Interne Modellvariabilität von Ensemblesimulationen des gekoppelten Wellen- und Atmosphärenmodells GCOAST

Ziel dieser Studie (Wiese et al., 2020) ist, die Signifikanz des Einflusses des Wellenmodells auf das regionale Atmosphärenmodell und die interne Modellvariabilität sowohl des Atmosphärenmodells, als auch des gekoppelten Systems bestehend aus Wellen- und Atmosphärenmodell zu bestimmen. In einer vorhergehenden Studie wurde gezeigt, dass die Rauigkeit, die im Wellenmodell berechnet wird, größer ist, als die Rauigkeit, die im Atmosphärenmodell approximiert wird, was zu Unterschieden im Atmosphärenmodell führt (Wiese et al. 2019). Hier soll nun untersucht werden, ob diese Unterschiede im Atmosphärenmodell signifikant sind.  Dazu werden Ensemblesimulation mit einem Referenz Setup (das Atmosphärenmodell sendet den Wind an das Wellenmodell) und dem gekoppelten Setup (zusätzlich zum Windaustausch, sendet das Wellenmodell die Rauigkeitslänge über dem Meer zurück an das Atmosphärenmodell) durchgeführt. Bei der Analyse der internen Modellvariabilität zwischen beiden Ensembles zeigt sich, dass die interne Modellvariabilität im gekoppelten Ensemble gegenüber dem Referenzensemble reduziert ist. Dieser Effekt tritt während Extremereignissen am stärksten auf, ist aber auch bei einer generellen Analyse der internen Modellvariabilität über den gesamten Zeitraum sichtbar. Außerdem können die Effekte der Kopplung von der internen Modellvariabilität unterschieden werden, da die Effekte der Kopplung größer sind, als die interne Modellvariabilität. Diese Studie zeigt daher das Potential sowohl in operationellen Systemen als auch Systemen für Klimastudien die Unsicherheit zu reduzieren, wenn das Wellenmodell mit dem Atmosphärenmodell gekoppelt wird. Hinzu kommt, dass die Effekte der Kopplung klar von der internen Modellvariabilität unterschieden werden können, wodurch außerdem eine verbesserte Übereinstimmung des gekoppelten Systems gegenüber dem Referenzensemble mit Beobachtungsdaten erzielt werden kann. In einem nächsten Schritt soll nun zusätzlich der Ozean gekoppelt und die Auswirkungen auf das gesamte System untersucht werden.

 

Literatur:

Wiese A, Stanev E, Koch W, Behrens A, Geyer B and Staneva J (2019) The Impact of the Two-Way Coupling between Wind Wave and Atmospheric Models on the Lower Atmosphere over the North Sea. Atmosphere. 10(7):386. doi: 10.3390/atmos10070386

Wiese A, Staneva J, Ho-Hagemann HTM, Grayek S, Koch W and Schrum C (2020) Internal Model Variability of Ensemble Simulations With a Regional Coupled Wave-Atmosphere Model GCOAST. Front. Mar. Sci. 7:596843. doi: 10.3389/fmars.2020.596843