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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 1
Energie- und Wasserdampftransporte in die Arktis bestimmt aus Radiosondendaten
Andreas Hense, Reinhardt Hagenbrock,Martin Göber*, Felix Amendt
Meteorologisches Institut Universität Bonn
*Met.Office, Bracknell
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 2
Gliederung des Vortrags
• Motivation der Untersuchungen• Daten• Methode• Ergebnisse
– Wasserdampftransporte und (P-E)– Energietransporte
• ECHAM4 - T42 GISST Simulationen• Zusammenfassung
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 3
Motivation
• Kenntnis von (P-E) für die Arktis ist notwendig ...– Kopplung Atmosphäre-Ozean, THC
• Messungen von P und E schwierig bis nicht existent
• P und E aus Reanalysen sind wesentlich durch Parametrisierungen und Modell Spinup beeinträchtigt
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 4
Motivation
Wasserdampfhaushaltsgleichung als Basis
Reanalysen wegen Spin-up nicht geschlossen
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 5
Motivation
• 2D - Transporte besser bekannt• auch aus Radiosondendaten pur...• Gibt es ein Modell für Radiosondendaten mit
möglichst wenigen Freiheitsgraden, das Transporte ähnlich zu den Reanalysen liefert?
• Reanalyseschema für „Arme“
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 6
Bisherige Arbeiten
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 7
Das Radiosondennetz der nördlichen Breiten
Historical ArcticRawinsonde ArchiveHARA
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 8
Berechnung der Feuchtekonvergenz
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 9
Berechnung der FeuchteflüsseVariationsrechnung und unregelmäßiges Gitter
• Diskretisiere Funktionalgleichung mit 3D finiten Elementen
• lineare Elemente auf Tetraedern• keine Interpolation auf ein regelmäßiges Gitter• konsistente Approximationen der
Differentialoperatoren
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 10
Das Gitter
• Typische Zahlen:• ~ 70 Stationen• ~ 800 Messwerte auf
signifikanten Niveaus (=Gitterpunkte)
• ~ 1500 Tetraeder
• Untersuchungszeit-raum 1979-93
• Zeitlich variables Gitter
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 11
Der Lösungsweg
• Iterative Lösung des linearen Gleichungssystems• Berechnung der 3D Transporte als Integrale mit
Hilfe der FE Diskretisierung• Berechnung der Transportdivergenzen ( ~ P-E)
mit Hilfe der approximierten Differentialoperatoren
• Integration der Transporte vertikal und zonal• Projektion auf Kugelflächenfunktionen T42
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 12
Ist das Variationsverfahren notwendig?Zonal/vertikal integrierte Transporte in 70°N ohne
Korrektur
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 13
Ist das Variationsverfahren notwendig?Zonal/vertikal integrierte Transporte in 70°N mit
Korrektur
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 14
Ist das Variationsverfahren notwendig?Zonal/vertikal integrierte Transporte in 70°N mit
Korrektur aus Reanalysedaten an den RS
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 15
Vergleich der Jahresgänge
Radiosondendaten (Mittel: 0.449 mm d-1) ERA-15 Reanalysedaten an RS (Mittel: 0.480 mm d-1) Cullather et al.: Radiosondendaten (Mittel: 0.45 mm d-1)
Cullather et al.:ERA-15 Reanalysedaten (Mittel: 0.50 mm d-1)
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 16
Vergleich der interannuellen Variabilität, Jahresmittel (P-E)
Radiosondendaten (Mittel: 0.449 mm d-1) ERA-15 Reanalysedaten an RS (Mittel: 0.480 mm d-1) Cullather et al.: Radiosondendaten (Mittel: 0.45 mm d-1)
Cullather et al.:ERA-15 Reanalysedaten (Mittel: 0.50 mm d-1)
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 17
Vertikal integrierte Feuchteflusskonvergenz aus massenkonsistenten RS Daten
Mittel 1973-93
P>EP<E
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 18
Vertikal integrierte Feuchteflusskonvergenz aus massenkonsistenten RS Daten und T42 Projektion
Mittel 1973-93
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 19
Vertikal integrierte Feuchteflusskonvergenz aus Reanalysedaten in T42
Mittel 1973-93
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 20
ERA-15 T42 RS in T42
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 21
Effekt der Auflösung
• Simulation eines hypothetischen RS Netz durch Verfeinerung der Triangulation in der Horizontalen
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 22
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 23
Effekt der Auflösung
ERA-15 mit hypoth. RS Netz
ERA-15
ERA-15 RS
RS sDF
RS-HDF
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 24
Energietransport aus RS 1973-1996, 15 Monate gl.Mittel
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 25
Basis zur Modellvalidierung:ECHAM4 -T42 GISST 1901-1994
• 6 Simulationen ECHAM4-T42 1901-1994 in Kooperation mit M.Latif– beobachtete „globale“ SST und Meereis
Verteilung Monatsmittel als Antrieb– NAO Variabilität Paeth, Hense und Latif CD
2003– ACSYS Projekt Energie- und
Wassertransportvariabilität in Modell und Beobachtung
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 26
Niederschlagsvariabilität (Rita Glowienka-Hense)
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3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 27
Zusammenfassung
• Radiosonden können bei geeigneter Form der Analyse immer noch wertvolle Informationen liefern
• Reanalyseschema für „Arme“• Finite Elemente Methode ideal für least-squares
Verfahren
![Page 28: 3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel1 Energie- und Wasserdampftransporte in die Arktis bestimmt aus Radiosondendaten Andreas Hense, Reinhardt Hagenbrock,Martin](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022070310/55204d6549795902118badf4/html5/thumbnails/28.jpg)
3.Februar 2003 SFB Seminar Kiel 28
Zusammenfassung
• Unterschied der Feuchtekonvergenzen für die Arktis zwischen Reanalyse und RS liegt in der räumlichen Stichprobenentnahme– zeitliche Konsistenz liefert Informationen
stromauf – Satellitendaten liefern kleinskalige Information
• interannuelle Variabilität berechenbar• Basis für den Modell-Beobachtungsvergleich bis
zur Zeitskala von Tagen