MiKlip erste Phase: SPARCS

Skalenabhängige Parametrisierung von Prozessen in der atmosphärischen Grenzschicht über arktischem Meereis

Das allgemeine Ziel von SPARCS besteht in der Untersuchung der Konsequenzen einer reduzierten arktischen Meereisbedeckung auf die turbulenten Prozesse im untersten Kilometer der Atmosphäre (Grenzschicht) über dem arktischen Ozean.

Die derzeitigen Klimamodelle können atmosphärische Grenzschichtprozesse über dem Meereis nicht in allen Details erfassen. Dies liegt daran, dass ihre räumliche Auflösung relativ gering ist verglichen mit der typischen Skala der oberflächennahen atmosphärischen Prozesse und deren kleinskaliger Variabilität besonders über partieller Meereisbedeckung.

Das Projekt SPARCS zielt daher darauf ab, diese Schwachstelle zu überwinden, indem physikalische Beschreibungen (Parametrisierungen) der atmosphärischen Grenzschichtturbulenz über Regionen mit inhomogener Meereisbedeckung verbessert werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung der Auswirkung von Öffnungen in der Meereisbedeckung auf den Austausch von Energie und Impuls zwischen Ozean, Meereis und Atmosphäre. Solche Meereisöffnungen entwickeln sich aufgrund inhomogener Meereisdrift (Eisrinnenbildung) und durch Schmelzprozesse (Tümpelbildung). Die neuen Parametrisierungen  werden für atmosphärische Modelle mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung entwickelt und werden schließlich für das MiKlip Vorhersagesystem ECHAM/MPIOM verfügbar sein.

Mit diesem Ziel hilft das Projekt SPARCS diejenigen Prozesse in Klimamodellen zu berücksichtigen, die für eine realistische Wiedergabe dekadischer Klimavariabilität wichtig sind. Dabei werden  Messdaten zur Untersuchung des Einflusses einer veränderten Meereisbedeckung auf die Eigenschaften der polaren Grenzschicht Schiffs- und Flugzeugmessungen sowie Fernerkundungsdaten aus zwei Jahrzehnten benutzt. Dies ist hilfreich, um ein verbessertes Verständnis der dekadischen Variabilität arktischer Klimaprozesse zu erlangen.

SPARCS - Abb. 1
Abbildung 1.:Große Unterschiede zwischen der Wassertemperatur in offenen Eisrinnen und der darüberströmenden Luft verursachen konvektive Prozesse. Die Abbildung zeigt ein Modellergebnis (links: potentielle Temperatur in K, rechts: Fluss sensibler Wärme in W/m2; der Wind strömt von links nach rechts, die Eisrinne ist zwischen 0 und 1 km am linken Rand).

SPARCS ist ein gemeinschaftlich durchgeführtes Projekt des Alfred Wegener Institutes (AWI) in Bremerhaven und der Universität Hamburg (UH).  Der Hauptteil der Projektarbeiten, nämlich die atmosphärische Modellierung mit dem meso/mikroskaligen Modell METRAS (Schlünzen, 1990; Lüpkes et al., 2008) sowie die Entwicklung der Parametrisierungen erfolgt am AWI. Diese Arbeiten werden von der UH durch die Analyse von Fernerkundungsdaten unterstützt.

Ziele

  • Entwicklung eines verbesserten Algorithmus zur Erkennung von Eisrinnen aus Fernerkundungsdaten.
  • Untersuchung kleinskaliger Prozesse über Eisrinnen basierend auf Messungen und Modellierung, wobei gegenwärtige und zu erwartende Meereisszenarien verwendet werden.
  • Entwicklung von  Parametrisierungen  der turbulenten  Prozesse über teilweiser Meereisbedeckung  für Klima- und Wettervorhersagemodelle.

Literatur:

  • Lüpkes, C. et al., 2008: Modeling convection over arctic leads with LES and a non-eddy-resolving microscale model, J. Geophys. Res., 113, C09028., doi:10.1029/2007JC004099.
  • Schlünzen, K.H., 1990: Numerical studies on the inland penetration of sea breeze fronts at a coastline with tidally flooded mudflats, Contr. Atm. Physics, 63, 254-256

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Diese Darstellung betrifft das Projekt während der ersten Phase von MiKlip. Für mehr Information zu Modul B Projekte während MiKlip II, besuchen Sie die MiKlip II - Modul B Seite. 

Kontakt

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) AWI Bremerhaven
Dr. Christof Lüpkes

Institut für Meereskunde Universität Hamburg
Prof. Dr. Lars Kaleschke

Lead detection in Arctic sea ice from CryoSat-2: quality assessment, lead area fraction and width distribution

2015 - The Cryosphere, Vol. 9, pp. 1955-1968

Wernecke A. | L. Kaleschke

Parameterization of drag coefficients over polar sea ice for climate models

Mercator Ocean Quarterly Newsletter - Special Issue, 51 , pp. 29-34

Lüpkes, C. | V. M. Gryanik

Variability of Arctic sea-ice topography and its impact on the atmospheric surface drag

2014 - J. Geophys. Res. Oceans, Vol. 119 (10), pp. 6743–6762

Castellani, G. | C. Lüpkes, S. Hendricks, and R. Gerdes

Idealized dry quasi 2-D mesoscale simulations of cold-air outbreaks over the marginal sea ice zone with fine and coarse resolution

2013 - J. Geophys. Res. Atmos., 118, 8787–8813

Chechin, D. G. | C. Lüpkes, I. A. Repina, and V. M. Gryanik