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
- Experiment tg30, 30 Kelvin [ Ergebnisse ]
- Experiment tg60, 60 Kelvin (default, Referenze) [ Ergebnisse ]
- Experiment tg90, 90 Kelvin [ Ergebnisse ]
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
- Shell-Script mit den Funktionen zur Auswertung der PUMA Experimente
- Shell-Script mit den Funktionen zur Auswertung der ERA5 Daten
- Shell-Script mit den Funktionen zur Auswertung der Eddies
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
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
- PLASIM Standard 50 Jahre [ Ergebnisse ]
- ECHAM5 KlimaSST 30 Jahre [ Ergebnisse ]
- ECHAM5 AMIP-SST 30 Jahre [ Ergebnisse ]
- MPIESM1 30 Jahre [ Ergebnisse ]