Die Modellierung im Kilometermaßstab gibt die Beziehung zwischen Land und Niederschlag besser wieder

Die als „Dynamisches Downscaling“ bezeichnete Technik, bei der regionale Klimamodelle verwendet werden, um die Auswirkungen großräumiger Klimaprozesse auf lokaler Ebene dynamisch abzuleiten, hat sich als effektive Methode zur Simulation von Niederschlägen mit hoher Auflösung erwiesen. Darüber hinaus schreitet mit Fortschritten bei den Supercomputing-Fähigkeiten das dynamische Herunterskalieren jetzt auf die Kilometerskala voran.

Frühere Studien haben gezeigt, dass dynamische Downscaling-Modelle (DDMs) im Kilometermaßstab Niederschlagseigenschaften realistischer erfassen als DDMs, die in Maßstäben von mehreren zehn Kilometern arbeiten. Unser Verständnis des Mechanismus hinter den Vorteilen der Simulation im Kilometermaßstab bleibt jedoch begrenzt.

Professor Yanhong Gao und ihr Forschungsteam von der Fudan-Universität, China, haben eine große Anzahl von DDMs mit einer Auflösung von einem Viertel Grad (ca. 25–30 km) untersucht und die Führung bei der Durchführung von 4-km-Gitterabstandssimulationen über dem tibetischen Plateau übernommen.

Dann, vor kurzem, führten sie Experimente mit zwei DDMs im 2-km-Maßstab und der traditionellen Auflösung von einem Viertel Grad in einem Gebiet durch, das die dicht besiedelte und wirtschaftlich entwickelte Region Ostchinas abdeckt. Die Zusammenhänge zwischen Topographie und Niederschlag wurden mit der Methode der Multi-Scale Geometry Weighted Regression (MGWR) ermittelt und die Ergebnisse anhand von Wetterstationsbeobachtungen ausgewertet.

Erstens bestätigten sie erneut, dass DDMs im Kilometermaßstab die beobachteten Niederschlagseigenschaften besser beschreiben als DDMs, die mit einer Auflösung von einem Viertel Grad arbeiten. Als wir uns dann eingehender mit den Gründen dafür befassten, stellte sich heraus, dass die kleinräumige Topographie eine dominierende Rolle bei der beobachteten Niederschlagsverteilung an den meisten Wetterstationen in Ostchina spielte, und das DDM im Kilometermaßstab diese beobachteten Auswirkungen der Topographie auf den Niederschlag besser reproduzierte genauer als der Viertelgrad DDM. Diese Ergebnisse wurden in veröffentlicht Atmosphärische und ozeanische Wissenschaftsbriefe.

Die wichtigen Einflüsse der Topographie auf die Niederschlagsbildung und -verteilung wurden in vielen Studien erkannt. Basierend auf diesem Konsens wählten Prof. Gao und ihr Team fünf topografische Faktoren aus, die üblicherweise in Studien über die Beziehungen zwischen Topografie und Niederschlag verwendet werden – nämlich topografische Höhe, topografische Neigung, topografisches Relief, Entfernung von der Küste und vorherrschende Windrichtung.

Mehrere Regressionsmethoden wurden verglichen und die MGWR-Methode erwies sich als am besten geeignet, um den Einfluss der topografischen Faktoren auf die räumliche Verteilung des Niederschlags darzustellen. Dies liegt an seinen Vorteilen, die Skaleneffekte der verschiedenen Faktoren auf die Verteilung des Niederschlags basierend auf der Bandbreite widerzuspiegeln; dh ein Faktor mit kleinerer Bandbreite hatte einen stärkeren Einfluss auf die räumliche Heterogenität des Niederschlags.

Laut den Beobachtungen der Wetterstation hatten das topografische Relief, die topografische Höhe und die Entfernung von der Küste alle kleine Bandbreiten und zeigten wichtige Einflüsse auf die Heterogenität der Niederschlagsverteilung in Ostchina. Dabei war das topografische Relief an etwa 3/4 der Stationen der dominierende lokale Faktor.

„Im Vergleich zum Viertelgrad-DDM hatte die Simulation im Kilometermaßstab die Vorteile einer feineren horizontalen Auflösung und war darüber hinaus in der Lage, die topografischen Merkmale des Teilgitters genauer zu beschreiben und die Einflüsse von Oberflächenvariationen des Teilgitters zu erfassen Niederschlag. Die Diskrepanzen, die sich aus der grob aufgelösten Modellierung der Beziehung zwischen Topographie und Niederschlag ergeben, könnten eine Ursache für nicht übereinstimmende Niederschläge zwischen Beobachtungen und Simulationen sein“, erklärt Prof. Gao. „Dies impliziert einen möglichen Weg nach vorne, um die Niederschlagssimulation zu verbessern.“

Durch die Erläuterung der Mechanismen, die den Unterschieden zwischen kilometerskalierten und viertelgradigen DDM-Ergebnissen aus der Perspektive der Beziehungen zwischen Topographie und Niederschlag in Ostchina zugrunde liegen, betont diese Forschung die Schlüsselrolle, die Sub-Grid-Variationen in der darunter liegenden Oberfläche in der Simulation spielen von Niederschlag. Dies könnte sich als entscheidend erweisen, wenn versucht wird, die Simulationsleistung numerischer Wettermodelle weiter zu verbessern.