Erdsystemmodelle (ESMs), die in Klimasimulationen und -projektionen verwendet werden, verwenden typischerweise Gitter mit einer Auflösung von 50–200 km. Diese gelten als relativ grob und sind nur begrenzt in der Lage, die Variabilität der Landoberfläche aufzulösen.
Um die Fähigkeit von ESMs zu verbessern, die Auswirkungen kleiner Landoberflächenunterschiede zu simulieren, führt eine neue Studie eine neue Untergitterstruktur ein. Die Forscher verwendeten auch Methoden, um atmosphärische Variablen wie Niederschlag und Temperatur vom Atmosphärengitter auf topografische Untergittereinheiten herunterzuskalieren, die in ihren früheren Studien für das Landmodell (ELM) des Energy Exascale Earth System Model (E3SM) festgelegt wurden.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Zeitschrift für Fortschritte bei der Modellierung von Erdsystemen.
Die Analyse von ELM-Simulationen mit und ohne das neue Landoberflächen-Untergitter und herunterskalierte atmosphärische Variablen zeigte deren erhebliche Auswirkungen auf Schneefall, Schneewasseräquivalent und Abfluss. Diese Ergebnisse zeigten sich besonders deutlich in Regionen, die von Gebirgslandschaften geprägt sind und in denen die Niederschläge in den kühlen Jahreszeiten am stärksten ausgeprägt sind.
Die neuen Entwicklungen verbessern die Fähigkeit von ELM deutlich, gemessene Beobachtungen für Schneewasseräquivalente (dh die Menge an flüssigem Wasser im Schnee) an den Snow Telemetry (SNOTEL)-Standorten im Westen der Vereinigten Staaten zu reproduzieren.
Durch die Verbesserung der Fähigkeit von ELM, das beobachtete Schneewasseräquivalent an 83 % der SNOTEL-Standorte im Westen der Vereinigten Staaten zu reproduzieren, motiviert diese Studie die Integration der neuen Modellfunktionen in E3SM zum Verständnis der regionalen und globalen Wasserkreisläufe und ihrer zukünftigen Veränderungen . Dies kann wiederum die Grundlage für effektivere Wassermanagementpläne und -maßnahmen bilden.
Die Auswirkungen der neuen Entwicklungen auf Simulationen von Landoberflächenprozessen wurden anhand der angrenzenden (dh zusammenhängenden) Vereinigten Staaten (CONUS) als Fallstudie bewertet. ELM-Simulationen mit den neuen Entwicklungen ergaben im Allgemeinen höhere Mengen an Schneefall, Schneewasseräquivalent und Abfluss über CONUS. Es wurde festgestellt, dass die Auswirkungen der neuen Entwicklungen in Regionen größer sind, die von höhergelegenen Landschaften dominiert werden, und in Regionen mit maximalen Niederschlägen während der kühlen Jahreszeiten.
Die neuen Entwicklungen verbesserten auch die Fähigkeit von ELM, das beobachtete Schneewasseräquivalent an den SNOTEL-Standorten zu reproduzieren, was zur allgemeinen Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit des Modells beitrug. Die Ergebnisse dieser Studie haben wichtige Implikationen für die Modellierung des Stromflusses und des Wasserressourcenmanagements, die beide stark von hydrologischen Prozessen in Bergregionen beeinflusst werden.
Weitere Informationen:
Teklu K. Tesfa et al., Auswirkungen des topographiebasierten Subgrid-Schemas und der Verkleinerung des atmosphärischen Antriebs auf die Modellierung von Landoberflächenprozessen in den angrenzenden USA, Zeitschrift für Fortschritte bei der Modellierung von Erdsystemen (2024). DOI: 10.1029/2023MS004064