Analyse der Zirkulation mit PUMA und anderen Modellen
Mit den hier gezeigten Experimenten wird ein Beispiel zur
Anwendung von PUMA gegeben. Die simulierte Zirkulation auf
dem Aquaplaneten (PUMA) wird durch den Temperaturgradienten
zwischen Pol und Äquator kontrolliert. Die Characteristik
der Zirkulation wird mit den Reanalysen ERA5 verglichen.
Die Experimente
Es werden drei Experimente mit dem PUMA Modell durchgeführt.
Die Experimente werden in folgendem Rahmen durchgeführt:
- der Jahresgang wird abgeschaltet
- das Modell wird 30 Jahre laufen gelassen
- das erste Jahr wird nicht in die Analyse einbezogen
Die Experimentserie wird durch Variation des merdidionalen
Temperaturgradienten erzeugt:
Die Vergleichsdaten
Für den Vergleich der simulierten Zirkulation mit der Realität werden die
ERA5
Daten herangezogen. Benötigt werden T, U und V auf den vergleichbaren
Druckniveaus (1000, 850, 500, 200, 100, 50 hPa). Da die Daten mit einer
sehr hohen Auflösung vorliegen, muss der Gesamtzeitraum von ca. 20 Jahren
(2000-2018 liegen vor) in Stücken ausgewertet werden. Damit die abschließende
zeitliche Mittelung korrekt ist, müssen die einzelnen Segmente
gleichlang sein.
- Reanalysen era5, 2000-2018 Wintermonate (DJF)
[ Ergebnisse ]
- Reanalysen era5, stationäre und transiente Eddies im DJF
[ Ergebnisse ]
Beschreibung der Analyse
Die Ausgangsdaten der Analyse sind die simulierten Felder
der Temperatur (T) und Windgeschwindigkeit (U,V). Diese Felder werden
in das zonale Mittel
ZM (Grundzustand) und die
Abweichung davon
ED (Eddies) aufgespalten.
Danach werden folgende Kombinationen mit beiden Komponenten
erstellt:
- Maß für die kinetische Energie (U*U+V*V)/2
- Maß für die meridionalen Transporte für
Impuls und Temperatur V*U und V*T
Im letzten Schritt werden die noch zeitabhängigen Felder zeitlich
gemittelt. Das ergibt für die Eddies noch 3-D Daten, bei dem
Grundzustand sind es schon Vertikalschnitte. Die zeitlich gemittelten
Eddies werden als letzten Schritt noch zonal gemittelt, um ebenfalls
Vertikalschnitte zu bekommen.
Welche Abbildungen werden erzeugt?
Die Berechung der Reynoldschen Zerlegung liefert 4 Terme der Größen
U, V und T. Damit können die drei diagnostischen Grö&szlilg;en
kinetische Energie, meridionale Transport von Temperatur und Impuls
berechnet werden. Ein Teil der resultierenden Felder kann bzgl. der Zeit
und zonal gemittelt werden. Von den zeitabhängigen Felder kann
eine Varianz berechnet werden. Insgesamt ergebeben sich folgende
Abbildungsvarianten:
- _zmtm[x,z] der zeitlich konstante Grundzustand
- _zmta[x,z,t] der zeitlich veränderliche Zustand,
der weiter analysiert werden kann
- _zmta_tm[x,z] zeitliches Mittel
- _zmta_ts[x,z] zeitliche Varianz
- _edtm[y,x,z] der Anteil der stationären Eddies und
- _edtm_zm[x,z] gemittelt über die Breite
- _edta[x,y,z,t] die transienten Eddies und
- _edta_tm[x,y,z] das zeitliche Mittel
- _edta_tm_zm[y,z] und dessen Zonalmittel
- _edta_ts[x,y,z] die zeitliche Varianz
- _edta_ts_zm[y,z] und dessen Zonalmittel
Da bei der Analyse Produkte berechnet werden, verschwinden die
zeitlichen Mittel nur, wenn die kombinierten Größen nicht
korreliert sind.
Was ändert sich, wenn in PUMA ein Gebirge zugeschaltet wird?
Für diese Analyse werden aus den ERA5 Daten die stationären und
transienten Eddies getrennt berechnet. Im Vergleich dazu sind weitere
PUMA Experimente erforderlich:
- Experiment ref, 60 Kelvin, kein Gebirge, 5 Schichten
[ Ergebnisse ]
- Experiment gebirge, wie Referenze, jedoch mit Gebirge in mittleren Breiten
[ Ergebnisse ]
- Experiment gebirge2, wie erstes Experiment, jedoch 10 Schichten
[ Ergebnisse ]
Auswertung mit anderen Modellen
Auswertung von ECHAM5 AMIP Simulationen