Dynamische regionale Klimamodelle
Dynamische Regionalmodelle sind dreidimensionale atmosphärische Zirkulationsmodelle, die für einen Ausschnitt des Globus physikalische, chemische und biologische Prozesse in der Atmosphäre und Wechselwirkungen mit der Erdoberfläche simulieren. Die strömungsmechanischen Gleichungen beruhen auf den physikalischen Grundgesetzen zum Erhalt von Masse, Impuls und Energie sowie der thermodynamischen Zustandsgleichung idealer Gase. Sie werden durch ein System von nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen beschrieben. Die numerischen Lösungen werden auf diskreten räumlichen Gittern mit horizontalen Auflösungen von 50 km bis etwa 2,5 km berechnet. Die vertikale Höhe der atmosphärischen Schichten wird meist über Drucklevel definiert. Dabei gibt es verschiedene Methoden, die z. B. unterschiedliche Drucklevel als Bezugslevel verwenden.
An den Rändern des dreidimensionalen Ausschnitts des Regionalmodells werden die mit Globalmodellen simulierten großskaligen Druck-, Strömungs-, Temperatur-, und Feuchtefelder der Atmosphäre während der Simulation vorgegeben. Diese liegen aus dem Globalmodellen meist alle 6 Stunden in horizontalen Auflösungen von meist 200 km bis 300 km vor.
Innerhalb des regionalen Modellgebiets werden unter Einbezug lokaler Eigenschaften der Erdoberfläche, wie z. B. topographische Höhe, Land-Wasser-Verteilung und Vegetationsbedeckung, die regionalen Strömungsmuster und Wechselwirkungen berechnet. Zudem werden thermische und hydrologische Prozesse im Boden berücksichtigt, die den Austausch von Energie, Masse und Impuls an der Erdoberfläche beeinflussen. Damit können auch Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre erfasst werden. Weiterhin werden regionale Modelle mit hochauflösenden Ozeanmodellen oder dynamischen Vegetationsmodellen zu regionalen Klimasystemmodellen gekoppelt (siehe Systemmodelle).
Abbildung 1: 3-dimensionaler Ausschnitt Regionalmodell (Abbildung nach DKRZ 2000)
Bei großen Unterschieden zwischen der Horizontalauflösung des globalen und des regionalen Modells werden mehrere sogenannte Nestungsschritte vorgenommen. D.h. das Regionalmodell wird zunächst in gröberer Auflösung (z. B. 50 km) mit den Ergebnissen des Globalmodells angetrieben und im nächsten Schritt wird das Regionalmodell in hoher Auflösung (z. B. 10 km) mit den Ergebnissen des Regionalmodells in gröberer Auflösung angetrieben.
Die Simulationsergebnisse eines Regionalmodells werden für die zweidimensionalen Felder meist in einer stündlichen zeitlichen Auflösung ausgegeben, die dreidimensionalen Felder meist 3- oder 6- stündig.
Mit der hohen räumlichen Auflösung können die Eigenschaften der Erdoberfläche wie Orographie und Landbedeckung und mesoskalige Prozesse wie Wolken- und Niederschlagsbildung besser repräsentiert werden. Die mit einem dynamischen Regionalmodell berechneten meteorologischen Größen wie z. B. Temperatur, Verdunstung, Niederschlag und Wind sind zueinander konsistent.
Die vom Regionalmodell räumlich nicht aufgelösten Prozesse (z. B. Strahlungs- oder Bodenprozesse) werden durch physikalische Parametrisierungen erfasst, d.h. durch die Beschreibung ihrer mittleren Wirkung auf der räumlichen aufgelösten Skala. Beispiele für physikalische Paramterisierungen werden in den einzelnen Modellbeschreibungen gegeben.
Mehr zu den dynamischen, regionalen Klimamodellen:
CCLM
© DKRZ/GERICS
Das dynamische regionale Klimamodell COSMO-CLM bzw. CCLM, früher auch nur CLM (Climate Local Model) genannt, ist aus dem Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes entwickelt worden. Es ist eine Gemeinschaftsentwicklung der Climate Limited-area Modelling Community (CLM Community). mehr
REMO
© GERICS
Das regionale Klimamodell REMO ist ein dreidimensionales atmosphärisches Zirkulationsmodell, das ursprünglich aus einem numerischen Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes - dem Europamodell EM entwickelt wurde. Zudem wurden die physikalischen Parametrisierungen des globalen Zirkulationsmodells ECHAM4 implementiert. Diese Kombination von dynamischen Kern aus dem Wettervorhersagemodell und physikalischen Prozessen aus dem Globalmodell hat sich in der Simulation des regionalen Klimas bewährt. mehr
WRF/MM5
© Universität Hohenheim
Das Wetterforschungs- und vorhersagemodell WRF wurde in den USA entwickelt. WRF ist ein mesoskaliges numerisches Wettervorhersagemodell, das sowohl den Ansprüchen operationeller Wettervorhersage als auch atmosphärischer Forschung gerecht wird. Inzwischen wurden auch Komponenten integriert, die es erlauben, WRF in Klimasimulationen zu verwenden. Es ist für Anwendungen im Skalenbereich von Metern bis tausenden von Kilometern anwendbar. mehr