Das als „Dach der Welt“ bekannte tibetische Plateau ist für meteorologische Wissenschaftler aufgrund seiner Höhenlage, des steilen Geländes und der rauen natürlichen Umgebung schwer zu untersuchen. Einschränkungen und Unsicherheiten allgemeiner Beobachtungsinstrumente führten zu Modellsimulationen, um umfassendere meteorologische Informationen zu erhalten.
Zahlreiche Studien haben jedoch große Verzerrungen in globalen Klimamodellsimulationen über dem tibetischen Plateau gezeigt. Um verfeinerte und repräsentativere Datensätze zu erhalten, wurde dynamisches Downscaling verwendet, ein wichtiger Weg, um hochauflösende Klimainformationen in der Zielregion zu erhalten.
Beeinflusst von der Oberflächenkomplexität des tibetischen Plateaus war die dynamische Downscaling-Forschung des tibetischen Plateaus schon immer eine Schwierigkeit bei der Klimamodellierung. Professor Yanhong Gao ist einer der frühesten Gelehrten auf diesem Gebiet. Ihr Team konzentriert sich seit etwa 10 Jahren auf dynamische Downscaling-Simulationen (mit einer räumlichen Auflösung von etwa einem Viertel Grad).
Für ihre jetzt erschienene Studie in Wissenschaft China Erdwissenschaftenführten sie über einen Zeitraum von 33 Jahren von 1979 bis 2011 eine kontinuierliche Simulation von Langzeitklimasimulationen durch, mit dem Ziel, die Veränderungen des Klimas und der Umwelt zu simulieren.
Die Studie zeigte, dass das Viertelgrad im Vergleich zu den Simulationen mit einer Auflösung von über 100 km die beobachteten höhenabhängigen Erwärmungsmerkmale genauer simulierte und die unterschiedliche Niederschlags-minus-Verdunstungsvariabilität über dem westlichen Hinterland und dem südöstlichen Rand des Tibets besser reproduzierte Plateau. Auch die Simulationen der Evapotranspiration und der Windgeschwindigkeit wurden teilweise verbessert.
Inzwischen haben auch andere Forschungsteams dynamische Downscaling-Simulationen über dem tibetischen Plateau durchgeführt. Deutsche Wissenschaftler konzentrierten sich beispielsweise auf die Niederschlagsart und die saisonale und zwischenjährliche Variabilität der Niederschläge in der Hochasiatischen Gletscherregion. Die Ergebnisse stimmen mit Gaos Standpunkt überein, dass orografischer Niederschlag mit dynamischer Herunterskalierung genauer simuliert werden kann als mit 100-km-Simulationen.
Dank Supercomputing-Verbesserungen ist die Ära der Simulation im Kilometermaßstab angebrochen. Im Vergleich zu einem Viertelgrad ist eine dynamische Herunterskalierung im Kilometermaßstab in der Lage, bestimmte konvektive Prozesse im Untergitter aufzulösen und den Einfluss der unteren Grenze genauer zu beschreiben (z. B. tiefe Konvektionsprozesse explizit aufzulösen, wodurch die Notwendigkeit eines Parametrisierungsschemas für tiefe Konvektion entfällt und damit verbundene Unsicherheiten vermeiden).
Gaos Gruppe auf dem Forschungsgebiet des dynamischen Herunterskalierens im Kilometermaßstab machte die folgenden Ergebnisse:
(1) Sie fanden heraus, dass sich Simulationen im Kilometermaßstab wenig von Viertelgrad-Simulationen in Höhenbereichen unterscheiden, in denen Beobachtungen verfügbar waren. In Höhenlagen über 5.000 Metern gab es jedoch deutliche Unterschiede zwischen den beiden Simulationsmaßstäben.
(2) Basierend auf mehreren Quellen von Datensätzen bewerteten sie die Schneebedeckung, die in Höhenlagen im Kilometermaßstab und im Viertelgrad-Gitterabstand simuliert wurde, wobei die Kilometermaßstabssimulation die Viertelgrad-Simulation übertraf, und beide reproduzierten die Verteilungseigenschaften der Schneedecke mit der Höhe genauer, was zu einer Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungsfunktion führte, die näher am Referenzschneeprodukt lag.
(3) In Bezug auf den Verbesserungsmechanismus der Simulation im Kilometermaßstab bei täglichen Schwankungen des Niederschlags war die positive Tendenz der nassen konvektiven Instabilität in Simulationen im Kilometermaßstab geringer als in Viertelgradsimulationen, wodurch der Zeitpunkt der Auslösung der Konvektion, und seine Intensität, mehr im Einklang mit Beobachtungen; Daher konnten sie die Eigenschaften des Tageszyklus des Niederschlags genauer simulieren als frühere dynamische Downscaling-Studien mit einem Viertelgrad.
Dynamisches Herunterskalieren ist ein effektiver Weg, um hochauflösende gerasterte Klimainformationen zu erhalten. Es kann eine solide Unterstützung für die Untersuchung von Klima- und Umweltveränderungen über dem tibetischen Plateau und seiner Reaktion auf globale Veränderungen bieten. Neben der Verbesserung der Gitterabstände und der expliziten Auflösung von tiefen Konvektionsprozessen zeigen Simulationen im Kilometermaßstab gewisse Mehrwerteffekte in der Auslösezeit von Konvektion und Wasserdampftransport und läuten eine neue Stufe in der Evolution dieses Ansatzes ein.
Mehr Informationen:
Yanhong Gao et al., Regionale klimadynamische Herunterskalierung über dem tibetischen Plateau – Vom Viertelgrad zum Kilometermaßstab, Wissenschaft China Erdwissenschaften (2022). DOI: 10.1007/s11430-022-9968-4