Das Landoberflächenmodell in PALM: Evaluation und Sensitivität zu Modellparametern

Landoberflächenmodelle (engl. land surface model, LSM) werden heutzutage nicht nur in numerischen Wetter- und Klimavorhersagemodellen eingesetzt, sondern finden auch zunehmend in Modellen für mikroskalige atmosphärische Phänomene Anwendung. Das LSM übernimmt dabei die wichtige Kopplung zwischen Atmosphäre und Boden und ermöglicht es, dass viele unterschiedliche Land- und Bodentypen abgebildet werden. Das Simulationsmodell PALM wird seit mehr als zwanzig Jahren für atmosphärische Grenzschichtprozesse eingesetzt und seit einigen Jahren immer häufiger für komplexe Anwendungen, beispielsweise in Städten, mit integriertem LSM eingesetzt.

In der aktuellen Studie wird das LSM in PALM beschrieben und mit in-situ Beobachtungsdaten aus Cabauw (Niederlande) evaluiert. Dazu werden zwei aufeinander folgende Strahlungstage simuliert und Temperatur, spezifische Feuchte, Horizontalwind sowie Komponenten der Energiebilanz mit Beobachtungsdaten verglichen. Dabei zeigen wir, dass die modellierten Komponenten der Energiebilanz im Analysezeitraum konsistent mit den Beobachtungen sind. Allerdings wird die stabile Schichtung der nächtlichen Grenzschicht von dem Modell überschätzt. Am Tag sind keine signifikanten Unterschiede in der bodennahen Temperatur und Feuchte zu beobachten. In einer Sensitivitätsanalyse wird der Einfluss verschiedener Parameter des LSMs auf den Simulationsverlauf getestet, da die Wahl dieser durch den Nutzer eine erhebliche Unsicherheit des Modellsetups darstellt. Insbesondere eine ungenaue Abschätzung des Blattflächenindexes, der Albedo oder des initialen Feuchtegehalts der Grenzschicht führen zu einem signifikanten Fehler in der Simulation der turbulenten fühlbaren und latenten Wärmeströme am Tag. Die nächtliche Grenzschicht wird hingegen hauptsächlich durch die Rauigkeitslänge und das gewählte Strahlungsmodell beeinflusst.