des Einflusses der Regionalisierung auf die Vorhersagequalität („Skill“) des Globalmodells anhand von Simulationen mit einem und/oder zwei Nests über Westafrika.