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

In dieser Veröffentlichung haben M. Pattantyús-Ábrahám und Kollegen die Güte des MiKlip dekadischen Vorhersagesystems in der freien Atmosphäre untersucht.

Homogenisierte Radiosondendaten bieten mehr als 50 Jahre lange Zeitreihen und damit den längsten Datensatz in der freien Troposphäre. Zur Validierung wurden dekadische Vorhersagen des MiKlip Systems, sogenannte Hindcasts, mit Radiosondendaten aus Europa verglichen.

Abb. 1: Jahresmittelwert des Unterschiedes zwischen modellierten und beobachteten Temperaturen (oben) und relativen Feuchten (unten) für fünf Europäischen Regionen. Das kleine Bild zeigt die Ergebnisse verschiedener Initialisierungsmethoden für Deutschland)

Die Ergebnisse zeigen systematische Differenzen zwischen den vom Modell simulierten und den gemessenen Zeitreihen. Die modellierten Temperaturen sind niedriger als beobachtet. Dieser Temperaturunterschied nimmt mit der Höhe bis zur Tropopause zu.
In der Stratosphäre wird der Unterschied kleiner bis zur 100 hPa Druckebene, oberhalb nimmt er erneut zu. Das Verhalten wurde für ganz Europa festgestellt. Es deutet darauf hin, dass die simulierte atmosphärische Schichtung weniger stabil ist als beobachtet.
Der Unterschied zwischen modellierter und beobachteter relativer Feuchte zeigt ebenfalls vertikale Struktur:

  • Die modellierte Atmosphäre ist zu feucht und diese Überschätzung nimmt mit der Höhe zu.
  • Die höhere Feuchte im Modell kann mit den zu niedrigen Temperaturen allein nicht erklärt werden.
  • Die erhöhte Feuchte zusammen mit der geringeren vertikalen Stabilität ergibt im Modell erhöhte Werte von Extremwetterindizes, die z.B. zur Abschätzung von Wahrscheinlichkeiten von Extremwetterereignissen (wie Gewitterzellen)benutzt werden können.

Nach diesen Ergebnissen sollten die direkten Werte aus dem Modell nicht verwendet werden. Stattdessen ist einen Post-Prozessierung (Regionalisierung, Kalibrierung) erforderlich, um genaue Vorhersagen für die Zukunft zu machen.

Abb. 2: Beobachtete und modellierte Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Extremwetterereignisse, anhand des sog. K-Index. Werte kleiner als die hellblaue Linie: Gewitter sind unwahrscheinlich, Werte größer als die lila Linie: Gewitter treten mit hoher Wahrscheinlichkeit auf.

Referenz

Pattantyús-Ábrahám, M., C. Kadow, S. Illing, W.A Müller, H. Pohlmann, W. Steinbrecht (2006): Bias and Drift of the Medium-Range Decadal Climate Prediction System (MiKlip) validated by European Radiosonde Data. Met. Zet. 25 p709–720, doi: 10.1127/metz/2016/0803

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