C1-WP2 - Exploring the predictive potential of land surfaces SVATs

Zielsetzung des Projekts

Ziel des Projekts ist die Untersuchung des Vorhersagepotentials von Landoberflächenprozessen auf das europäische Klima. Dafür werden Klimasimulationen mit COSMO-CLM durchgeführt, an das unterschiedlichen Boden-Vegetations-Atmosphären Modelle (SVATs) gekoppelt werden. Bereits während MiKlip I konnte gezeigt werden, dass sowohl das verwendete SVAT wie auch die Initialisierung einen bedeutenden Einfluss auf die bodennahen Temperaturen und die Niederschläge in Europa und Afrika haben. Das daraus resultierende Potenzial zur Verbesserung dekadischer Vorhersagen bodennaher Variabeln sollte jedoch noch genauer untersucht werden. Aus diesem Grund wird das alternative SVAT VEG3D, das bereits während MiKlip I erfolgreich an CCLM gekoppelt wurde, weiter entwickelt und intensiv getestet. Des Weiteren wird mit dem Community Land Model ein drittes SVAT an CCLM gekoppelt. Mit diesen Modellsystemen werden dann Simulationen in unterschiedlichen horizontalen Auflösungen (0.22°, 0.0625° und 0.0025°) durchgeführt und abschließend in das MiKlip II Vorhersage-Ensemble integriert.

Struktur des Projekts

Die unterschiedlichen CCLM-SVAT Simulationen werden innerhalb dieses Projekts vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchgeführt und analysiert.

 

Aufgabenstellung des Projekts

  • Erstellung eines Referenzdatensatzes zur Bodeninitalisierung in Europa.
  • Optimierung der VEG3D-Modelleinstellungen und des Quellcodes. 
  • Untersuchung der Unsicherheiten in Boden- und Vegetationsprozessen durch stochastische Parametrisierungen.
  • Verwendung des Community Land Models als zusätzliches SVAT.
  • Durchführung dekadische Hindcast-Simulationen mit unterschiedlichen an CCLM gekoppelten SVATs.
  • Bewertung der verwendeten SVATs und Ausprache von Empfehlungen zu Modellkonfigurationen.
  • Einbindung der CCLM-SVAT Simulationen in das MiKlip-Ensemble.

Zu liefernde Ergebnisse des Projekts

D1: Erstellung von Bodenfeuchte und -temperatur Feldern zur Initialisierung von CCLM Hindcasts für Europa.
D2: Quantifizierung der Ungenauigkeiten in Boden- und Vegetationsprozessen.
D3:  Dekadische Hindcast-Simulationen mit unterschiedlichen an CCLM gekoppelten SVATs.
D4: Aussprache von Empfehlungen zu Modellkonfigurationen und Quantifizierung des Einflusses von Boden-Vegetation-Atmosphären Wechselwirkungen auf die dekadische Variabilität des Klimas in Europa.

Projektfortschritte

In einem ersten Schritt wurde zunächst ein Referenzdatensatz zur Initialisierung der CCLM-VEG3D Hindcasts, mit Hilfe von VEG3D stand-alone Simulationen für Europa (angetrieben mit ERA20C), erstellt. Durch die Verwendung dieser Initialisierungsmethode wurden bereits über 50 dekadische Hindcast-Simulationen durchgeführt, auf Basis derer der Einfluss der Boden-Vegetation-Atmosphären Wechselwirkungen auf die regionale dekadische Klimavorhersagbarkeit abgeschätzt und Empfehlungen für ein optimiertes Modell-Setup ausgesprochen werden können. Darüber hinaus wurden die Unsicherheiten in der Beschreibung von Boden- und Vegetationsprozessen in SVATs und deren Auswirkungen auf die Ergebnisse von Klimasimulationen mit Hilfe stochastischer Parametrisierungen untersucht. Dabei zeigte sich, dass die atmosphärische Zirkulation im Sommer über Südeuropa sehr von den lokalen Bodenwassergehalten beeinflusst wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Variabilität der monatlichen Niederschlagssummen über Europa durch stochastische Parametrisierungen besser wiedergegeben werden kann.