Initialisierungsschock in dekadischen Hindcasts durch Fehler im Windfeld über dem tropischen Pazifik

In einer neulich erschiene Veröffentlichung untersuchen H. Pohlmann und Kollegen der MiKlip-Projekte FLEXFORDEC und ATMOS/MODINI mit Hilfe des MiKlip dekadischen Klimavorhersagesystem das Problem der niedrigen Vorhersagequalität im tropischen Atlantik.

In dekadischen Klimavorhersagesystemen ist eine niedrige Vorhersagequalität im tropischen Pazifik ein häufiges Problem, insbesondere auf Zeitskalen von 2-5 Jahren. Multimodellstudien, die dekadische Klimasysteme untersuchen, zeigen eigentlich eine hohe Vorhersagegüte über den Ozeanen, wo eine niederfrequente Klimavariabilität dominiert. Die Vorhersagequalität ist allerdings häufig in den Gebieten des äquatorialen- und Nordpazifik auf Zeitskalen von 2-5 Jahren vermindert und beeinflusst damit auch die Pazifische Dekadische Oszillation (PDO). Im tropischen Ostpazifik ist die Vorhersagegüte in vielen Systemen sogar niedriger als in Systemen, die nicht mit Beobachtungsdaten initialisiert sind. Während angenommen wird, dass die niedrige Vorhersagegüte im Nordpazifik aus einer fehlerhaften Abbildung von Mischungsprozessen im Modell resultiert, ist die Ursache des Fehlers im tropischen Pazifik noch unbekannt.

Grafik von der Veröffentlichung
Abbildung 1: Meerestemperaturanomalie (a,c: Mittel über 1961-1970; b,d: Mittel über 1995-2004) an der Oberfläche im MPI-ESM CMIP5-System (a,b) und im Vergleichsexperiment (c,d).

H. Pohlmann und Kollegen untersuchen die verminderte Vorhersagequalität in Hindcasts mit dem Max-Planck-Institut Erdsystemmodel (MPI-ESM), die für das Klimamodellvergleichsprojekt (CMIP5) durchgeführt wurden und zusätzlich einem Vergleichsexperiment, bei dem die Hindcasts von einem Modelllauf gestartet sind, in den nur Beobachtungsdaten der Windschubspannung eingehen. In beiden Systemen starten die Hindcasts von realistischen Meerestemperaturen, besitzen aber nach 2-5 Jahren keine Vorhersagegüte mehr. Durch das Vergleichsexperiment ist es denen gelungen, das Problem für die niedrige Vorhersagegüte in MPI-ESM auf Fehler in den Windinitialisierungsdaten einzugrenzen. Durch die fehlerhaften Winddaten wird die äquatoriale Thermokline im Klimamodell unrealistisch ausgelenkt. Im freien Vorhersagelauf löst der Ausgleichsprozess der Thermokline dann künstliche El Niños und La Niñas an der Oberfläche aus (siehe Abbildung 1). Deren Ergebnisse zeigen die Bedeutung realistischer Winddaten für dekadische Klimavorhersagen.

Referenz:

Pohlmann, H., J. Kröger, R. J. Greatbatch, W. Müller, 2016: Initialization shock in decadal hindcasts due to errors in wind stress over the tropical Pacific. Clim. Dyn., doi:10.1007/s00382-016-3486-8.

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